Presencia e influencia de los contaminantes emergentes

Nuestros indispensables recursos hídricos han demostrado tener una gran capacidad de recuperación, pero son cada vez más vulnerables y están más amenazados. El agua limpia escasea y escaseará aún más a medida que avance el cambio climático. Y los pobres son las primeras y mayores víctimas de la contaminación, de la escasez de agua y de la falta de un saneamiento adecuado”
Ban Ki-moon, Secretario General de la ONU 
(Naciones Unidas, Calidad del Agua)

Ana García del Caz »

El agua es un recurso escaso e indispensable para la vida, además de poseer un papel estratégico para el desarrollo humano y económico. Sin embargo, el aumento de la población, su sobreexplotación y su uso inadecuado se ha reflejado en una disminución de su calidad (Organización Mundial de la Salud 2009). A pesar de la importancia que tiene el agua para el desarrollo de la vida, en el año 2010 todavía había un 11 % de la población mundial que carecía de acceso a agua potable, equivalente a 783 millones de personas (Organización Mundial de la Salud / UNICEF).

La contaminación antropogénica es el principal problema de las aguas, a pesar de que la contaminación convencional esté cada vez más controlada. Por otra parte, la presencia de contaminantes emergentes, o microcontaminantes, están adquiriendo cada vez más importancia debido a que son compuestos que se presentan en concentraciones traza pero que son capaces de interaccionar con los ecosistemas. Se definen como aquellos compuestos de diferente origen y de naturaleza química, incluidos en productos de uso cotidiano e industrial (Gil et al. 2012). Su presencia en el medio es muy diversa, ya que se han encontrado en suelos, sedimentos, aire y en una gran variedad de masas de aguas como en aguas subterráneas, potables, superficiales y marinas (Estévez et al.).

A pesar de que la introducción de estos contaminantes a las masas de aguas no es actual, hasta los años 70, debido a su baja concentración, no se podían detectar o cuantificar. Sin embargo, a medida que avanza el desarrollo tecnológico se van descubriendo nuevo métodos de detección más sensibles y que nos está permitiendo encontrar compuestos que antes pasaban inadvertidos.

Sin embargo, a pesar de empezar a conocer su existencia en el medio ambiente, aún no se tiene mucha información sobre el destino, los riesgos y la ecotoxicología de muchos de los contaminantes emergentes (Petrović et al. 2003). Los efectos no son fáciles de estimar ya que en ocasiones puede ser la exposición crónica la que produce efectos en la biota y otros casos, en cambio, una pequeña concentración es la que produce efectos negativos en el medio. La bioacumulación es uno de los efectos más comunes que tienen los microcontaminantes. Debido a la persistencia de los microcontaminantes suelen estar mucho tiempo en la matriz del agua, donde serán ingeridos normalmente por los productores y consumidores primarios, llegando a toda la cadena trófica (biomagnificación). La peligrosidad de los microcontaminantes reside en que al ser productos sintéticos y no encontrarse normalmente en la naturaleza los ecosistemas no tienen recursos para degradarlos, y por eso tienen elevada persistencia.

Vía de entrada

La principal vía de entrada al medio ambiente es mediante los efluentes de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), para después repartirse a través del ciclo del agua. La incompleta eliminación por parte de las EDARs se debe a que no están diseñadas para degradar este tipo de compuestos. Durante el proceso de depuración, dependiendo de las propiedades del compuesto, podrían quedarse retenidos a la parte sólida (lodos) si son lipófilos, o si son hidrófilos se disolverán en el agua y saldrán por el efluente. Generalmente, al ser compuestos no biodegradables, si no se quedan adsorbidos en los lodos, no serán eliminados de las aguas residuales (Suárez et al. 2008). Sin embargo, el hecho de que los microcontaminantes se queden retenidos en los lodos tampoco erradica el problema, ya que generalmente se suelen utilizar como fertilizante en agricultura, con la consecuente contaminación de suelos (Bertin et al. 2011). Las escorrentías y lixiviados son la manera de transporte de plaguicidas y fertilizantes relacionados con las prácticas agropecuarias. En muchos casos, llegan a las aguas subterráneas, las cuales tienen una tasa de renovación de sus aguas baja, por lo que el contaminante persistente estará mucho tiempo en esa masa (Martínez Etayo, 1999).

