Sistema de tratamiento elimina antibióticos en aguas residuales

En Medellín, un modelo pensado para las plantas de tratamiento de aguas residuales y probado a escala piloto con agua residual hospitalaria disminuyó en un 90 % la toxicidad provocada por meropenem, el antibiótico más usado en las unidades de cuidados intensivos de Colombia.

La propuesta de Edison Alexander Agudelo, doctor en Ingeniería - Recursos Hidráulicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, es de bajo costo y capaz de tratar y degradar este tipo de compuestos mediante tecnologías de oxidación avanzada, para convertir esas partículas complejas en 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 radicales hidroxilo, oxidantes capaces de degradar antibióticos como el meropenem, utilizado para tratar la meningitis y la neumonía.

En los últimos años se han identificado en las aguas residuales varios compuestos que, por sus características químicas, no se pueden degradar parcial ni completamente 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 bacterianas 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.

El doctor Agudelo señala que, “ante este panorama, las políticas públicas se deben encaminar 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”.

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”.

Para optimizar la eficacia de las PTAR, el ingeniero Agudelo desarrolló un modelo cinético para simular matemáticamente cómo se degradaría el meropenem con el sistema de ozonización catalítica propuesto.

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.