Clasificación general de los contaminantes químicos en aguas residuales

Contaminantes inorgánicos

Los contaminantes inorgánicos constituyen una fracción significativa de las aguas residuales urbanas. Son, en su mayoría, elementos y sales minerales que provienen de actividades domésticas, industriales ligeras, sistemas de drenaje pluvial y procesos naturales.

Metales pesados

Los metales pesados son uno de los principales grupos de elementos químicos preocupantes en las aguas residuales debido a su toxicidad, persistencia y capacidad de bioacumulación.

1. Plomo (Pb):

Presente en aguas residuales debido a sistemas de plomería antiguos, pigmentos, baterías, pinturas y residuos electrónicos. Su toxicidad afecta el sistema nervioso, renal y reproductivo.

2. Mercurio (Hg):


Se libera desde productos de limpieza, amalgamas dentales, termómetros y ciertos procesos industriales. Es neurotóxico y puede pasar a la cadena alimenticia como metilmercurio.

3. Cadmio (Cd):

Proviene del lavado de pigmentos, plásticos, baterías y fertilizantes fosfatados. Tiene efectos adversos sobre los riñones y el sistema óseo.

4. Cromo (Cr):

El cromo hexavalente (Cr⁶⁺) es particularmente tóxico y se encuentra en efluentes de curtidurías, galvanoplastia y textiles.

5. Níquel (Ni), Cobre (Cu) y Zinc (Zn):

Aunque son elementos traza esenciales, sus concentraciones elevadas en aguas residuales industriales pueden causar toxicidad ambiental y problemas operativos en los tratamientos biológicos.

Sales y nutrientes inorgánicos

1. Amonio (NH₄⁺), Nitratos (NO₃⁻) y Nitritos (NO₂⁻):

Son formas inorgánicas del nitrógeno que provienen de orina humana, detergentes, fertilizantes y descomposición de materia orgánica. Elevadas concentraciones de nitratos están asociadas a enfermedades como la metahemoglobinemia en bebés.

2. Fosfatos (PO₄³⁻):

Ingresan al sistema por medio de detergentes, residuos de alimentos y excretas. Los fosfatos son uno de los principales causantes de eutrofización en cuerpos receptores.

3. Cloruros (Cl⁻), Sulfatos (SO₄²⁻) y Carbonatos (CO₃²⁻):

Aunque son sales comunes, su acumulación puede incrementar la salinidad del efluente tratado y limitar su reutilización. También afectan la microbiota de los sistemas biológicos de tratamiento.

Contaminantes orgánicos

Compuestos orgánicos volátiles (COVs)

1. Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos (BTEX):

Presentes por derrames de combustibles, solventes industriales y descargas vehiculares. Son altamente tóxicos y algunos, como el benceno, son cancerígenos.

2. Cloroformo y Tetracloruro de carbono:

Generados por la desinfección con cloro y el uso de solventes. Persisten en el ambiente y afectan el hígado y el sistema nervioso.

Hidrocarburos alifáticos y aromáticos

1. Aceites y grasas:

Provenientes de cocinas, restaurantes y talleres mecánicos. Su acumulación forma capas flotantes que reducen la transferencia de oxígeno y afectan los procesos de depuración.

2. Hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPA):

Surgidos de la combustión incompleta de materia orgánica y de residuos petroquímicos. Tienen efectos mutagénicos y cancerígenos.

Detergentes y tensioactivos

Los surfactantes aniónicos y no iónicos provienen del uso doméstico e industrial. Aunque biodegradables, en exceso afectan a los microorganismos del tratamiento biológico y generan espuma persistente.

Compuestos farmacéuticos y hormonales

1. Antibióticos, analgésicos y hormonas sintéticas:

Pasan a las aguas residuales por excreción humana y desecho de medicamentos. Su presencia, incluso en niveles traza, altera la microbiota y causa resistencia bacteriana.

Contaminantes emergentes

1. Nanomateriales y microplásticos:

Resultan de productos cosméticos, textiles sintéticos y envases. Representan un desafío analítico y ecológico por su tamaño, persistencia y capacidad de transporte de contaminantes.

2. Productos de cuidado personal (PCPs):

Incluyen bloqueadores solares, perfumes y compuestos antibacteriales como triclosán. Estos productos se detectan con frecuencia y pueden actuar como disruptores endocrinos.

Fuentes y rutas de ingreso de los elementos químicos al sistema de aguas residuales

Origen doméstico

Las viviendas son una fuente principal de contaminantes químicos por actividades cotidianas: higiene personal, lavado de ropa, uso de medicamentos, preparación de alimentos y limpieza general.

