Acciona y su firme lucha contra los microplásticos en estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas

Palabras clave: microplásticos, contaminantes emergentes EDARs, mircrocontaminante, Estereomicroscopio

^[1] Los estudios realizados hasta el momento sobre el análisis, detección y cuantificación de microplásticos se han llevado a cabo de forma más exhaustiva en ecosistemas acuáticos. El agua es el principal medio de dispersión de microplásticos y las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) son la última etapa en la emisión de estos microcontaminantes a ríos y océanos. A través de la red de saneamiento urbana llegan diariamente a las EDARs millones de estos microcontaminantes.

La mayoría son retenidos durante el tratamiento. Sin embargo, un pequeño porcentaje, en especial los de menor tamaño, no son retenidos. Ello conlleva el vertido de millones de microplásticos al medio acuático a través del agua regenerada dentro de las EDAR, que se utiliza como riego, y del fango, que se utiliza como abono.

En Acciona nos hemos centrado en buscar un sistema, proceso o tratamiento que permita eliminar microplásticos dentro de las EDARs que operamos.

El primer reto es la falta de una metodología estandarizada para el análisis de microplásticos, sobre todo para los tamaños más pequeños. Por ello, el primer paso ha sido trabajar en la estandarización de una metodología.

En colaboración con la Universidad de Oviedo se ha diseñado un sistema propio que permite recoger la muestra necesaria en las condiciones óptimas para, posteriormente, poder analizar la cantidad de microplásticos que contiene.

La cantidad y tipología de microplásticos presentes en una EDAR depende de las actividades agrarias e industriales que vierten sus aguas residuales a la misma. Aunque estas plantas de tratamiento pueden llegar a alcanzar eficacias de eliminación de microplásticos superiores al 90%, la cantidad no retenida y vertida al medioambiente sigue siendo muy elevada. Por ello, se debe trabajar en conocer los siguientes aspectos:

• Tipos de plástico
• Porcentaje de cada tipología
• Tamaños de microplástico encontrado

Una vez conocidos los puntos anteriores, se puede trabajar en una solución dentro de nuestras plantas para retirar los microplásticos in situ y garantizar que, tanto el agua con el que se riega los cultivos como el fango con el que se abonan, estén libres de microplásticos, además de asegurar que el agua que se devuelve al medio acuático depurada, no contenga este tipo de contaminantes y proteger así el ciclo del agua de manera integral.

^[2] Durante 2018 la producción de plástico a nivel mundial fue de 359 millones de toneladas y ha seguido increméntandose cada año, siendo Europa responsable del 17% de la producción global. Los polímeros más demandados son el polietileno (PE, 36%), seguido del polipropileno (PP, 21%), policloruro de vinilo (PVC, 12%), tereftalato de polietileno (PET), poliuretano (PUR) y poliestireno (PS), representando estos tres últimos compuestos menos del 10% cada uno. Los plásticos se encuentran presentes en una gran variedad de productos y debido a sus excepcionales propiedades, resumidas en la Tabla 1, presentan aplicaciones en diversos campos

Se originan por degradación física, química o biológica de plásticos de mayor tamaño (microplásticos secundarios) o se fabrican de manera intencionada (microplásticos primarios) para posteriormente ser añadidos a productos de limpieza e higiene, cosméticos, pinturas, detergentes, etc. Una de las mayores fuentes de vertido de microplásticos procede del lavado de nuestra ropa, ya que las prendas de vestir se componen de fibras sintéticas plásticas siendo su destino final el medioambiente.

Los microplásticos poseen una superficie con carácter hidrofóbico que les permiten absorber y concentrar pequeñas moléculas y contaminantes, como metales, hidrocarburos policíclicos (PAHs), pesticidas organoclorados, bifenilos policlorados (PCBs) y productos farmacéuticos. Esto se puede llevar a cabo con mayor facilidad durante el tratamiento de las aguas residuales y producir un efecto doblemente adverso para el medioambiente y los seres humanos, ya que algunas de estas especies son nocivas y muy peligrosas.

Se estima que hay 5 trillones de partículas plásticas flotando en el mar, siendo el 90% microplásticos secundarios derivados de la fragmentación de macroplásticos. En los últimos años, numerosos estudios han alertado de la presencia de estas partículas en el medioambiente, especialmente en medios acuáticos, así como de su aparición en una gran variedad de animales acuáticos debido a la ingesta. Su tamaño es muy similar al zooplancton, organismos de los que se alimentan muchas especies, lo que puede originar la ingesta directa de estos contaminantes.