La manera en la que actuarán cada compuesto en el medio dependerá pues de las condiciones del medio y características físico-químicas (solubilidad, polaridad, conductividad, etc…). En algunas ocasiones el problema reside en que el subproducto de transformación puede tener más peligrosidad que el compuesto inicial, como ocurre por ejemplo con el subproducto de la biodegradación del nonilfenol, que es más persistente y con propiedades estrogénicas (hormonales) (Farré et al. 2008). En este caso, el nonilfenol es una sustancia usada principalmente en la fabricación de productos de limpieza, en pesticidas o resinas, para la producción de pasta de papel, textiles naturales y sintéticos, cuero, aditivos de pinturas de látex y de determinados plaguicidas (Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes).

Contaminantes emergentes

Los contaminantes emergentes engloban una gran variedad de compuestos y muchos de ellos legislados por la directiva 2008/105/CE. Constituyen un grupo muy diverso y sin una clasificación clara, ya que muchos de ellos pueden incluirse en varios tipos. Una de las clasificaciones podría ser:

• productos de cuidado personal (PCP)
• fármacos y drogas de abuso
• agentes tensioactivos o surfactantes
• plaguicidas y pesticidas
• retardantes de llama
• aditivos y agentes industriales
• compuestos perfluorados (PFC)
• aditivos y productos de transformación de la gasolina.

Después se han incluido tres clases nuevas:

• nanomateriales
• 1,4- dioxano
• productos de desinfección de piscinas.

A continuación se describen algunos de los microcontaminantes con más toxicidad o más frecuencia en las masas de aguas (Farré et al.2008).

Los productos de cuidado personal engloban a aquellos productos utilizados para la salud personal, razones cosméticas, etc… Donde podemos encontrar a los medicamentos, suplementos alimenticios, edulcorantes, cafeína y nicotina, según la Agencia de protección medioambiental (U.S. Environmental Protection Agency a).

El triclosán es un compuesto organoclorado utilizado, cada vez en mayor medida, como biocida y antiséptico en jabones, cremas y productos dentales. Su creciente demanda y el consecuente aumento de su producción se deben a su alta capacidad microbicida y antibacteorológica. Por ello se considera como pesticida de alto riesgo para la salud humana y el medio ambiente por la UE, ya que tanto su formula química como su estructura son muy similares a sustancias tan peligrosas como las clorodibenzodioxinas o los policloruro de bifenilo (PCBs)(Petrović et al. 2003).

Los fármacos son uno de los contaminantes emergentes con más importancia debido a su elevado uso y consumo. Engloba principios activos, drogas de abuso, hormonas y esteroides. En 2012, España era el segundo mayor consumidor de fármacos, por detrás de Estados Unidos, siendo los más consumidos los antibióticos y medicamentos psiquiátricos (El Pais 2012, Valcárcel et al. 2011).

Los principios activos de los fármacos se obtienen por síntesis orgánica y están diseñados para que tenga un efecto farmacológico concreto en el cuerpo humano. Por ello se diseñan con cierto carácter de estabilidad química y resistencia a la biodegradación, el suficiente para poder alcanzar los sitios de acción específicos (Silva et al. 2012). Otra de sus principales características es su capacidad ionizable en la mayoría de los casos, con el fin de que puedan ser incorporados a la matriz biológica y que conserven su actividad biológica (Jiménez Cartagena 2011).

Nuestro organismo no es capaz de biotransformar completamente el principio activo, por lo que se excreta parte del fármaco. Finalmente acaba en las aguas residuales, donde las estaciones depuradoras no son capaces de degradar estos compuestos, ya sea porque se encuentran en muy baja concentración o porque no están diseñados para degradarlos. Estos compuestos se acumulan tanto en masas de aguas, suelo, aire como en tejidos vegetales y animales, bioacumulándose y biomagnificándose en la cadena trófica. Además, cuando llegan al medio ambiente pueden actuar sobre especies a las que no estaba previsto que fuesen a afectar y de una manera desconocida (Snyder 2008). Por otro lado, también es de esperar que los microorganismos puedan desarrollar resistencia y alteraciones enzimáticas por la presencia de nuevos compuestos, lo cual tiene repercusiones difíciles de cuantificar (Passos et al. 2011, Jiménez Cartagena 2011).