Origen industrial

Las industrias descargan metales pesados, solventes, colorantes, sales y compuestos orgánicos sintéticos. En México, muchas industrias pequeñas descargan sin tratamiento adecuado, agravando la carga química de los sistemas municipales.

Origen hospitalario y farmacéutico

Los hospitales son fuentes concentradas de antibióticos, sustancias radioactivas, desinfectantes, y compuestos farmacológicamente activos.

Drenaje pluvial y lixiviados

El escurrimiento de calles, parques, talleres y vertederos lleva al alcantarillado metales, pesticidas, fertilizantes, residuos de combustibles y sólidos en suspensión.

Métodos de análisis para la caracterización química de aguas residuales

Muestreo representativo y preservación

La toma de muestras debe considerar puntos estratégicos (entrada, procesos intermedios, salida), métodos compuestos o puntuales, y preservación con refrigeración o aditivos químicos.

Análisis físico-químico básico

• pH, temperatura, conductividad eléctrica y sólidos totales se miden in situ.
• Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Indicadores de materia orgánica biodegradable y total.

Cromatografía y espectrometría

1. Cromatografía de gases (GC-MS):
Permite identificar COVs, hidrocarburos, pesticidas y compuestos volátiles con alta sensibilidad.

2. Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC):
Ideal para fármacos, hormonas y compuestos no volátiles.

3. Espectroscopía de absorción atómica (AAS) y plasma acoplado inductivamente (ICP-OES/MS):
Métodos esenciales para la detección y cuantificación de metales.

Ensayos específicos

• Colorimetría para nitratos, fosfatos y amonio.
• Electrodos selectivos para iones.
• Kits enzimáticos para contaminantes emergentes

Comportamiento ambiental de los elementos químicos

Persistencia y degradabilidad

Algunos contaminantes como los metales pesados y los plásticos son extremadamente persistentes. Otros, como los tensioactivos y nutrientes, pueden degradarse pero requieren condiciones específicas.

Bioacumulación y biomagnificación

Metales como mercurio y cadmio, y compuestos como los HPA, se bioacumulan en organismos acuáticos y escalan en la cadena trófica, incrementando el riesgo para los humanos.

Efectos sinérgicos y tóxicos

La interacción de varios contaminantes puede potenciar su toxicidad. Por ejemplo, la presencia simultánea de detergentes y metales puede incrementar su biodisponibilidad y daño celular.

Tratamiento de aguas residuales desde el enfoque químico

Procesos físicos y químicos convencionales

• Coagulación-floculación: Remueve sólidos suspendidos y partículas coloidales.
• Precipitación química: Es útil para fosfatos y metales.
• Oxidación avanzada: Degrada compuestos orgánicos recalcitrantes.

Tratamiento biológico

Aunque está enfocado en la degradación de materia orgánica, es sensible a cargas químicas elevadas que pueden inhibir la biomasa activa.

Tecnologías emergentes

• Nanofiltración y ósmosis inversa: Remueven sales, metales y micropartículas.
• Biorreactores de membrana (MBR): Mejora la remoción de contaminantes emergentes.
• Fitorremediación y biocarbonos: Tecnologías verdes con aplicaciones prometedoras.

Legislación mexicana sobre elementos químicos en aguas residuales

NOM-001-SEMARNAT-2021

Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas a cuerpos receptores. Incluye parámetros como DBO, DQO, SST, metales y nutrientes.

NOM-002-SEMARNAT-1996

Aplica para descargas a sistemas de alcantarillado urbano. Establece límites más estrictos para algunos compuestos debido al impacto en los tratamientos biológicos.

NOM-003-SEMARNAT-1997

Regula el uso de aguas residuales tratadas en servicios al público, destacando la importancia de parámetros microbiológicos y químicos.

Conclusión

El análisis químico de las aguas residuales urbanas representa una actividad crucial en la gestión ambiental moderna. Los elementos químicos presentes reflejan las dinámicas humanas, industriales y sanitarias de la ciudad, y su correcta caracterización permite diseñar estrategias de tratamiento, prevención y control que protejan la salud pública y los ecosistemas. En México, aunque existen normas y marcos legales robustos, el cumplimiento aún presenta desafíos, especialmente en pequeñas y medianas empresas. Por ello, el rol del laboratorio ambiental se vuelve estratégico, no solo como ente analítico, sino también como asesor técnico que impulsa políticas de sustentabilidad y mejora continua en el manejo del agua residual.

Preguntas frecuentes