Por el contrario, muy pocos estudios se han centrado en la presencia, destino e impacto de los microplásticos en el medio terrestre. Algunos investigadores han confirmado que el uso de lodos, generados en depuradoras para fines agrícolas es una de las mayores fuentes de contaminación terrestre. En Europa y América del Norte, el 50% de los lodos tienen esta aplicación y se estima que en Europa se agregan a las tierras de cultivo entre 63.000 y 430.000 toneladas de microplásticos debido a esta práctica. En este sentido, se han detectado microplásticos en alimentos cotidianos como la sal común, el azúcar, la miel, la cerveza, el agua embotellada e incluso el agua potable. Sumado a otros alimentos de consumo como peces, langostas, mejillones, ostras y vieiras hace que los seres humanos ingieran microplásticos, que sugieren un peligro para la salud.

Por todo ello, es muy importante el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan la recuperación de estos microcontaminantes, evitando su dispersión por el medio ambiente.

3.1 Diseño del sistema de toma de muestra para agua y fango

Actualmente no existe ningún sistema, método y/o equipo estándar de recogida de muestras para EDARs que permita tomar muestras para poder analizar los microplásticos existentes.

Se han estudiado diferentes procedimientos para la toma de muestras. [3]El más empleado consiste en el bombeo y filtración que, a diferencia del resto, permite procesar grandes volúmenes de agua. La muestra se bombea y la corriente se hace pasar a través de un equipo de filtración, que consta de una serie de mallas y tamices cuyo tamaño de poro está comprendido entre 20 y 4750 µm. De este modo, es posible clasificar los microplásticos en distintos tamaños en función del número de mallas que se utilice. El contenido retenido en las mallas y tamices se arrastra posteriormente con agua destilada y se almacena en botes de vidrio para su posterior procesado en el laboratorio. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de un equipo desarrollado por Acciona en colaboración con la Universidad de Oviedo. Dicho equipo consta de una bomba de desplazamiento positivo que bombea el agua residual, previa regulación de la presión y del caudal, facilitando el paso de la muestra a través de unas tuberías de acero inoxidable hasta el módulo de filtración, donde hay cuatro tamices, cuyos tamaños de poro son de 500, 250, 100 y 20 µm.

3.2 Metodología de análisis

Se han estudiado las técnicas o metodologías existentes que podían aplicarse al análisis de estas micro partículas, como pueden ser la espectroscopia Raman, los métodos termo-analíticos, la microscopía electrónica de barrido (MEB), la espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR), técnica que mide la energía vibracional de los enlaces químicos en un compuesto, así como la utilización del Estereomicroscopio de fluorescencia, siendo esta última la técnica que se ha considerado más viable y la que utilizaremos a lo largo del estudio para determinar los microplásticos.

Esta técnica consiste en el análisis morfométrico de los microplásticos recuperados y se lleva a cabo con un estereomicroscopio, donde las partículas pueden ser clasificadas en función de su forma, tamaño y color. Dicho equipo lleva acoplado una cámara de alta resolución que permite la captura y procesado de imágenes.

Los microplásticos presentes en las EDARS se han clasificado en función de su morfología en seis categorías: fragmentos, granulares, películas, microesferas (pellets), fibras y espumas. Tanto las fibras como los fragmentos son los más predominantes, con un porcentaje medio de observación, tanto en el agua bruta, como en las sucesivas etapas del proceso de casi el 60% y más del 30%, respectivamente. El rango comprendido entre las dimensiones de 25-500 µm son las más utilizadas para catalogar a los microplásticos en función de su tamaño. Se estima que el 70% de los microplásticos presentes en el influente tienen un tamaño superior a las 500 µm en diámetro, mientras que en el efluente el 90% se corresponde con un tamaño menor de 500 µm, siendo en algunos casos el 60% con un tamaño menor a 100 µm. Una característica a destacar de los microplásticos, además de su morfología, es su amplia variedad de colores, siendo los más comunes beis, blanco, negro, azul y verde.

