Contaminación con herbicidas

Contaminación con herbicidasLa colaboradora del Máster Oficial Universitario en Gestión de la prevención de Riesgos Laborales, la Excelencia, el Medio Ambiente y la Responsabilidad Corporativa de Bureau Veritas Centro Universitario, Carolina García, continuando con el tema del post de la semana pasada sobre la importancia del tratamiento físico-químico de aguas, desarrolla en este nuevo post el caso de la contaminación con herbicidas.

La aplicación de los herbicidas en suelos agrícolas es una práctica efectiva y bien establecida para controlar el crecimiento de malas hierbas en las cosechas.

Los compuestos derivados de la fenil-urea (Figura 1) como herbicidas son los más empleados en la agricultura actual. Actúan inhibiendo la fotosíntesis, y se aplican principalmente como herbicidas de pre- y post-emergencia para el control anual de las malas hierbas.

Figura 1. Estructura química de los herbicidas fenil-ureas

Figura 1. Estructura química de los herbicidas fenil-ureas

Estos herbicidas han recibido una especial atención en los últimos años debido a su toxicidad y posibles propiedades cancerígenas, además de que se requieren semanas e incluso meses para eliminarlos del Medio Ambiente.

Al ser estables permanecen sin degradarse en cosechas o suelos y su solubilidad en agua les permite llegar a las fuentes de aguas subterráneas y superficiales mediante procesos de lavado y lixiviado; con lo que deben ser controlados desde su vertido directo hasta sus productos de degradación.

La contaminación por pesticidas en general, y por herbicidas en particular, conlleva una serie de problemas medioambientales. En efecto, los pesticidas alteran el balance de la naturaleza desequilibrando los sistemas ecológicos y producen efectos tóxicos para personas y animales.

Además, los propios insectos y otros parásitos desarrollan especies resistentes, lo que obliga a utilizar mayores dosis o productos de mayor efectividad.

En respuesta a este problema, la Unión Europea ha establecido en su Directiva 98/83/CE del Consejo una concentración máxima permisible de 0,1 mg/L para cada pesticida individual en agua potable, y una concentración de 0,5 mg/L para la suma total de todos los pesticidas (incluyendo sus metabolitos y productos de degradación), con el fin de garantizar la calidad y salubridad esenciales en las aguas destinadas para consumo humano, bien sean subterráneas o superficiales.

En este contexto, llevamos a cabo un estudio de investigación sobre la eliminación de herbicidas en diferentes tipos de agua potable mediante el empleo de métodos físico-químicos.

En concreto escogimos cuatro herbicidas pertenecientes a la familia de las fenil-ureas, ampliamente utilizados en la agricultura, como modelos de contaminantes presentes en aguas naturales: isoproturon, clortoluron, diuron y linuron.

Tales compuestos fueron disueltos en distintos tipos de aguas (ultra-pura, mineral comercial, subterránea y superficial), con el fin de simular procesos de tratamiento mediante distintos tipos de procesos físico-químicos en aguas reales contaminadas con estos herbicidas.

En este estudio, establecimos la influencia de variables operativas, tales como, condiciones de presión y temperatura, pH, concentración inicial de agentes oxidantes, tipo de agua empleada y naturaleza del compuesto orgánico.

Los tratamientos físico-químicos se aplicaron a estos herbicidas, tanto de forma individual como conjunta, siendo estos:

  • Degradación química empleando como agentes oxidantes: radiación UV, ozono y procesos de oxidación avanzada, mediante combinación de estos con peróxido de hidrógeno e iones hierro (II), conocido como reactivo de Fenton, entre otros.
  • Eliminación mediante filtración por membranas de ultrafiltración (UF) y nanofiltración (NF), en diferentes condiciones operativas (Figura 2).
  • Procesos combinados físico-químicos, aplicando procesos en serie de ozonación-NF y viceversa.

