La contaminación microplásica ha surgido como un contaminante ambiental omnipresente, infiltrando ecosistemas acuáticos, suelo e incluso atmósfera. Las plantas de tratamiento de aguas residuales (WTPs) sirven como una vía importante para la microplásticos que entran en el medio ambiente y un punto potencial de intervención. Entre las diversas tecnologías de tratamiento, filtrando filtros —un sistema clásico basado en biofilm— se encuentran muy en las comunidades microbianas robustas y diversas para degradas.

Fuentes y Características de la Microplásticos en Aguas Residuales

Los microplásticos se definen como partículas plásticas menores de 5 mm en su dimensión más larga. Entran en aguas residuales de una amplia gama de fuentes, incluyendo fibras textiles sintéticas de la lavandería, microcréditos de productos de cuidado personal (ahora prohibidos en muchas jurisdicciones pero todavía presentes en sistemas heredados), fragmentos de degradación de envases plásticos y partículas de desgaste de neumáticos de la fuga de carretera.

La comunidad microbiana de filtros de trickling

Los filtros de trinificación consisten en una cama fija de medios (roco, plástico o escoria) sobre la que se distribuyen las aguas residuales. Un complejo biofilm se desarrolla en la superficie de los medios, compuesto de bacterias, arqueas, hongos, protozoos y ocasionalmente pequeñas metazoas.

Mecanismos de impacto microplásico en las comunidades de biofilm

Interferencia Física y Arquitectura de Biofilm

Las partículas microplásicas pueden incrustarse físicamente dentro de la matriz de biofilm, alterando su porosidad y reduciendo la difusión de oxígeno y nutrientes a capas más profundas. Las fibras, en particular, pueden enredar con EPS, lo que conduce a la obstrucción y el esloughing. La presencia de partículas duras y no degradables también puede aumentar el estrés de la extracción prematura del espesor de biofilm.

Efectos de toxicidad y plomo químicos

Muchas partículas microplásicas leach aditivos químicos que son tóxicos para microorganismos. Phthalates y bisfenol A, por ejemplo, se han demostrado que inhiben el crecimiento y la actividad de las bacterias nitrificantes, que son particularmente sensibles a los contaminantes ambientales. Además, la microplásticos absorben y concentran otros contaminantes del agua residual, potencialmente facilitan altas composiciones locales de metales pesados o pesticidas a las células de estrés biofilmantes.

Alteración de la estructura y función de la comunidad microbiana

La exposición a microplásticos suele dar lugar a una disminución de la diversidad microbiana y a un cambio hacia la formación de biofilm o la degradación de plástico. Por ejemplo, algunos estudios han observado un aumento en la abundancia relativa de Pseudomonas y Bacillus] especies de niplastificación selectivas

Consecuencias para la eficiencia del tratamiento

Reducción de la eliminación de la materia orgánica

La pérdida de actividad heterotrófica debido a la alteración de biofilm afecta directamente a la eliminación de la demanda bioquímica de oxígeno (BOD) y la demanda química de oxígeno (COD). Estudios pilotos han reportado una reducción de 10-30% en la eficiencia de eliminación de BOD en los filtros de captación que reciben influentes contaminados con microplásico en comparación con los controles. Esto puede conducir a una carga orgánica más alta y creciente, aumentando la carga en las etapas de tratamiento posteriores o el cuerpo de agua receptora.

Nitrificación y remoción de amoníaco

Las bacterias nitrificantes son lentas y sensibles a los toxicantes, haciéndolas objetivos primordiales para el estrés asociado con microplásico. Se han observado tasas de nitrificación reducidas en reactores de biopelícula a escala de laboratorio y filtros de escaneo a gran escala, con concentraciones de amoníaco en el efluente que aumentan hasta 40% en algunos casos. Esto compromete la capacidad de la planta para satisfacer los permisos de descarga para aumentar los productos químicos

Aumento de los costos de producción y explotación de los lodos

La acumulación física de microplásticos en la cama de filtros puede contribuir a la obstrucción, el aumento de la frecuencia de lavado de respaldo y el consumo de energía. La desestabilización de biofilm también conduce a eventos de relanzamiento más frecuentes, lo que da lugar a una carga de sólidos más altos a los clarificadores secundarios. El efecto combinado es un aumento de los costos operativos para el mantenimiento, la energía y el manejo de lodos.

