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Reutilización indirecta: el suelo como agente depurador

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Sobre la Entidad

Instituto IMDEA Agua
IMDEA Agua es una organización sin ánimo de lucro, constituida como Fundación del sector público, que tiene como fin la realización de investigaciones relevantes en todos los aspectos relacionados con el agua.
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  • Reutilización indirecta: suelo como agente depurador

La utilización de agua superficial y subterránea impactada por efluentes urbanos para el riego de cultivos se conoce como reutilización indirecta. Los procesos de atenuación natural en el suelo pueden suponer una mejora cualitativa de dichas aguas y ayudar a mitigar el impacto de ciertos contaminantes, como fármacos y metales traza, actuando como un tratamiento adicional al realizado en las EDARs. Sin embargo, esta práctica podría implicar la transferencia de aquellos contaminantes más persistentes a las plantas de cultivo o al acuífero, suponiendo un riesgo para la salud humana y la de los ecosistemas. De esta inquietud surge en IMDEA Agua el proyecto FatePharM “Riego de cultivos con aguas superficiales contaminadas con fármacos y metales traza: ¿atenuación natural o riesgo para la salud?”, coordinado por Ana de Santiago Martín y Raffaella Meffe, en el seno del grupo de investigación “Soil and Water Quality in the Environment”. El objetivo general de FatePharM es determinar el rol jugado por el suelo como agente depurador en la reutilización indirecta de aguas superficiales, como medida de mejora de la eficiencia de los recursos naturales, así como evaluar el potencial riesgo para la salud humana y el medioambiente.

Contexto

La urbanización acelerada plantea desafíos como el incremento en la generación de residuos y aguas residuales. Estas aguas se caracterizan por ser matrices complejas de mezclas de contaminantes químicos (MCQs) entre los que encontramos contaminantes emergentes, como fármacos y productos para el cuidado personal, (PPCPs, por sus siglas en inglés) y metales traza (MTs). Muchos de estos contaminantes persisten a través de los tratamientos llevados a cabo en las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDARs) (Teijón et al., 2010), siendo liberados de forma continua a las aguas superficiales. Una vez en el medio acuático, se pueden producir procesos de atenuación natural de dichos contaminantes (biodegradación, dilución en el agua, sorción en los sedimentos) o bien una propagación de los mismos a otros compartimentos ambientales, como el agua subterránea, con el consecuente riesgo potencial.

A diferencia de los MTs, de naturaleza química persistente, los fármacos tienen en general semividas relativamente cortas. No obstante, se consideran contaminantes pseudopersistentes debido a su continua introducción en el ecosistema. En la última década, diferentes estudios han demostrado la aparición de fármacos (antibióticos, analgésicos, hormonas, etc) en ríos de distintas áreas geográficas del mundo, así como en agua subterránea, especialmente cuando la influencia de una gran urbe está próxima (Meffe y de Bustamante, 2014). En comparación con otros países, en España la evaluación de fármacos en aguas superficiales y subterráneas es bastante limitada (Martínez-Bueno et al., 2010; Valcárcel et al., 2011).

Riesgo potencial para la salud

El empleo de aguas superficiales impactadas por efluentes de EDARs en agricultura para el riego de cultivos, como medida de mejora de la eficiencia de los recursos naturales, se conoce como reutilización indirecta y podría suponer una forma de propagación de contaminantes como fármacos y MTs. El reciente informe “Soil pollution: A hidden reality”, publicado por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, 2018) y presentado en el Global Symposium on Soil Pollution que tuvo lugar en la sede de la FAO en Roma el pasado 2 de mayo, resalta que las fuentes de agua para el riego pueden suponer una fuente de contaminación del suelo y una amenaza para la seguridad alimentaria, la calidad del agua y la salud humana, cuando ingresan en la cadena trófica. Los riesgos potenciales para la salud humana derivados de la ingesta de fármacos y MTs y de su impacto medioambiental (ej: generación de resistencias a antibióticos en el suelo) es un asunto que genera gran preocupación en la actualidad.