. Esquema básico de un proceso de separación con membranas

Figura 2. Esquema básico de un proceso de separación con membranas

Resultados del caso objeto de estudio

De forma global, los métodos de oxidación química resultaron adecuados para la eliminación de los herbicidas fenil-ureas presentes en aguas subterráneas y superficiales, siendo apta su aplicación en plantas reales de tratamiento de aguas.

Más concretamente, y según se deduce de este estudio realizado a escala laboratorio, la ozonación de herbicidas fenil-ureas es probablemente el proceso más eficaz para la eliminación de estos en aguas naturales; aunque la elección del método más adecuado a escala real dependerá de las condiciones operativas y del coste calculado a partir de un estudio económico que se debe aplicar a cada caso concreto.

Respecto a los métodos físicos de filtración, las membranas de UF utilizadas retenían una cantidad significativa de materia orgánica natural, pero las corrientes de rechazo obtenidas no presentaban aún la suficiente calidad para poder ser utilizada como agua potable.

No obstante, las membranas de NF (especialmente la membrana tipo DK) a presiones mayores de 20 bar resultaron ser más eficaces para eliminar los contaminantes seleccionados. Además, la membrana DK retenía unas concentraciones muy elevadas de carbono orgánico total y aromaticidad.

Finalmente, las combinaciones de técnicas de oxidación química y de filtración por membranas condujeron a eliminaciones muy eficaces de los herbicidas seleccionados cuando estaban disueltos en aguas naturales, proporcionando un efluente acuoso de alta calidad y apto para consumos diversos.

En estas combinaciones se emplearon procesos secuenciales de oxidación química (radiación UV, ozono y el sistema ozono/peróxido de hidrógeno) seguidos de una etapa de nanofiltración; y asimismo, se aplicaron secuencias de UF y NF combinadas con un proceso posterior de ozonación.

La principal desventaja de ambos procesos combinados reside en la generación de una corriente de rechazo en la etapa de filtración que debe ser tratada adecuadamente para reducir su carga contaminante. Una posibilidad de tratamiento de esta corriente es la oxidación mediante ozono.

La elección final del tratamiento más adecuado para eliminar microcontaminantes orgánicos en aguas naturales dependerá, en cualquier caso, de las características del agua a tratar, de los contaminantes específicos presentes en esta, del coste de las instalaciones necesarias y de los agentes oxidantes a emplear, precisando todo ello de un detallado estudio económico específico para cada caso.

Conclusiones

La escasez de agua potable es un serio problema que afecta a nivel mundial, no solo por el creciente consumo de este recurso, sino por la grave contaminación de las fuentes disponibles.

Es necesario y urgente investigar y establecer métodos que permitan eliminar los agentes contaminantes hasta alcanzar concentraciones de estos por debajo de los límites establecidos por la legislación vigente.

De este modo, es posible aprovechar de manera eficiente el agua disponible, bien purificando las aguas subterráneas y superficiales para consumo humano, o bien depurando las aguas residuales urbanas, industriales y agrícolas, con el fin de obtener un agua apta para regadíos o diversos procesos industriales.

Los tratamientos de oxidación química (cloro, ozono, radiación UV, POAs…), así como la filtración por métodos físicos, como carbón activado y membranas, constituyen una alternativa viable y eficaz frente a los métodos clásicos de degradación biológica, que por sí solos no logran destruir ciertos microcontaminantes orgánicos peligrosos.

Así, hemos presentado un caso de eliminación de herbicidas en aguas potables mediante diversos métodos físico-químicos, en el que comprobamos la conveniencia de aplicar un sistema en serie de oxidación química mediante ozono, junto con una posterior etapa de tratamiento con membranas de nanofiltración, logrando una corriente final de agua de alta calidad.

En definitiva, es una responsabilidad social y medioambiental el impulsar e invertir en el desarrollo de nuevas tecnologías para reestablecer el equilibrio entre el ser humano y los recursos acuáticos naturales.

En este sentido, los tratamientos de oxidación química combinados con mecanismos físicos de filtración ofrecen un futuro prometedor para la eliminación de contaminantes peligrosos presentes en todo tipo de aguas naturales y residuales.

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