José Elías Becerril Bravo. Miembro del Grupo de Tratamiento y Reúso del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Los cuerpos de agua se han utilizado para abastecer a las poblaciones, así como para eliminar sus propios desechos; con el paso del tiempo, la cantidad y el tipo de residuos que se liberan en los cursos de agua se han incrementado y diversificado, con el consecuente deterioro de la calidad original del recurso hídrico. Los contaminantes emergentes, entre los que se encuentran fármacos, productos de cuidado personal, surfactantes, aditivos industriales, plaguicidas, esteroides y hormonas, así como los subproductos de la desinfección del agua, no son eliminados en los sistemas convencionales de potabilización y tratamiento de agua residual.
Existe una inminente necesidad de ampliar la perspectiva sobre la “calidad del agua”. Este concepto ha sido tradicionalmente antropocéntrico, referido al agua para consumo humano. Sin embargo, a finales del siglo XIX, después de que se demostró que algunas enfermedades gastrointestinales estaban relacionadas con la presencia de residuos fecales (Montiel, 2004), la vigilancia de la calidad del agua se refirió sobre todo a garantizar la ausencia de microorganismos patógenos que prosperan en ambientes hídricos. Es importante señalar que este concepto aún prevalece en la gestión del agua en México.
Más adelante se reconoció que otras sustancias que podrían estar presentes en el agua, como metales pesados y plaguicidas, son nocivas para la salud humana. Además, la descarga de agua residual a cuerpos hídricos superficiales provoca eutrofización y anoxia, debido a altas concentraciones de nutrientes (Koelmans et al., 2001) que afectan el uso de este recurso y, por tanto, las actividades económicas. En la década de 1960 se reconoció que estaba presente el riesgo de compuestos orgánicos tóxicos en el agua y se definió una lista de contaminantes entonces denominados prioritarios; sin embargo, esta lista se realizó con base en volúmenes de producción, y debido a la escasa información toxicológica, las concentraciones permisibles en el agua se establecieron tomando en cuenta los límites de detección de las técnicas analíticas disponibles en ese momento (Erickson, 2002).
Por otro lado, los contaminantes antropogénicos se han dispersado ampliamente en el ambiente y están aflorando o manifestándose en el agua superficial y subterránea como resultado de descargas municipales e industriales con inadecuado o insuficiente tratamiento (Botalova et al., 2011); la inapropiada eliminación y manejo de residuos sólidos (Slack et al., 2007), por ejemplo la incineración y los basureros; los derrames accidentales, la aplicación incontrolada de plaguicidas en la agricultura y la eliminación en el suelo de los lodos de las plantas de tratamiento de agua residual (Kasprzyk-Hordern et al., 2009), entre otras acciones.
En la actualidad existe una amplia variedad de compuestos químicos en el agua además de los contaminantes prioritarios. Estos contaminantes orgánicos emergentes están presentes en muy bajas concentraciones –del orden de nanogramos por litro– y las consecuencias que pueden tener en la biota son en algunos casos desconocidas, por los efectos sinérgicos o porque sus metabolitos pueden ser más nocivos que sus precursores (La Farré et al., 2008; Murray et al., 2010; Pal et al., 2010; Von der Ohe et al., 2011).
Por otra parte, la preocupación creciente por los residuos de compuestos de importancia industrial (de alto volumen de producción) exige la evaluación de su incidencia en el medio ambiente y su destino; la generación mundial de muchos de ellos se estima en varios cientos o miles de toneladas por año y abarca una amplia gama de sustancias químicas que pueden entrar fácilmente al medio acuático y se consideran contaminantes emergentes en agua.
Forman parte de este grupo también ciertos componentes de los productos de cuidado personal (PCP), compuestos diversos que se usan en jabones, lociones, pastas dentífricas, fragancias, repelentes de insectos y bloqueadores solares, entre otros. Son de uso externo y no están sujetos a alteraciones metabólicas: los PCP se incorporan de forma directa al medio ambiente debido al uso frecuente (Ternes et al., 2004). Muchos de ellos se utilizan en grandes cantidades, y hay estudios recientes que indican que son ambientalmente persistentes, bioactivos y con alto potencial de bioacumulación (Brausch y Rand, 2011; Peck, 2006).