En la figura 1 se observa la probabilidad de detección de fármacos y drogas de abuso a la salida de diferentes EDAR de la Comunidad de Madrid. Se observa que lo más común es encontrar cafeína, nicotina, antidepresivos (carbamazepina y venlafaxina) y antibióticos (claritromicina y ofloxacina.

Los retardantes de llama halogenados (HFR) son aquellos compuestos capaces de captar los radicales libres que se forman en una llama, para así evitar que continúe el proceso. En concreto, los organobromados son los más eficientes en este proceso y por tanto los más utilizados. Se emplean en una gran variedad de productos comerciales como muebles, plásticos, tejidos, pinturas, aparatos electrónicos, etc… Los polibromodifenileteres (PBDEs) son de los más utilizados y su peligrosidad reside en que existen un gran número de congéneres de PBDEs pero con propiedad muy diferentes. Sus efectos en el ser humano se relaciona con disrupción endocrina, neurotoxicidad y carcinógeno, lo que ha hecho promover una serie de precauciones a nivel europeo para su gestión (Barceló, de Alda, María José López 2011, Guerra 2011).

Las parafinas cloradas son aditivos industriales, compuesto por cadenas hidrocarbonadas (HC), que varían entre 10 y 30 C, y con porcentajes de Cloro comprendidos entre 30 y 70%. Estas proporciones serán las que divida los diferentes tipos de parafinas.

Las propiedades que poseen son el carácter lipofílico, baja volatilidad y solubilidad en agua, por lo que se utiliza en retardantes de llama y estabilizantes químicos. Por ello también se utiliza como aditivos en fluidos de corte y lubricantes (usados en carpintería metálica y en la industria automovilística), y como plastificantes en materiales de PVC, en pinturas, adhesivos, etc… Debido a que este compuesto es únicamente de origen antropogénico, como muchos otros, la presencia de estas sustancias en el medio solo puede deberse a su vertido. Dadas sus propiedades tienen una elevada tendencia a la adsorción en sedimentos, lo que alarga su persistencia en el medio, siendo muy tóxico para organismos acuáticos. Se ha clasificado este compuesto como posible carcinógeno para el ser humano, lo que aumenta su peligrosidad. La gran variedad de parafinas, con sus diferentes propiedades, hace que su identificación sea muy complicada y por ello no se conoce muy bien en qué concentraciones se encuentra ni sus efectos en el ecosistema (Barceló, de Alda, María José López 2011).

Los compuestos perfluorados (PFCs) son compuestos orgánicos que engloban gran variedad de compuestos formado por cadenas hidrocarbonadas y Flúor, como por ejemplo el sulfonato de perfluorooctano (PFOS) y el ácido perfluorooctanoico (PFOA). Se utilizan en productos cosméticos, detergentes, disolventes, retardantes de llamas, textiles, revestimientos antiadherentes e impermeabilizantes (como teflón y envoltorios). Su peligrosidad y persistencia se debe a la gran estabilidad de la molécula, con elevada resistencia térmica, química y biológica, siendo además sustancias anfifílicas (se disuelven en agua y grasas). Hay estudios que han demostrado la toxicidad para mamíferos y organismos acuáticos. Posee efectos adversos para el ser humano en el sistema inmunitario, endocrino, etc…y probablemente tenga efectos cancerígenos en humano (Farré et al. 2008). Según U.S. Environmental Protection Agency b (EPA) el 95% de personas en EEUU habían tenido alguna exposición a estos compuestos, y algunos científicos opinan que podrían alcanzar dimensiones comparables a las que provocaron los DDT (Dicloro Difenil tricloroetano), PCBs y dioxinas, actualmente prohibidas o restringida su utilización (Barceló, de Alda, María José López 2011).

Los policloruro de bifenilos (PCBs) son compuestos orgánicos sintéticos clorados con gran variedad de congéneres, dependiendo del número y sustituciones de los átomos de Cloro. Estos compuestos poseen propiedades como baja solubilidad en agua, resistencia a la hidrólisis, resistencia a la oxidación, baja conductividad eléctrica, nula inflamabilidad y elevada estabilidad térmica y química. Estas propiedades eran utilizadas para sistemas de transmisión de calor e hidráulicos, en transformadores y condensadores, en lámparas fluorescentes y en variedades de aplicaciones eléctricas. Por otro lado, también se utilizaban en aceites lubricantes, plastificantes, retardantes de llama, en pigmentos y tintas, etc… Sin embargo, se descubrió el elevado potencial tóxico de los PCBs debido a su persistencia, a su bioacumulación y por producir efectos reproductivos a largo plazo. En seres humanos se relaciona con enfermedades de la piel, del hígado, causar cáncer y daños en el sistema nervioso. Los graves efectos que poseen hicieron que se prohibiera completamente su fabricación y distribución, aunque actualmente se permite una pequeña concentración en fluidos dieléctricos (Martínez et al. 2001).

