Resumen: La presencia de Contaminantes Emergentes (CE) en el ambiente y especialmente en el agua, es debida principalmente al uso diario y creciente de productos de cuidado personal, farmacéuticos y compuestos disruptores endocrinos. Los CE, aun en concentraciones del orden de nanogramos por litro (ng/L), son capaces de generar serios daños potenciales en la salud y en los ecosistemas. El ibuprofeno es un CE del grupo farmacéutico, ampliamente utilizado y de venta libre, lo cual hace que sea de fácil acceso. Esta investigación, realiza una recopilación de algunos estudios a nivel mundial que han reportado la presencia del ibuprofeno a niveles de traza, en el agua superficial, subterránea, efluentes y afluentes de las plantas de tratamiento de agua residual e incluso en el agua potable; así como los porcentajes de remoción que se han obtenido al utilizar tratamientos avanzados, la tecnología de membranas.

Palabras clave: Ibuprofeno, membranas, nanofiltración, ocurrencia, osmosis inversa, remoción.

Abstract: The presence of emerging contaminants (ECs) in the environment and especially in water is mainly due to the daily and increasing use of personal care products, pharmaceuticals, and endocrine disrupting compounds. ECs, even in concentrations of the order of nanograms per liter (ng/L), can generate serious potential damage to health and ecosystems. Ibuprofen is a widely used and over-the-counter EC of the pharmaceutical group, which makes it easily accessible. This research makes a compilation of some studies worldwide that have reported the presence of ibuprofen at trace levels in surface water, groundwater, effluents, and effluents from wastewater treatment plants and even in drinking water, as well as the removal percentages that have been obtained by using advanced treatments such as membrane technology.

Keywords: Ibuprofen, membranes, nanofiltration, occurrence, reverse osmosis, removal.

1. INTRODUCCIÓN

Los impactos sobre la ecología, el medio ambiente y las fuentes hídricas han surgido como consecuencia del desmesurado crecimiento poblacional y las actividades antropogénicas; siendo el agua uno de los recursos más afectados en cuanto a pérdidas de disponibilidad y calidad. Entre las principales fuentes de contaminación se encuentran: las aguas residuales, la escorrentía agrícola y urbana, el desarrollo pecuario, residuos industriales, efluentes de plantas de tratamiento, la acumulación de sedimentos tóxicos, el uso incontrolable de pesticidas, la generación de energía, entre otros.

Las investigaciones sobre la calidad del agua se centran comúnmente en nutrientes, contaminantes microbianos, metales pesados y contaminantes prioritarios. Sin embargo, investigaciones recientes revelan la presencia de una multitud de contaminantes orgánicos que afectan significativamente la calidad del agua ; se empezaron a estudiar a mediados de la década de 1990 para enfocarse en productos químicos que fueron "descubiertos recientemente" en el medio ambiente, no tenían normas reguladoras asociadas a ellos y, sin embargo, eran al menos potencialmente tóxicos para la vida silvestre e incluso para los humanos, este grupo de productos químicos ahora es reconocido como Contaminantes Emergentes (CE) .

Entre los CE se encuentran los productos farmacéuticos (PhAC), que son un conjunto de contaminantes ecológicos en desarrollo, que se utilizan de manera amplia y progresiva como parte de la medicación humana y veterinaria. Incluyen compuestos de interés ambiental como antibióticos, drogas legales e ilícitas, analgésicos, esteroides, betabloqueantes, etc. . Se estima que se utilizan aproximadamente 3000 sustancias diferentes como productos farmacéuticos; sin embargo, solo unos cuantos han sido investigados hasta ahora en el medio ambiente . Se han detectado en aguas naturales (aguas superficiales y subterráneas), efluentes tratados, sedimentos y lodos de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) e incluso en aguas destinadas al consumo humano .

De los PhAC que se han detectado con mayor frecuencia en el medio ambiente, se encuentra el ibuprofeno, un medicamento ampliamente usado como antipirético, analgésico y antiinflamatorio (AINE); de venta libre, siendo el tercero más popular a nivel mundial ; estudios han reportado su presencia en el agua potable , influentes y efluentes de las PTAR , en aguas residuales sin tratar y en el agua superficial .

Actualmente las plantas de tratamiento de agua potable convencional (PTAP) son insuficientes para remover las trazas de los CE y lo que es peor aun no se encuentran regulados por normas de calidad de agua, se ha probado por parte de la comunidad científica que la exposición de los seres humanos a este tipo de contaminantes puede ser capaz de alterar el sistema endocrino, bloqueando o perturbando las funciones hormonales de los organismos, generar irregularidades del sistema inmunitario, disminución de la fertilidad, e incluso pueden incrementar la incidencia de diferentes tipos de cáncer . Por su parte, la presencia del ibuprofeno en el agua potable está potencialmente relacionado con el deterioro del crecimiento en células del riñón embrionario humano .

Actualmente se están implementando diferentes técnicas para la remoción de CE en el agua, esta investigación hace una revisión sobre el uso de tecnología de membranas como una alternativa viable y sostenible para la eliminación del ibuprofeno en diferentes concentraciones, que puede ser replicada en zonas donde se tenga que implementar soluciones a este tipo de problemáticas.