Por los motivos expuestos, los contaminantes emergentes se encuentran entre las líneas de investigación prioritarias de los principales organismos dedicados a la protección de la salud pública y del medio ambiente, tales como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos o la Comisión Europea.
Los contaminantes orgánicos emergentes antes eran desconocidos o no se reconocían como tales; su presencia no es nueva, como sí lo es la preocupación por sus consecuencias potenciales en la salud y en el ambiente; por lo general no están regulados, aunque pueden ser candidatos a regulación futura dependiendo de los resultados de investigaciones sobre sus efectos y los datos de monitoreo con respecto a su influencia en los recursos hídricos.
Como no hay información disponible sobre la incidencia, contribución de riesgo y datos ecotoxicológicos de la mayoría de estos contaminantes emergentes, es difícil predecir sus efectos en la salud de los seres humanos y en los organismos acuáticos. La Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 “Salud ambiental, agua para uso y consumo humano – Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización” establece una serie de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos, además de límites para metales pesados y algunos plaguicidas, pero no regula la presencia de contaminantes emergentes.
En México, la detección analítica de los contaminantes orgánicos emergentes ha permitido caracterizar su presencia en fuentes de abastecimiento superficiales y subterráneas, en agua residual y de reúso agrícola, así como en suelo y lodos (Gibson et al., 2007; Félix-Cañedo et al., 2013; Chávez et al., 2011). En particular, el Grupo de Tratamiento y Reúso del Instituto de Ingeniería ha desarrollado e instalado la técnica analítica que posibilita examinar 18 contaminantes orgánicos emergentes (ocho fármacos, dos plaguicidas, tres hormonas y cinco disruptores endócrinos potenciales).
La lista de contaminantes emergentes incluye una amplia variedad de productos de uso cotidiano con aplicaciones industriales y domésticas. Por citar sólo algunos, se pueden mencionar los retardantes de llama difenil éteres polibromados, los detergentes de tipo alquilfenol etoxilado y sus derivados, las parafinas cloradas, los metabolitos de algunos plaguicidas y los fármacos. Otro grupo importante es el de los compuestos que se forman cuando se desinfecta el agua con cloro, llamados subproductos de la desinfección con cloro. A continuación se describirán como ejemplos los casos de los fármacos y de los subproductos de la desinfección con cloro.
Fármacos
En los últimos años ha habido marcado interés en el estudio de los fármacos, particularmente los antibióticos, debido a su alto consumo: se estima que en la Unión Europea se consumen en cantidades similares a las de los plaguicidas, en órdenes de toneladas por año. Las primeras evidencias de la presencia de fármacos en el medio acuático se reportaron en la década de 1970 en Estados Unidos con la detección de ácido clofíbrico en agua residual, que es un metabolito de algunos reguladores de lípidos en la sangre, tales como el clofibrato.
Los fármacos usados en seres humanos y en animales han sido también identificados como contaminantes ambientales emergentes (Daughton, 2004). Su presencia en efluentes municipales representa un impacto negativo tanto para la salud como para los ecosistemas (Ternes et al., 2004).
Entre los fármacos con mayor prescripción médica están los analgésicos/antiinflamatorios como el ibuprofeno y el diclofenaco, los antiepilépticos como la carbamacepina, los antibióticos como la amoxicilina y el sulfametoxazol, y los betabloqueadores como el metoprolol. Adicionalmente, debe considerarse el uso extensivo de algunos antibióticos en acuicultura y ganadería.
Dependiendo de las características fisicoquímicas de los fármacos y sus metabolitos, así como de las características del suelo, es posible detectarlos incluso en agua subterránea, con la consecuente contaminación de los acuíferos. Cuando son retenidos en el suelo pueden acumularse y afectar los ecosistemas. La concentración reportada de algunos fármacos en agua superficial (consecuencia de la ineficiencia en el tratamiento del agua residual) o en agua subterránea (debido a la baja eficiencia de la filtración a través del suelo) es del orden de los nanogramos por litro o microgramos por litro; incluso se informa la presencia de diclofenaco, carbamacepina y ácido clofíbrico en agua potable. La atención se centra en los antibióticos, por la posibilidad de que se desarrollen cepas bacterianas resistentes que hagan que estos compuestos resulten ineficaces para el fin para el que fueron creados.