Vector para Patógenos y Resistencia Antibiótica

Los microplásticos pueden actuar como sustratos para la formación de biofilm por bacterias patógenas y servir como plataforma para la transferencia horizontal de genes, incluyendo genes de resistencia antibiótica. Esto puede elevar el riesgo de que los organismos resistentes a los antibióticos porta, una creciente preocupación por la salud pública que se espera que el tratamiento de las aguas residuales mitiguen.

Mitigation and Management Strategies

Control de fuentes y pre-tratamiento

La estrategia más eficaz es reducir los insumos microplásicos en la fuente. Las regulaciones que prohíben los micros en productos rinse-off, promoviendo la ropa de fibra natural y mejorando la gestión de agua de tormenta para las partículas de desgaste de neumáticos son esenciales. Dentro de los WWTPs, instalar las pantallas finas (≤1 mm) o sistemas de filtración dinámica en los encabezados puede eliminar una fracción significativa de microplásticos más grandes antes de disolver el tratamiento biológico.

Optimización de la operación de filtro de trickling

Los operadores pueden modificar los parámetros de filtración para mitigar los impactos microplásicos. Aumentar la tasa de carga hidráulica puede ayudar a eliminar partículas acumuladas, pero debe ser equilibrada contra la retención de biopelícula. Mejorar el tratamiento previo para reducir la carga de sólidos puede minimizar la incautación de partículas. Además, asegurar niveles de oxígeno disueltos adecuados y equilibrio de nutrientes puede soportar la resistencia a biopelículas más saludables.

Bioaugmentation and Microbial Management

La investigación está explorando el uso de cepas microbianas degradadas por plástico a filtros de manipulación de bioaugment, potencialmente derribando microplásticos en subproductos menos dañinos. Sin embargo, este enfoque sigue en etapas tempranas y plantea preguntas sobre la toxicidad de subproductos y los impactos ecológicos. Otra vía es la selección de comunidades microplásicas tolerantes a través de la aclimación controlada, aunque esto no puede restaurar la diversidad funcional completa.

Sistemas de vigilancia y alerta temprana

El monitoreo regular de las concentraciones microplásicas en la influencia y el efluente, combinado con indicadores de salud de biofilm (como contenido ATP, respirometría o profiling metagenomic), puede ayudar a los operadores de plantas a detectar problemas temprano. Los sensores en tiempo real para la turbidez o los conteos de partículas pueden indicar indirectamente la acumulación microplásica.

Futuras directrices y necesidades de investigación

A pesar de la creciente conciencia, quedan importantes lagunas de conocimiento. La mayoría de los estudios se han realizado a escala de laboratorio con concentraciones microplásicas altas que pueden no reflejar escenarios reales. Se necesitan estudios de campo a largo plazo en diferentes climas y composiciones de aguas residuales.El papel de los nanoplásticos (particles י1 μm) en el control de la inversión de filtrado es casi totalmente inexplorado.

Conclusión

La contaminación microplásica representa una amenaza significativa y subreconocida para los procesos biológicos que sustentan el tratamiento de aguas residuales en filtros de escaneo. Al interrumpir físicamente los biopelículas, suministrar productos químicos tóxicos y alterar la estructura comunitaria microbiana, los microplásticos pueden perjudicar la eliminación de la AOD y el amoníaco, aumentar los costos operacionales y potencialmente facilitar la propagación de la resistencia a los antibióticos.

Para más lectura, vea la investigación microplásica de la CEA], una revisión completa sobre microplásticos en tratamiento de aguas residuales, y una estudio sobre la respuesta a la biopelícula a microplásticos.