Aguas contaminadas por microplásticos: Nuevas estrategias de tratamiento
Los microplásticos, partículas de plástico de menos de 5 mm, se utilizan ampliamente en productos cotidianos por su versatilidad y bajo costo. Sin embargo, su presencia en el medio ambiente plantea un importante desafío global. La oportunidad radica en abordar este reto mediante el desarrollo de soluciones innovadoras que reduzcan su impacto en los océanos y la cadena alimentaria. A medida que se investiga más sobre los efectos de los microplásticos en la salud humana y los ecosistemas, se abre la puerta a avances en políticas públicas, tecnologías de descontaminación y prácticas sostenibles, lo que permitirá mitigar su impacto y proteger tanto el medio ambiente como nuestra salud.
Sistemas tradicionales para la eliminación de microplásticos en agua
Las plantas de tratamiento de aguas residuales no están diseñadas para eliminar partículas plásticas, ya que su objetivo principal es la eliminación de nutrientes como nitrógeno y fósforo, además de los desechos sólidos. Utilizan tecnologías basadas en procesos mecánicos, biológicos y químicos que, de manera incidental, también eliminan algunas partículas de plástico, ya sea mediante filtración o al adherirse a nutrientes precipitados y flóculos microbianos. Sin embargo, cuanto más eficiente es la eliminación de microplásticos, mayor es la cantidad de estas partículas que terminan en los lodos, aumentando su potencial de contaminación. Estos lodos, que contienen entre 20 y más de 180 partículas de microplásticos por gramo de lodo seco, a menudo se aplican en tierras agrícolas o en proyectos de paisajismo debido a su contenido en fósforo y nitrógeno. De hecho, se estima que la cantidad de microplásticos en entornos terrestres puede ser entre 4 y 23 veces mayor que en los océanos. Esto genera un dilema: o bien se contamina el agua o el suelo. Además, la capacidad de estas tecnologías para eliminar microplásticos varía considerablemente entre estudios, y en algunos casos, no se observa ningún efecto significativo.
En la Unión Europea, aún no existen estándares para regular la concentración de MPs en aguas residuales tratadas. Tampoco se considera su presencia en los efluentes ni sus rutas hacia los ecosistemas en la legislación ambiental. Aunque se reconoce que causan daños en entornos acuáticos y terrestres, la gravedad de estos impactos no está clara y se requiere más investigación. Sin embargo, se exploran mejoras técnicas en las plantas de tratamiento para mitigar la contaminación por microplásticos, y actualmente hay numerosos estudios en curso para optimizar su eficacia en este aspecto.
Nuevos sistemas para la eliminación de microplásticos de los lechos acuosos
La remediación de microplásticos abarca su eliminación, degradación o reciclaje del medio ambiente, estrategias que pueden lograrse mediante procesos electroquímicos.
Electrocoagulación
Un método destacado es la electrocoagulación, que resulta económico y respetuoso con el medio ambiente para eliminar contaminantes del agua. Este proceso consiste en disolver un electrodo metálico cuyos cationes se unen a los microplásticos, formando precipitados más grandes que luego son filtrados. La selección del campo eléctrico adecuado es esencial para maximizar la eficiencia de este proceso mientras se minimiza el consumo de energía. Experimentos con aguas residuales municipales demuestran que la electrocoagulación puede eliminar entre el 90 y 100% de los microplásticos utilizando electrodos de aluminio, que son más eficaces que los de hierro, y alcanzan eficiencias de eliminación de más del 90%.
Oxidación electroquímica de los materiales poliméricos
Su degradación también es posible a través de la oxidación electroquímica de los materiales poliméricos. En este caso, se generan especies reactivas de oxígeno, como los radicales hidroxilo y el peróxido de hidrógeno, que atacan los enlaces químicos de los microplásticos. Los electrodos de diamante dopado con boro (BDD) destacan por su capacidad para degradar hasta un 90% de microplásticos en pocas horas, convirtiéndolos principalmente en CO₂. Este proceso implica la ruptura de los enlaces C-H y C-C en los polímeros, facilitada por los radicales hidroxilo. Otros parámetros como la intensidad de corriente y el tipo de electrolito también son determinantes para optimizar el proceso. También se ha observado una alta eficiencia en la degradación de nanoplásticos (NPs), siendo los radicales de sulfato más efectivos que los radicales hidroxilo. En estos casos, el uso de BDD alcanza eficiencias superiores al 85%.
Aunque la eliminación de microplásticos es el principal objetivo, también es posible reciclarlos y convertirlos en productos de alto interés. Por ejemplo, se ha logrado la conversión electrocatalítica de polietileno tereftalato (PET) en productos químicos como el ácido tereftálico e hidrógeno, para aplicaciones industriales. A pesar de estos avances, los procesos electroquímicos enfrentan grandes desafíos, como la necesidad de altos potenciales y la generalizada presencia de reacciones secundarias indeseadas que disminuyen la eficiencia del proceso electrocatalítico.
Fotocatálisis
La fotocatálisis se presenta como otro proceso de oxidación avanzada (AOP) eficiente para la degradación completa de MPs. Los semiconductores como el dióxido de titanio (TiO₂) y el óxido de zinc (ZnO) generan especies reactivas cuando interactúan con la luz, las cuales oxidan a los MPs y provocan su descomposición. El proceso de mineralización de MPs comienza en la banda de conducción del semiconductor, donde los electrones reaccionan con oxígeno para formar radicales superóxido, los cuales interactúan a su vez con moléculas de agua para generar peróxido de hidrógeno y finalmente radicales hidroxilo, que siguen oxidando los intermedios de reacción consecutivamente hasta convertirlos en CO2 y H2O.
Carbono Orgánico Total (TOC)
Las mediciones de carbono orgánico total (TOC) es una técnica fundamental para evaluar la eficiencia de mineralización de procesos que buscan transformar los microplásticos en CO2 y H2O. Existen otras técnicas que también se utilizan para monitorizar la degradación de plásticos, como la espectroscopía infrarroja (IR) y la cromatografía, que permiten identificar cambios en la estructura química del polímero o la presencia de fragmentos específicos. Sin embargo, estas técnicas no ofrecen una medida directa de la completa conversión del plástico en compuestos inorgánicos. A diferencia de ellas, el TOC proporciona una cuantificación precisa del carbono residual en el sistema, lo que lo convierte en el método más eficaz para determinar si el plástico ha alcanzado su mineralización total.
En AIMPLAS, contamos con un equipo de medición de TOC que utilizamos para evaluar nuestra capacidad de descontaminación de aguas, incluido el análisis de la mineralización de microplásticos. Este equipo nos permite asegurar que los procesos de degradación que aplicamos son eficientes y contribuyen de manera efectiva a la reducción de la contaminación de medios acuosos. Contacta con nosotros para más información.