La contaminación del suelo impacta la seguridad alimentaria, tanto al reducir el rendimiento de los cultivos, debido a los niveles tóxicos de contaminantes, como al causar que los cultivos producidos sean inseguros para el consumo (FAO, 2015). Se debe tener en cuenta que los fármacos están diseñados con la intención de realizar un efecto biológico, por lo que presentan propiedades clave para ejercer su acción y/o ser bioacumulados en los tejidos animales y vegetales. Algunos son lipófilos para pasar las membranas, otros persistentes para ser activos durante largos períodos. Por otro lado, el consumo de alimentos contaminados con MTs es la principal exposición de carácter no profesional a los MTs, según la Organización Mundial de la Salud (UNEP/FAO/WHO, 1988). La mayor ingesta dietética de MTs se debe a los cereales, seguida por las hortalizas, frutas y tubérculos (de Santiago-Martín et al., 2015).


Trabajo de campo del Proyecto FatePharM

El suelo como agente depurador

No se debe olvidar, no obstante, tal y como reza el informe de la FAO (2018), que uno de los principales servicios ecosistémicos provistos por el suelo es el filtrado, amortiguación y transformación de contaminantes orgánicos e inorgánicos, es decir, su capacidad de depuración. Cuando los contaminantes ingresan al suelo sufren diversos procesos de atenuación natural, tanto físicos, como fisicoquímicos, microbiológicos y bioquímicos, que los retienen, reducen o degradan en sustancias inocuas o menos tóxicas. Esta función es esencial y garantiza la buena calidad del agua subterránea y la producción segura de alimentos. El comportamiento de los fármacos y los MTs en el suelo, y por tanto la eficiencia en su atenuación, depende de varios factores como su concentración inicial, sus propiedades fisicoquímicas (logKow, pKa, grupos funcionales y estado de ionización, en el caso de los fármacos; radio iónico y carga, en el caso de los MTs) y las características del medio receptor (clima, conductividad hidráulica, redox, humedad, pH, materia orgánica, textura, biota, uso del suelo, manejo del terreno, etc) (Martínez-Hernández et al., 2014; Meffe et al., 2014; de Santiago-Martín et al., 2016).

No obstante, una vez en el suelo, al igual que en el agua, los contaminantes podrían seguir otros procesos menos deseables, como son: i) Acumulación en el suelo, siendo potencialmente disponibles a medio o largo plazo y afectando a la calidad del suelo (de Santiago-Martín et al., 2013); ii) Propagación a través del perfil del suelo por los retornos de riego y la precipitación, existiendo el riesgo de transferencia al agua subterránea ; y, como se ha mencionado arriba, iii) Absorción y posterior bioacumulación en los tejidos comestibles de las plantas sin que haya signos visibles, entrando así en la cadena trófica (de Santiago-Martín et al., 2015). La presencia de fármacos y MTs de forma conjunta, como habitualmente ocurre en las MCQs de efluentes de EDARs, podría afectar los procesos reactivos de los mismos en el suelo a través de interacciones tanto sinérgicas como antagónicas entre ellos (Andreu et al., 2016), determinando el equilibrio entre los procesos de atenuación, (bio)acumulación y propagación.

A pesar de la preocupación que genera la exposición a contaminantes en MCQs, existe aún un gran desconocimiento sobre su comportamiento, su interacción entre ellos y con el medio, sus efectos sobre la biota y el riesgo de paso a la cadena trófica. Por ello, se hace necesario avanzar en el conocimiento de la distribución, tanto acuática como terrestre, de los contaminantes en MCQs considerando las fuentes de contaminación, las vías de propagación y las de recepción –(bio)acumulación en la biota y/o transferencia al acuífero–, así como en el impacto sobre la calidad del medioambiente y el riesgo para la seguridad alimentaria. Teniendo en cuenta que el 95% de la producción de alimentos depende de los suelos (FAO, 2015), debemos asegurarnos de que no exista un riesgo para la salud y que el suelo esté jugando su rol esencial como agente depurador, objetivo principal de evaluación del proyecto FatePharM.