Subproductos de la desinfección con cloro
Los subproductos de la desinfección (SPD o DBP, disinfection by products) se forman cuando los desinfectantes (cloro, ozono, dióxido de cloro o cloraminas) reaccionan con la materia orgánica de origen natural, contaminantes antropogénicos, bromuro, yoduro y durante la producción de agua potable. Entre ellos se incluye a los trihalometanos (bromoformo, bromodiclorometano, dibromoclorometano y cloroformo), que en concentraciones superiores a la norma son potencialmente carcinógenos.
En la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 se establecen los límites de trihalometanos totales (200 µg/l) para el agua potable. Sin embargo, los subproductos de la desinfección incluyen una amplia variedad de compuestos que son potencialmente tóxicos.
Para limitar o impedir que ciertos compuestos penetren en el agua superficial y en los acuíferos, se estudia la aplicación de tecnologías de membrana (membranas de microfiltración, nanofiltración u ósmosis inversa), uso de carbón activado granular u oxidación química con ozono, radiación ultravioleta o peróxido de hidrógeno. Estos procesos son altamente eficientes pero requieren una inversión elevada, lo que encarece el tratamiento o la potabilización.
El bromato, por ejemplo, está clasificado como posible carcinógeno para los humanos (Grupo 2B). El valor guía de la OMS es de 10 µg/l (OMS, 2008). Existen evidencias en estudios epidemiológicos de que los subproductos de desinfección bromados pueden estar asociados a efectos reproductivos y del desarrollo, así como al cáncer. Otros subproductos son los ácidos bromados y yodados, como yodo bromonitrometano, yodo trihalometanos, compuestos bromados de MX (MX es 3-cloro-4-(diclorometilo)-5-hidroxi-2(5H)-furanona), haloaldehídos y haloamidas.
Para limitar o impedir que dichos compuestos penetren en el agua superficial y en los acuíferos, se estudia la aplicación de tecnologías de membrana (membranas de microfiltración, nanofiltración u ósmosis inversa), uso de carbón activado granular u oxidación química con ozono, radiación ultravioleta o peróxido de hidrógeno. Estos procesos son altamente eficientes pero requieren una inversión elevada, lo que encarece el tratamiento o la potabilización.
Por otra parte, la formación e identificación de los productos de transformación de los contaminantes emergentes es un campo de investigación relativamente nuevo, que trata de dilucidar las implicaciones de los procesos de tratamiento aplicados. En la mayoría de los casos, la eliminación de un compuesto no indica por fuerza que se haya producido mineralización, sino que, muy probablemente, el compuesto original se ha transformado de algún modo, con posibles cambios en la funcionalidad y la toxicidad. Se ha estudiado la biotransformación de fármacos, así como la oxidación química de algunos contaminantes emergentes, y se han detectado algunos productos de transformación en plantas de tratamiento de agua residual y en ecosistemas acuáticos. Estos estudios sirven para encontrar las posibles transformaciones de los compuestos y proponer procesos de tratamiento eficientes para eliminar los contaminantes emergentes.
Se ha estudiado la biotransformación de fármacos, así como la oxidación química de algunos contaminantes emergentes, y se han detectado algunos productos de transformación en plantas de tratamiento de agua residual y en ecosistemas acuáticos. Estos estudios sirven para encontrar las posibles transformaciones de los compuestos y proponer procesos de tratamiento eficientes para eliminar los contaminantes emergentes.
La restricción o sustitución e incluso la prohibición de los compuestos químicos que originan el surgimiento de los contaminantes emergentes también es una solución factible, como el caso de los detergentes del tipo nonilfenol etoxilados, pero con respecto a los fármacos esto es prácticamente inviable por cuestiones de salud pública. En este caso, la recomendación es la eficiencia tanto en su uso como en su eliminación.
Los subproductos de la desinfección son un reto mayúsculo, ya que se forman sobre todo por el uso de cloro; habría que plantearse su sustitución por un desinfectante con la misma eficiencia pero sin las repercusiones en la salud que presenta el cloro.
Conclusiones
El uso y abuso de los productos de cuidado personal es una de las causas del creciente aumento de los denominados contaminantes emergentes. El agua es un vehículo para transportar este tipo de contaminantes, a la vez que favorece su incorporación a la cadena trófica.
