Los profesionales de la calidad del agua utilizan el término " contaminantes de preocupación emergente " para describir los contaminantes que se han detectado en muestras de monitoreo ambiental , que pueden causar impactos ecológicos o en la salud humana y que, por lo general, no están regulados por las leyes ambientales actuales. Las fuentes de estos contaminantes incluyen la agricultura , las escorrentías urbanas y los productos domésticos comunes (como jabones y desinfectantes) y los productos farmacéuticos que se desechan en plantas de tratamiento de aguas residuales y luego se descargan en aguas superficiales. [1] [2]
Los CEC incluyen diferentes sustancias, como productos farmacéuticos, productos de cuidado personal, subproductos industriales y productos químicos agrícolas. Estas sustancias a menudo pasan por alto los procesos habituales de detección y tratamiento, lo que lleva a su persistencia no deseada en el medio ambiente. La complejidad de los CEC surge no solo de su diferente naturaleza química, sino también de las formas complejas en que interactúan con los ecosistemas y la salud humana. Como tal, son el foco de un estudio cada vez mayor por parte de investigadores, formuladores de políticas y funcionarios de salud pública que desean comprender sus efectos a largo plazo y desarrollar intervenciones efectivas. Las iniciativas globales, como la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Agencia de Protección Ambiental (EPA), enfatizan la necesidad de crear estándares internacionales y políticas ambientales efectivas para abordar los desafíos que plantean los CEC. La conciencia pública y la promoción desempeñan un papel crucial en el impulso de la agenda de investigación y el desarrollo de políticas para los CEC, destacando la necesidad de prácticas de fabricación actualizadas y el desarrollo de más métodos de remediación y detección.
El concepto de CEC ganó una atención significativa a principios del siglo XXI, a medida que los avances en las técnicas analíticas permitieron la detección de estas sustancias en niveles traza en diversas matrices ambientales. El aumento de la conciencia sobre los CEC se debe en parte a su abundante presencia en aguas residuales, aguas superficiales, aguas subterráneas y agua potable, a menudo debido a la urbanización, las actividades industriales y el uso generalizado de productos farmacéuticos y de cuidado personal. [3] El reconocimiento de los riesgos potenciales que plantean los CEC ha dado lugar a un creciente conjunto de investigaciones destinadas a comprender sus fuentes, destino y efectos en el medio ambiente, así como al desarrollo de estrategias para su gestión y eliminación. [4]
Para que un compuesto sea reconocido como contaminante emergente debe cumplir al menos dos requisitos: [12]
Los contaminantes emergentes son aquellos que no se han detectado previamente mediante análisis de la calidad del agua o se han encontrado en pequeñas concentraciones con incertidumbre en cuanto a sus efectos. No se comprende completamente el riesgo que suponen para la salud humana o ambiental. [12]
Los contaminantes de preocupación emergente (CEC) pueden clasificarse en varias categorías de sustancias químicas, como productos farmacéuticos y de cuidado personal , cianotoxinas , nanopartículas y retardantes de llama , entre otros. [13] Sin embargo, estas clasificaciones cambian constantemente a medida que se descubren nuevos contaminantes (o efectos) y los contaminantes emergentes de años anteriores dejan de ser una prioridad. Estos contaminantes generalmente pueden clasificarse como contaminantes verdaderamente "nuevos" que se han descubierto e investigado recientemente, contaminantes que se conocían pero sus efectos ambientales no se comprendían por completo o contaminantes "antiguos" sobre los que surge nueva información con respecto a sus riesgos. [13]
Los productos farmacéuticos están ganando cada vez más atención como CEC debido a su continua introducción en el medio ambiente y su falta general de regulación. [14] Estos compuestos suelen estar presentes en bajas concentraciones en los cuerpos de agua y actualmente se sabe poco sobre sus efectos ambientales y de salud por exposición crónica; los productos farmacéuticos recién ahora se están convirtiendo en un foco de atención en toxicología debido a técnicas analíticas mejoradas que permiten detectar concentraciones muy bajas. [14] Hay varias fuentes de productos farmacéuticos en el medio ambiente, incluyendo principalmente efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales , acuicultura y escorrentías agrícolas . [15]