En fases posteriores se analizarán otras herramientas nanoespectroscópicas, como técnicas muy interesantes para la determinación de microplásticos de tamaño cada vez menor. Por ejemplo, el nano-FTIR puede llegar a detectar partículas cuyo tamaño está comprendido entre 20 nm y 100 µm. Además, la microscopía por fuerza atómica (AFM), cuyas sondas pueden operar a resoluciones nanométricas generando imágenes de elevada calidad, junto con FTIR y Raman, puede ayudar en la determinación de microplásticos en el rango de 10 nm y 100 µm. Finalmente, herramientas mucho más sofisticadas como la espectroscopia Raman de punta mejorada (TERS) o la microscopía óptica de barrido de campo cercano (SNOM), pueden llegar a analizar partículas comprendidas entre el tamaño atómico y 1 µm.

A continuación, se muestran los principales resultados obtenidos en el último periodo de muestreo realizado.

Análisis del agua

Se recogen los resultados obtenidos al analizar el influente de entrada a una de las EDAR que gestiona Acciona y los resultados del efluente una vez que se han realizado los tratamientos necesarios para la depuración del agua.

• Influente:

En un segundo análisis se determinan los porcentajes de microplásticos encontrados en el influente en función de su forma:

Por último, se determina el porcentaje de microplásticos encontrados en función de su color.

• Efluente:

Fango: Se encontraron 180 microplásticos/gramo

Se puede ver que los tratamientos por los que el influente pasa en la EDAR de análisis son capaces de reducir el contenido de microplásticos del agua en casi un 94%, valores muy semejantes a los que se describen en la bibliografía estudiada. Como predecíamos, la mayor concentración de microplásticos se encuentra en el fango.

En un segundo análisis, se determinan los porcentajes de microplásticos encontrados en el influente en función de su forma:

Por último, se determina el porcentaje de microplásticos encontrados en función de su color.

En el caso de los lodos deshidratados, los resultados obtenidos en cuanto a forma:

• Y en función del color:

De los resultados obtenidos hasta el momento, podemos concluir que las morfologías más predominantes en el agua residual son los fragmentos y las fibras, valores que coinciden con los estudios bibliográficos realizados y las referencias. Los lodos tienen una cantidad superior a la de fragmentos como suponíamos en hipótesis iniciales.

Anexo al estudio se han realizado una serie de imágenes, tomadas con el Estereomicroscopio de fluorescencia Leica M205FA, para cada tipología y morfología de microplásticos:

La existencia de microplásticos en el medio ambiente, asociado a los peligros que pueden ocasionar sobre la fauna y flora y el ser humano, precisa del estudio de nuevas tecnologías para su eliminación, así como de fórmulas para la recuperación a gran escala. Las estaciones depuradoras de aguas residuales son capaces de eliminar más del 90% de estos microcontaminantes, pero siguen vertiendo una parte importante sobre todo en el fango, que es posteriormente aplicado como abono agrícola.

^[4] La investigación de nuevas tecnologías que permitan separar los microplásticos retenidos en los lodos, supone un gran reto futuro a fin de cumplir la legislación que previsiblemente regulará la presencia de estas micropartículas en el efluente y en el fango de las EDARs.

El objetivo final de la lucha contra los microplásticos será no solo implementar sistemas de eliminación en las EDARs sino desarrollar nuevos procedimientos que permitan revalorizar los microplásticos extraídos en el ámbito de la Economía Circular.

Referencias:

^[1] Microplásticos en estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas: origen, riesgo ambiental y evolución en la planta

D. Sol Sánchez, A. Laca Pérez, P. Simón Andreu, M. Abellán Soler, P. Pérez Sanchez, A. Rancaño Pérez, M. Díaz Fernández (Industria Química)

^[2] Recuperación y aprovechamiento de microplásticos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbana

D. Sol Sánchez, A. Laca Pérez, A. Laca Pérez, P. Simón Andreu, M. Abellán Soler, D. Gutierrez Garcia, P. Pérez Sanchez, A. Rancaño Pérez, M. Díaz Fernández (Industria Química)

^[3] Microplásticos en estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas y metodologías de análisis

Autores: D. Sol Sánchez, A. Laca Pérez, A. Laca Pérez, P. Simón Andreu, M. Abellán Soler, D. Gutierrez Garcia, P. Pérez Sanchez, A. Rancaño Pérez, M. Díaz Fernández

^[4] https://planetainteligente.elmundo.es/retos-y-soluciones/acabar-con-los-microplasticos-el-ambicioso-reto-al-que-se-enfrentan-las-depuradoras?follow=1