Aún no son suficientemente conocidos, en muchos casos, los efectos de tales contaminantes en la salud humana y los ecosistemas. Es necesaria una mayor investigación y la adopción de una legislación preventiva al respecto.
Muchos de estos contaminantes no se degradan lo suficiente mediante los sistemas convencionales de tratamiento de agua residual. Algunos incluso son refractarios a los tratamientos de potabilización del agua. No obstante, en los últimos años se han estado investigando tratamientos avanzados que permiten la eliminación completa de estas sustancias, y existen tecnologías muy prometedoras para este fin.
Referencias
Botalova, O., J. Schwarzbauer y N. al Sandouk (2011). Identification and chemical characterization of specific organic indicators in the effluents from chemical production sites, Water Research (12)45: 3653-3664.
Brausch, J. M., y G. M. Rand (2011). A review of personal care products in the aquatic environment: Environmental concentrations and toxicity. Chemosphere (11)82: 1518-1532.
Chávez, A., C. Maya, R. Gibson y B. Jiménez (2011). The removal of microorganisms and organic micropollutants from wastewater during infiltration to aquifers after irrigation of farmland in the Tula Valley, Mexico. Environmental Pollution 159: 1354-1362.
Daughton, C. G. (2004). Non-regulated water contaminants: Emerging research. Environmental Impact Assessment Review 24: 711-732.
Erickson, B. E. (2002). Analyzing the ignored environmental contaminants. Environmental Science & Technology (7)36: 140A-145A.
Félix-Cañedo, T. E., J. C. Durán-Álvarez y B. Jiménez-Cisneros (2013). The occurrence and distribution of a group of organic micropollutants in Mexico City’s water sources. Science of the Total Environment 454-455:109-118.
Gibson, R., E. Becerril-Bravo, V. Silva-Castro y B. Jiménez (2007). Determination of acidic pharmaceuticals and potential endocrine disrupting compounds in wastewaters and spring waters by selective elution and analysis by gas chromatography–mass spectrometry. Journal of Chromatography A 1169: 31-39.
Kasprzyk-Hordern, B., R. M. Dinsdale y A. J. Guwy (2009). The removal of pharmaceuticals, personal care products, endocrine disruptors and illicit drugs during wastewater treatment and its impact on the quality of receiving waters. Water Research (2)43: 363–380.
Koelmans, A. A., A. van der Heijde, L. M. Knijff y R. H. Aalderink (2001). Integrated modelling of eutrophication and organic contaminant fate & effects in aquatic ecosystems. A review. Water Research (15)35: 3517-3536.
La Farré, M., S. Pérez, L. Kantiani y D. Barceló (2008). Fate and toxicity of emerging pollutants, their metabolites and transformation products in the aquatic environment. Trends in Analytical Chemistry (11)27: 991-1007.
Montiel, A. (2004). Contrôle et préservation de la qualité microbiologique traitements des eaux: traitements de désinfection. Revue Française des Laboratoires (364): 51-53.
Murray, K. E., S. M. Thomas y A. A. Bodour (2010). Prioritizing research for trace pollutants and emerging contaminants in the freshwater environment. Environmental Pollution (12)158: 3462-3471.
Organización Mundial de la Salud, OMS (2008). Informe sobre la salud en el mundo 2008. La atención primaria de salud: más necesaria que nunca.
Pal, A., K. Y. Gin, A. Y. Lin y M. Reinhard (2010). Impacts of emerging organic contaminants on freshwater resources: Review of recent occurrences, sources, fate and effects. Science of the Total Environment (24)408: 6062-6069.
Peck, A. M. (2006). Analytical methods for the determination of persistent ingredients of personal care products in environmental matrices. Analytical and Bioanalytical Chemistry (4)386: 907-939.
Slack, R. J., J. R. Gronow, D. H. Hall y N. Voulvoulis (2007). Household hazardous waste disposal to landfill: Using LandSim to model leachate migration. Environmental Pollution (2)146: 501-509.
Ternes, T. A., A. Joss y H. Siegrist (2004). Scrutinizing pharmaceuticals and personal care products in wastewater treatment. Environmental Science & Technology 38: 392A–399A.
Von der Ohe, P. C., et al. (2011). A new risk assessment approach for the prioritization of 500 classical and emerging organic microcontaminants as potential river basin specific pollutants under the European Water Framework Directive. Science of the Total Environment (11)409: 2064-2077.