Los productos de cuidado personal suelen contener una mezcla compleja de sustancias químicas, como conservantes (por ejemplo, parabenos), filtros UV (por ejemplo, oxibenzona), plastificantes (por ejemplo, ftalatos), antimicrobianos (por ejemplo, triclosán), fragancias y colorantes. [16] Muchos de estos compuestos son sustancias químicas sintetizadas que no suelen encontrarse en la naturaleza. Las sustancias químicas de los productos de cuidado personal pueden entrar en el medio ambiente a través de diversas vías. Después de su uso, suelen ser arrastradas por el desagüe y pueden acabar en las corrientes de aguas residuales. Estas sustancias no se eliminan por completo en los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales, lo que provoca su liberación en cuerpos de agua naturales. Algunas de estas sustancias químicas son persistentes en el medio ambiente y pueden bioacumularse en los tejidos de los organismos, lo que puede provocar alteraciones ecológicas. También pueden tener propiedades disruptoras endocrinas que interfieren en los sistemas hormonales de la vida silvestre y los seres humanos. [17]
En los últimos años, ha habido un aumento de floraciones de cianobacterias debido a la eutrofización (o aumento de los niveles de nutrientes ) de las aguas superficiales en todo el mundo. [18] Los aumentos de ciertos nutrientes, como el nitrógeno y el fósforo, están relacionados con la escorrentía de fertilizantes de los campos agrícolas, y también se encuentran en ciertos productos, como los detergentes, en los espacios urbanos. [19] Estas floraciones pueden liberar toxinas que pueden disminuir la calidad del agua y son un riesgo para la salud humana y de la vida silvestre. [18] Además, hay una falta de regulaciones con respecto a los niveles máximos de contaminantes (MCL) permitidos en las fuentes de agua potable. [19] Las cianotoxinas pueden tener efectos tóxicos tanto agudos como crónicos, y a menudo hay muchas consecuencias para la salud del medio ambiente donde ocurren estas floraciones. [19]
Los productos químicos industriales de diversas industrias producen sustancias químicas nocivas que son conocidas por causar daños a la salud humana y al medio ambiente. Las sustancias químicas industriales comunes, como los 1,4-dioxanos , el sulfonato de perfluorooctano (PFOS) y el ácido perfluorooctanoico (PFOA) , se encuentran comúnmente en diversas fuentes de agua.
Los nanomateriales incluyen materiales a base de carbono, óxidos metálicos, metales y puntos cuánticos. [20] Los nanomateriales pueden ingresar al medio ambiente durante su fabricación, uso por parte de los consumidores o eliminación. Debido a su pequeño tamaño, los nanomateriales se comportan de manera diferente a las partículas más grandes. [21] Tienen una alta relación área superficial/volumen, lo que puede generar una mayor reactividad y el potencial de transportarse por todo el medio ambiente. Los nanomateriales son difíciles de detectar y monitorear debido a su tamaño y la ausencia de métodos estandarizados para medir su presencia y concentración en varios medios. [5]
La escorrentía agrícola es una vía importante a través de la cual los CEC ingresan al medio ambiente. [22] Los compuestos como pesticidas y productos farmacéuticos de los fertilizantes son transportados por el agua desde las granjas hasta el suelo y los cuerpos de agua de las áreas circundantes. [23] Luego, la escorrentía ocurre después de la lluvia o el riego, lo que provoca una afluencia de sustancias químicas que se filtran del suelo donde fueron vertidas y llegan a los ríos, lagos y aguas subterráneas. [23] La escorrentía puede contener un CEC que no está regulado o cuyos impactos ambientales no se comprenden bien, [12] lo que contribuye a la contaminación de los ecosistemas acuáticos y potencialmente afecta las fuentes de agua humanas. Un desafío importante es monitorear los niveles de CEC en los cuerpos de agua. Una encuesta nacional reveló que la erosión del suelo, la pérdida de nutrientes y la escorrentía de pesticidas de las vastas tierras agrícolas de Estados Unidos son las principales causas de la contaminación de la calidad del agua. Aproximadamente el 46% de los ríos y arroyos en los Estados Unidos tienen condiciones que son dañinas para la vida acuática. Además, solo alrededor del 28% de estos cuerpos de agua están clasificados como "saludables" en función de sus comunidades biológicas. [24]
