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Sistema de tratamiento elimina antibióticos en aguas residuales

En los últimos años se ha identificado una serie de compuestos en las aguas residuales, los cuales, por sus características químicas, no pueden ser degradados completamente (e incluso ni en forma parcial) a través de los procesos biológicos convencionales como las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR).
 

Dichos compuestos se llaman “contaminantes emergentes”, y en este grupo se identifican, entre otros, los antibióticos, los disruptores endocrinos (alteran el sistema hormonal del organismo), algunos productos para el cuidado personal y los pesticidas. Se trata de sustancias naturales o sintéticas de uso masivo en humanos y animales, como medicamentos y coadyuvantes en la nutrición animal.
 

En el caso de los antibióticos, existen numerosos trabajos que han estudiado su efecto en el ambiente y en la aparición de cepas de bacterias más resistentes a los tratamientos médicos, lo que convierte la contaminación de aguas residuales por este tipo de fármacos en un asunto de salud pública. Por ejemplo, en 2019, después de analizar muestras tomadas en 711 sitios de 72 países en los cinco continentes, un grupo de investigadores de la Universidad de York (Reino Unido) detectó rastros de estas sustancias en 462 lugares.
 

Edison Alexander Agudelo, doctor en Ingeniería en Recursos Hidráulicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, señala que, ante este panorama, las políticas públicas deben ir encaminadas a contener, corregir, mitigar y controlar la contaminación de las fuentes hídricas. De hecho, el Banco Interamericano de Desarrollo advirtió en 2018 sobre la necesidad que tiene América Latina de proteger todas las fuentes de agua, tanto superficiales como subterráneas, puesto que muchas de estas son el abastecimiento de agua potable para la población.
 

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El asunto es que, descubierta la problemática, los científicos también se dieron cuenta de que eliminar estos y otros fármacos de las aguas en las PTAR no es una tarea sencilla. El profesor Santiago Cardona, de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín, indica que los antibióticos son moléculas muy complejas y grandes; además, “las plantas convencionales están diseñadas para remover moléculas de menor complejidad química”.
 

Ante tal escenario, el doctor Agudelo presenta una tecnología de bajo costo, capaz de tratar y degradar este tipo de compuestos, en la que utiliza tecnologías de oxidación avanzada para hacer de esas partículas complejas unas más fáciles de procesar. Para ello, combina dos sistemas: el de vermifiltración –en el que se usan lombrices para mejorar su desempeño a la hora de filtrar el agua– y la oxidación avanzada, basada en ozono y carbón activado. Así, se producen radicaleshidroxilo, oxidantes capaces de degradar antibióticos como el meropenem, utilizado para tratar la meningitis y la neumonía, y el más usado en las unidades de cuidados intensivos de Colombia.

Mejores plantas de tratamiento


Aunque en Colombia y en Latinoamérica existe poca la información sobre los residuos farmacéuticos en fuentes hídricas, científicos de las universidades Jaime I (España), Antonio Nariño, de Antioquia y de la Amazonia, analizaron muestras de aguas residuales urbanas recolectadas en las PTAR de Bogotá y Medellín, además de aguas residuales sin procesar del Hospital de Tumaco (Nariño) y de Florencia (Caquetá).


El estudio encontró concentraciones de hasta 50 microgramos por litro (μg/L) de acetaminofén, y mostró una presencia superior a 1 μg/L de varios antibióticos –como azitromicina, ciprofloxacina y norfloxacina– y fármacos antihipertensivos –como losartán y valsartán–, lo que significa que las PTAR del estudio no estarían eliminando de manera eficiente los compuestos analizados.


Para optimizar la eficacia de las PTAR, el ingeniero Agudelo, con la dirección del profesor Cardona en su investigación doctoral, desarrolló un modelo cinético para simular matemáticamente cómo se degradaría el meropenem con el sistema de ozonización catalítica propuesto.


Una primera etapa de su trabajo consistió en resolver el inconveniente de que las aguas residuales de los hospitales, como las que se querían tratar, no están separadas. Por eso creó un sistema de tratamiento secuencial utilizando la vermifiltración, para la cual se dispone de un medio físico compuesto por lombrices y materiales filtrantes como arenas de diferentes tamaños. Este se usó para separar la materia orgánica gruesa y gran parte de la disuelta presente en el líquido, lo que, aunque no era un objetivo del estudio, le permitió reducir una parte del meropenem.
 

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Para eliminar los residuos restantes del antibiótico el agua se trató con radicales hidroxilo, moléculas que se encargarían de oxidar o reducir el fármaco y degradarlo, con la ventaja de que son inocuas para el medioambiente y tienen un mayor potencial para limpiar las aguas residuales, incluso más que el cloro.


Para conseguir estos oxidantes se emplearon dos tecnologías de bajo costo y sostenibles, una de ellas fue el uso de cemento Portland (en pasta), para aumentar el pH o acidez del agua, y la otra fue el carbón activado en polvo junto al ozono.

Luchar contra las bacterias resistentes


El modelo se validó en un sistema a escala piloto con agua residual hospitalaria sintética –de características similares a las de un agua residual– de un hospital de alto nivel de complejidad de Medellín. Se obtuvo la eliminación total del antibiótico y una reducción del 90 % de la demanda química de oxígeno (DQO) inicial en el sistema, un indicador que se utiliza para medir el grado de contaminación en el agua.


Así mismo, la toxicidad aguda del agua disminuyó el 100 % hasta hacerse inocua para los microorganismos prueba, que fueron E. coli y Staphylococcus aureus, bacterias que producen infecciones gastrointestinales y meningitis. De igual manera, son microorganismos que en algunas cepas han presentado resistencia a los antibióticos con los que se trataban, un aspecto que también forma parte de la problemática presencia de antibióticos en aguas residuales, debido a que sus residuos se han encontrado típicamente cerca de las PTAR, un escenario idóneo para que ambos elementos convivan y se adapten.


Por eso, sistemas como el diseñado por el ingeniero Agudelo para facilitar la remoción de estos contaminantes de las aguas residuales se pueden convertir en una herramienta fundamental para las autoridades sanitarias locales y departamentales en el desafío que representa la resistencia microbiana.


Lea la tesis de doctorado:“Modelo cinético para la degradación de contaminantes emergentes (antibióticos) presentes en un agua residual, bajo un sistema de tratamiento secuencial vermifiltración –tecnologías de oxidación avanzada”.

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