El extenso uso de los plaguicidas, herbicidas y pesticidas, biocidas en general, sobretodo en países tropicales hace necesario que se controle su uso, principalmente porque se ha establecido que únicamente el 0,10% del plaguicida llega a la plaga a la que se destina. En la actualidad se está comprobando que los metabolitos generados en su degradación tienen más peligrosidad por su carácter tóxico y su ubicuidad (Torres, Capote 2004, Barceló, de Alda, María José López 2011). Los herbicidas se caracterizan por su elevada polaridad e inestabilidad térmica. Los herbicidas fenoxiacéticos clorados son los más usados en el mundo, los cuales tienen una acción mimética al de las hormonas vegetales (Petrović et al. 2003).

El Dicloro Difenil Tricloroetano (DDT) fue uno de los insecticidas más utilizados en el mundo. Su uso se intensificó cuando se empezó a utilizar para exterminar el insecto que transmitía la malaria. Sin embargo, en los años 60 se observó que el DDT y sus metabolitos (DDE y DDD) eran muy persistentes y tóxicos (Heberer, Dünnbier 1999). Años después, Rachel, 2002 comprobó que el DDT y sus metabolitos son lipofílicos y por lo tanto se bioacumulan en los tejidos grasos.

Por otra parte, los residuos de DDT eran capaces de distribuirse globalmente mediante el transporte atmosférico, llegándose a encontrar en animales del Ártico. En animales, tiene efecto de disruptor endocrino y puede causar fallo durante el desarrollo. Todo ello llevo a la prohibición de su utilización en el año 1982. La cloración es el método que suele utilizarse para su degradación.

En esta línea, los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) se están empezando a aplicar cada vez con más frecuencia (Domènech et al. 2001). Estas tecnologías se basan en procesos fisicoquímicos capaces de degradar compuestos orgánicos mediante la generación de especies altamente reactivas, como es el radical hidroxilo, con elevado potencial de oxidación. Incluyen tratamientos como la ozonificación, el reactivo Fenton, cloración, luz ultravioleta, oxidación catalítica, etc… Otra opción, es la combinación con procesos de degradación biológica para aumentar su eficacia. Sin embargo, el principal problema de estos procesos es el alto coste de sus reactivos.

Una de las alternativas que se están desarrollando en los últimos años es la adicción de luz solar al proceso Fenton convencional (Klavarioti et al. 2009). El proceso Fenton convencional consiste en la oxidación de la materia orgánica presente mediante la utilización de radicales hidroxilo, generados por la descomposición catalítica del agua oxigenada en presencia de ión ferroso (Domènech et al. 2001). La adicción de la luz solar hace aumentar el grado de oxidación y la eficacia del proceso Fenton convencional. Esto se debe a que la luz solar interviene en una serie de reacciones que produce que haga falta menos cantidad de reactivos. La luz solar produce una regeneración del ión ferroso, ya que reduce al ión férrico por fotorreducción, lo que acelera la descomposición del agua oxigenada. Por otro lado, la luz produce que los quelatos presentes (formados por la presencia de materia orgánica e ión hierro) adquieran propiedades fotoquímicas y que en presencia de luz se oxiden (Malato et al. 2009).

De manera que queda demostrado que la presencia e influencia de los contaminantes emergentes en el medio ambiente es capaz de afectar a toda clase de organismos, incluyendo a los seres humanos. La contaminación antropogénica entra por muchas vías, principalmente por el agua, que ni controlamos ni evitamos. Por otro lado, los avances tecnológicos que tenemos no los aplicamos, ya que existen alternativas eficaces y económicas. El principal problema que tienen los microcontaminantes es su pequeña concentración, que hace que no veamos su peligrosidad a corto plazo, pero que no por ello no actúen. Es importante más concienciación sobre este tema y sobre la necesidad de aplicar las medidas necesarias para que la presión antropogénica que producimos en el medio sea la menor posible.

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