Los vertidos industriales son aquellos desechos que se liberan al medio ambiente a partir de instalaciones de fabricación y procesamiento químico. [25] Estos desechos pueden incluir una amplia variedad de CEC como metales pesados, solventes y diversos compuestos orgánicos que no se detectan ni se eliminan regularmente mediante procesos de tratamiento estándar. [26] Estos contaminantes pueden acumularse en sedimentos y biota, lo que representa riesgos para la vida acuática y la salud humana. La complejidad y diversidad de los vertidos industriales requiere tecnologías de tratamiento avanzadas y marcos regulatorios más estrictos para evitar que los CEC contaminen el medio ambiente. Se han investigado y demostrado procesos avanzados de oxidación y tecnologías de membranas que reducen los CEC de los vertidos industriales, sin embargo, existe un costo excesivo para modernizar las instalaciones de tratamiento existentes con esta tecnología. [27]
La escorrentía urbana es el agua de lluvia que corre por calles, jardines y otras superficies urbanas, recogiendo diversos contaminantes a lo largo del camino. [28] Estos contaminantes pueden incluir CEC como microplásticos de materiales sintéticos, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) de los escapes de los vehículos y productos farmacéuticos de medicamentos desechados de forma incorrecta. [29] Esta escorrentía sin tratar puede ingresar a los desagües pluviales y eventualmente descargarse en cuerpos de agua naturales, a menudo sin pasar por las instalaciones de tratamiento de aguas residuales y provocando su acumulación en el medio ambiente, donde puede causar daños a la vida silvestre y potencialmente ingresar a la cadena alimentaria humana. Se están implementando y probando pavimentos permeables y jardines de lluvia en algunas áreas urbanas para mitigar los efectos de la escorrentía, lo que ayuda a filtrar los contaminantes antes de que lleguen al sistema de agua. [30]
Las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) están diseñadas para eliminar contaminantes de las aguas residuales domésticas e industriales antes de que se liberen al medio ambiente. [31] Sin embargo, algunas PTAR, en particular las más antiguas o con pocos recursos, no están equipadas para eliminar eficazmente todos los CEC, como productos farmacéuticos avanzados, ingredientes de productos de cuidado personal y ciertos tipos de productos químicos industriales. [32] Estas sustancias pueden pasar por el proceso de tratamiento y entrar en los ecosistemas acuáticos, [33] lo que crea un desafío para la tecnología de tratamiento de agua y enfatiza la necesidad de investigación continua y mejora de la infraestructura para abordar la eliminación de CEC de las aguas residuales. Se están probando avances como las etapas de tratamiento terciario, que incorporan técnicas avanzadas de filtración y eliminación de productos químicos, para abordar la presencia de CEC en los desechos, aunque aún está por verse una implementación generalizada debido a la novedad, el costo y los desafíos logísticos. [34]
Existe una superposición de muchos productos químicos de origen antropogénico a los que los humanos están expuestos regularmente. Esto hace que sea difícil atribuir una causalidad negativa para la salud a un compuesto específico y aislado. La EPA administra una Lista de candidatos a contaminantes para revisar las sustancias que pueden necesitar control en los sistemas públicos de agua . [35] La EPA también ha enumerado doce contaminantes de preocupación emergente en instalaciones federales, con orígenes, efectos sobre la salud y medios de exposición que varían. [36] Los doce contaminantes enumerados son los siguientes: tricloropropano (TCP), dioxano , trinitrotolueno ( TNT ), dinitrotolueno , hexahidro-trinitro-triazano (RDX), N-nitroso-dimetilamina (NDMA), perclorato , bifenilos polibromados (PBB), tungsteno , éteres de difenilo polibromados (PBDE) y nanomateriales .
La red NORMAN [37] mejora el intercambio de información sobre sustancias ambientales emergentes. Se ha creado una lista de sustancias sospechosas [38] (SLE) para permitir compartir los numerosos contaminantes potenciales de creciente preocupación. La lista contiene más de 100.000 sustancias químicas.