Para más información sobre el Proyecto FatePharM “Riego de cultivos con aguas superficiales contaminadas con fármacos y metales traza: ¿atenuación natural o riesgo para la salud?” (CTM2017-89995-R AEI/FEDER, UE) y otros proyectos relacionados, como Filver+” “Regeneración de aguas mediante un nuevo concepto de filtro verde” (CTM2016-79211-C2-1-R), puedes consultar la web del grupo de investigación “Soil and Water Quality in the Environment”.

Referencias:

  • Andreu V, Gimeno-García E, Pascual JA, Vazquez-Roig P, Picó Y (2016) Presence of pharmaceuticals and heavy metals in the waters of a Mediterranean coastal wetland: Potential interactions and the influence of the environment. Sci Total Environ 540:278-286.
  • de Santiago-Martín A, Cheviron N, Quintana JR, González C, Lafuente AL, Mougin C (2013) Metal contamination disturbs biochemical and microbial properties of calcareous agricultural soils of the Mediterranean area. Arch Environ Cont Toxicol 64(3):388-398.
  • de Santiago-Martín A, Valverde-Asenjo I, Pérez-Esteban J, Vaquero-Perea C, et al. (2015) Metal contamination in soils in the Mediterranean area and implications for the food chain, in: Jacobs, M. (Ed.), Handbook of Public Health in Natural Disasters. Wageningen Academics, Wageningen, The Netherlands, pp 465-488.
  • de Santiago-Martín A, Vaquero-Perea C, Valverde-Asenjo I, Nieto JRQ, González-Huecas C, Lafuente AL, de la Cueva AV (2016) Impact of vineyard abandonment and natural recolonization on metal content and availability in Mediterranean soils. Sci Total Environ 551:57-65.
  • FAO (2018) Soil pollution: A hidden reality – Main Report. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Global Soil Partnership Food and Agriculture Organization, Rome, Italy, 156 pp.
  • FAO (2015) Status of the World’s Soil Resources (SWSR) – Main Report. Food and Agriculture Organization of the United Nations and Intergovernmental Technical Panel on Soils, Rome, Italy, 650 pp.
  • Martinez-Bueno MJ, Hernando MD, Herrera S, Gomez MJ, Fernandez-Alba AR, de Bustamante I, Garcia-Calvo, E (2010) Pilot survey of chemical contaminants from industrial and human activities in river waters of Spain. Int J Environ Anal Chem 90:321-343.
  • Martínez-Hernández V, Meffe R, Herrera S, Arranz E, de Bustamante I (2014) Sorption/desorption of nonhydrophobic and ionisable pharmaceutical and personal care products from reclaimed water onto/from a natural sediment. Sci Tot Environ 481:280-295.
  • Meffe R, de Bustamante I (2014) Emerging organic contaminants in surface water and groundwater: A first overview of the situation in Italy. Sci Tot Environ 472:273-281.
  • Meffe R, Kohfahl C, Hamann E, Greskowiak J, Massmann G, Dünnbier U, Pekdeger A (2014) Fate of paratoluenesulfonamide (p-TSA) in groundwater under anoxic conditions: modelling results from a field site in Berlin (Germany). Environ Sci Pollut R 21 (1):568-583.
  • Teijon G, Candela L, Tamoh K, Molina-Díaz A, Fernández-Alba AR (2010) Occurrence of emerging contaminants, priority substances (2008/105/CE) and heavy metals in treated wastewater and groundwater at Depurbaix facility (Barcelona, Spain). Sci Total Environ 408 (17):3584-3595.
  • UNEP/FAO/WHO (1988) Assessment of chemical contaminants in foods. Report on the result of the UNEP/FAO/WHO Programme on health related environmental monitoring, global environmental monitoring system.
  • Valcárcel Y, Alonso SG, Rodriguez-Gil JL, Maroto RR, Gil A, Catala M (2011) Analysis of the presence of cardiovascular and analgesic/anti-inflammatory/antipyretic pharmaceuticals in river- and drinking-water of the Madrid Region in Spain. Chemosphere 82 (7):1062-1071.

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