La Tabla 1 es un resumen de los contaminantes emergentes que actualmente figuran en un sitio web de la EPA y en un artículo de revisión. En la siguiente tabla se detallan los usos y los riesgos para la salud de los CEC identificados comúnmente. [39] [40]
El impacto ambiental de los CEC en la vida acuática es amplio. Por ejemplo, los disruptores endocrinos (EDC) tienen el potencial de imitar las hormonas naturales, lo que puede provocar fallos reproductivos y, en última instancia, disminuciones o aumentos de la población de peces y anfibios. Los EDC se encuentran en una variedad de contaminantes comunes, incluidos pesticidas y productos químicos industriales, y también pueden provocar alteraciones del crecimiento y la reproducción en la vida acuática (US EPA) (USGS.gov). [41] [42] Los microplásticos son otro motivo de preocupación, ya que pueden provocar bloqueos físicos en los tractos digestivos de los organismos acuáticos y actuar como vías de paso para otras toxinas, lo que lleva a la bioacumulación y al aumento de la concentración a medida que ascienden en cada nivel de la cadena alimentaria. [41] Estos impactos no solo amenazan la biodiversidad, sino también la estabilidad de los ecosistemas acuáticos de los que dependen muchas especies. La vigilancia continua y los esfuerzos regulatorios son cruciales para evaluar el alcance completo de los impactos de los CEC y para el desarrollo de estrategias eficaces para mitigar su presencia en los ecosistemas acuáticos (NOAA.gov). [43]
Cuando los CEC pasan por alto los sistemas de filtración de agua y contaminan el agua potable o se acumulan en la cadena alimentaria, también pueden causar riesgos para la salud humana. La exposición crónica a dosis bajas de CEC se ha relacionado con varios problemas de salud. Por ejemplo, ciertos CEC farmacéuticos y EDC se han asociado con desequilibrios hormonales, mayores riesgos de ciertos tipos de cáncer y problemas de desarrollo. [41] Los antibióticos presentes en el medio ambiente también pueden contribuir al desarrollo de bacterias resistentes a los antibióticos, lo que plantea una grave amenaza para la salud humana al reducir la eficacia de los tratamientos con antibióticos. [41] Los estudios han demostrado que incluso en bajas concentraciones, la presencia de CEC en el agua potable puede correlacionarse con trastornos neurológicos y puede disminuir la función cognitiva con el tiempo. [44] Ciertas sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) , que son un tipo de CEC, se han relacionado con diferentes resultados adversos para la salud, como el aumento de los niveles de colesterol, cambios en las enzimas hepáticas y la reducción de la eficacia de las vacunas, lo que genera preocupaciones sobre la exposición generalizada a estos productos químicos. [45] Los CDC también identifican la exposición a altos niveles de CEC con efectos negativos sobre el sistema inmunológico, al comprometer la capacidad del cuerpo para combatir infecciones y aumentar el riesgo de enfermedades reumatológicas. [44] La exposición a una combinación de varios CEC, que puede ocurrir a través del agua potable o las cadenas alimentarias contaminadas, puede provocar efectos acumulativos sobre la salud humana que aún no se comprenden por completo. [44] [45]
La vida silvestre, en particular las especies que dependen de ambientes acuáticos, son excepcionalmente vulnerables a las perturbaciones causadas por los CEC. Las especies terrestres pueden estar expuestas a los CEC a través de alimentos, agua y suelo contaminados. Estos contaminantes pueden causar contaminación que puede conducir a la mortalidad o pueden resultar indirectamente en cambios en el comportamiento que afecten actividades esenciales como la alimentación y el apareamiento. Las especies migratorias corren un riesgo especial, ya que pueden propagar el impacto de los CEC a través de varios ecosistemas. [41] [42] La salud de las poblaciones de vida silvestre es un indicador importante de la calidad ambiental, y la presencia de CEC puede señalar problemas ecológicos más amplios que requieren atención.
La detección y el monitoreo de los CEC se realiza mediante una variedad de técnicas analíticas sofisticadas. La cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) combinada con la espectrometría de masas (MS) puede ayudar a identificar los CEC orgánicos, debido a su alta sensibilidad y selectividad EPA. Para los compuestos volátiles y semivolátiles, la cromatografía de gases (GC) combinada con MS se utiliza comúnmente FDA. Los metales y metaloides se analizan típicamente utilizando técnicas como la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), que permite el análisis simultáneo de múltiples elementos USGS. Las complicaciones con el monitoreo de los CEC van más allá de la mera detección. También se deben monitorear sus vías a través de diferentes entornos. Esto se puede hacer con dispositivos de muestreo pasivo, que acumulan contaminantes con el tiempo y brindan una visión integral de los niveles de contaminantes en diferentes ubicaciones NOAA. También se utilizan e integran biosensores para detectar contaminantes específicos rápidamente, lo que es importante para las aplicaciones de monitoreo in situ NIH. El uso de detección remota y sistemas de información geográfica (GIS) para el análisis espacial se está expandiendo, estas herramientas facilitan el seguimiento de la propagación de la contaminación NASA Earth Science. Los recientes avances en nanotecnología han llevado al desarrollo de nanosensores que pueden detectar trazas de CEC. Nature Nanotechnology.
Existen lugares con desechos que tomarían cientos de años limpiar y evitar una mayor filtración y contaminación del nivel freático y la biosfera circundante . En los Estados Unidos, las agencias reguladoras ambientales a nivel federal son las principales responsables de determinar las normas y estatutos que guían las políticas y el control en el estado para evitar que los ciudadanos y el medio ambiente se expongan a compuestos nocivos. Los contaminantes emergentes son ejemplos de casos en los que la regulación no hizo lo que se suponía que debía hacer, y las comunidades han quedado vulnerables a efectos adversos para la salud. Muchos estados han evaluado lo que se puede hacer con respecto a los contaminantes emergentes y actualmente lo consideran un problema grave, pero solo ocho estados tienen programas específicos de gestión de riesgos que abordan los contaminantes emergentes. [46]
Se trata de tácticas y métodos que tienen por objeto remediar los efectos de algunos CEC, o de todos ellos, impidiendo su desplazamiento por el medio ambiente o limitando sus concentraciones en determinados sistemas ambientales. Es especialmente importante garantizar que los métodos de tratamiento del agua no se limiten a trasladar los contaminantes del efluente al lodo, dada la posibilidad de que el lodo se esparza por la tierra, lo que ofrecería una vía alternativa para entrar en el medio ambiente.
Para algunos contaminantes emergentes, varias tecnologías avanzadas (sonólisis, fotocatálisis , [40] oxidación basada en Fenton [47] y ozonización ) han tratado contaminantes en experimentos de laboratorio. [48] Otra tecnología es la "coagulación mejorada", en la que la entidad de tratamiento trabajaría para optimizar la filtración eliminando los precursores de la contaminación a través del tratamiento. En el caso de los THM, esto significaba reducir el pH, aumentar la tasa de alimentación de coagulantes y alentar a los sistemas domésticos a operar con filtros de carbón activado y aparatos que puedan realizar ósmosis inversa . [49] Aunque estos métodos son efectivos, son costosos y ha habido muchos casos de plantas de tratamiento que se resisten a pagar por la eliminación de la contaminación, especialmente si no se creó en el proceso de tratamiento del agua, ya que muchos EC ocurren a partir de escorrentías, fuentes de contaminación pasadas y productos de cuidado personal. También es difícil incentivar a los estados para que tengan sus propias políticas en torno a la contaminación porque puede ser oneroso para los estados pagar por los procesos de detección y prevención. También existe un elemento de injusticia ambiental, ya que las comunidades de menores ingresos con menos poder adquisitivo y político no pueden comprar su propio sistema de filtración y están expuestas regularmente a compuestos nocivos en el agua potable y los alimentos. [50] Sin embargo, los avances recientes en materia de sistemas basados en luz muestran un gran potencial para tales aplicaciones. Con la disminución del costo de los sistemas de LED UV y la creciente prevalencia de los sistemas alimentados con energía solar, [40] existe un gran potencial para eliminar los CEC manteniendo los costos bajos.
Los investigadores han sugerido que los marcos metalorgánicos (MOF) y los nanoadsorbentes basados en MOF (MOF-NA) podrían usarse en la eliminación de ciertos CEC, como productos farmacéuticos y de cuidado personal , especialmente en el tratamiento de aguas residuales. El uso generalizado de nanoadsorbentes basados en MOF aún no se ha implementado debido a las complicaciones creadas por las vastas propiedades fisicoquímicas que contienen los CEC. La eliminación de CEC depende en gran medida de la estructura y porosidad de los MOF-NA y de la compatibilidad fisicoquímica tanto de los CEC como de los MOF-NA. [51] Si un CEC no es compatible con el MOF-NA, entonces se pueden agregar químicamente grupos funcionales particulares para aumentar la compatibilidad entre las dos moléculas. La adición de grupos funcionales hace que las reacciones dependan de otros procesos y mecanismos químicos, como enlaces de hidrógeno , reacciones ácido-base y fuerzas electrostáticas complejas. [51] La remediación con nanoadsorbentes basados en MOF depende en gran medida de la calidad del agua, como el pH, para que la reacción se ejecute de manera eficiente. La remediación con MOF-NA también se puede utilizar para eliminar de manera eficiente otros metales pesados y compuestos orgánicos en el tratamiento de aguas residuales.
Otro método de posible remediación para los CEC es mediante el uso de biorreactores de membrana (MBR) que actúan a través de mecanismos de sorción y biodegradación . Los biorreactores de membrana han demostrado resultados en la capacidad de filtrar ciertos solutos y productos químicos de las aguas residuales a través de métodos de microfiltración , pero debido al tamaño extremadamente pequeño de los CEC, los MBR deben depender de otros mecanismos para garantizar la eliminación de los CEC. Un mecanismo que utilizan los MBR para eliminar los CEC de las aguas residuales es la sorción. La sorción de los CEC a los depósitos de lodo en el sistema del MBR puede permitir que los depósitos se asienten y sean bombardeados con agua, lo que provoca la biodegradación final de los CEC en la membrana. La sorción de un CEC en particular puede ser incluso más eficiente en el sistema si el CEC es hidrófobo, lo que hace que se mueva de las aguas residuales a los depósitos de lodo más rápidamente. [52]
En los últimos años, la gestión de los CEC ha cobrado cada vez más importancia debido a su posible impacto en la salud pública y el medio ambiente. En respuesta a estas preocupaciones, diversas organizaciones gubernamentales e internacionales han iniciado iniciativas para abordar el problema de los CEC mediante la investigación, la reglamentación y la divulgación pública.
En enero de 2024, la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca anunció una iniciativa de investigación federal coordinada para abordar los CEC en las aguas superficiales. La iniciativa tiene como objetivo mejorar la comprensión de las fuentes, la aparición y los efectos de los CEC, así como desarrollar estrategias eficaces para su eliminación y gestión. [53]
Además, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) ha participado activamente en la lucha contra los contaminantes de nueva importancia. El taller de la OCDE sobre la gestión de contaminantes de nueva importancia en las aguas superficiales reunió a expertos de diversos países para debatir los desafíos y las soluciones relacionados con los contaminantes de nueva importancia, y destacó la importancia de la colaboración internacional para abordar este problema mundial. [53]
Estos acontecimientos recientes subrayan el creciente reconocimiento de la necesidad de realizar esfuerzos concertados para abordar los desafíos que plantean los CEC para proteger la salud pública y el medio ambiente.
Las iniciativas de promoción de la regulación de los CEC son importantes para impulsar la legislación y la acción regulatoria. Los grupos de defensa del medio ambiente crean conciencia sobre los riesgos potenciales asociados con los CEC e instan a que se avance en las políticas de protección ambiental. Estos grupos presionan para mejorar los estándares de calidad del agua, en particular la inclusión de los CEC en los protocolos de monitoreo y tratamiento de las instalaciones de aguas residuales, lo que da como resultado una mejor calidad de los efluentes NECRI. Además, presionan para que se establezca un marco de detección integral y abogan por políticas de precaución para prevenir la liberación de sustancias químicas nocivas al medio ambiente (Grupo de Trabajo Ambiental).
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