2. MINERIA DE DATOS

Para recopilar información, se utilizaron fuentes de búsqueda en la base de datos bibliográfica Scopus, tanto para artículos de revisión como de investigación, utilizando las palabras claves: “Emerging Contaminants”, “Pharmaceutical Products”, “Endocrine Disrupting”, Wastewater”, “Drinkwater”, "Surface Water", “Determination”, “Occurrence y “Membrane Technology”; la mayor concentración de artículos encuentra a partir del año 2016 considerando así las publicaciones más recientes, luego se eliminaron las réplicas y se eligieron las de mayor relevancia, en el estudio de los CE. Empleando el software VOSviewer se pudieron construir y visualizar redes bibliométricas (Fig.1), donde se puede observar que la mayoría de los artículos hacen relevancia al método de detección, las fuentes y los productos farmacéuticos.

Es importante resaltar que casi toda la información en los documentos de revisión de los CE y PhAC está disponible solo para países europeos y norteamericanos . En consecuencia, es difícil evaluar las diferencias en los patrones de ocurrencia entre regiones geográficas . El número de estudios también está aumentando en Asia, principalmente en China, dejando una brecha de conocimiento en países de América del Sur y África .

3. OCURRENCIA EN EL AGUA

Los PhAC se usan ampliamente debido a sus numerosas aplicaciones médicas, industriales, agrícolas y domésticas; en los últimos años su presencia el medio ambiente ha sido motivo de preocupación debido a las posibles amenazas sobre los ecosistemas y en la salud de las personas, estudios han informado de su presencia en diferentes matrices de agua, esto debido a que pueden ingresar al ambiente a través de varias vías, como: aguas residuales domésticas, industriales, agrícolas y hospitalarias; así como el transporte a través del ciclo hidrológico natural.

El ibuprofeno hace parte de los PhAC que se han detectado con mayor frecuencia en el medio ambiente, a continuación, se presentan algunos casos.

3.1 Agua Potable y Fuentes de Abastecimiento

La ocurrencia de PhAC en el agua potable es un tema de vital importancia ya que se encuentra involucrada la salud de los seres humanos, por lo tanto, su presencia debe ser evaluada y monitoreada desde las fuentes de abastecimiento hasta su distribución, como lo son: los reservorios, embalses, aguas superficiales, PTAP, entre otros.

Varias fuentes han reportado la presencia de PhAC, a nivel mundial en el agua potable, entre los más detectados se encuentra el ibuprofeno, debido a su uso masivo, por ejemplo, en el área metropolitana de Turín, Italia, se hallaron concentraciones superiores a 3 ng/L, teniendo en cuenta, que en la fuente de abastecimiento se concentra gran cantidad de contaminación debido al contacto con aguas residuales y hospitalarias (Papagiannaki et al., 2021); por otra parte, un estudio realizado en Ontario, Canadá, en 17 puntos de muestreo determino que el ibuprofeno es uno de los PhAC detectado con mayor frecuencia en el agua potable ; en Colombia la concentración detectada es mucho mayor que en otros países consultados, ya que los reservorios que se utilizan como fuente de abastecimiento para el agua potable, tienen contacto con aguas residuales domésticas, industriales y agrícolas sin ningún tipo de tratamiento previo . En la Tabla 1 se pueden observar algunas investigaciones realizadas a nivel mundial sobre la ocurrencia de ibuprofeno en el agua potable.

País	Concentración (ng/L)	Referencia
Italia	3.77	(Papagiannaki et al., 2021)
China	1.28	(Wu et al., 2022)
Taiwán	55.6	(Pai et al., 2020)
Francia	1.3	(Vulliet et al., 2011)
Canadá	12	(Kleywegt et al., 2011)
Estados Unidos	10.2	(Padhye et al., 2014)
Brasil	10	(Pompei et al., 2019)
Polonia	39	(Kot-Wasik et al., 2016)
Nigeria	49.6	(Waleng & Nomngongo, 2022)
Colombia	7 - 62	(Aristizabal-Ciro et al., 2017)

3.2 Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales

Las PTAR se encuentran entre las principales fuentes de CE en las aguas superficiales. Esto se asocia principalmente con el bajo rendimiento de las tecnologías convencionales para la eliminación de cantidades a niveles de traza de los CE. Sin embargo, el escenario es más crítico en países en vía de desarrollo pues las PTAR son prácticamente inexistentes, y por lo tanto sus descargas se hacen directamente sobre las fuentes hídricas y áreas agrícolas.

3.2.1 Afluentes y efluentes de las PTAR

Investigaciones realizadas demuestran que las concentraciones de PhAC que ingresan a las PTAR son muy altas, sobre todo de antibióticos y analgésicos. Es así, que en las PTAR se utilizan diferentes procesos para eliminar la mayor cantidad de sustancias tóxicas que se puedan presentar en los afluentes antes de ser descargados a los cuerpos de agua, sin embargo, la gran mayoría son de tipo convencional y no pueden eliminar eficazmente las concentraciones de estas sustancias a niveles de traza, lo que está generando contaminación directa en las fuentes hídricas. Un estudio realizado en China investigó la ocurrencia en los afluentes de dos PTAR, de un grupo de PhAC utilizados para el tratamiento de diversas enfermedades, entre las que se encontraba el COVID-19, determinando que el ibuprofeno fue el fármaco que se detectó con mayor concentración, así como en el afluente luego de su tratamiento . Igualmente, otro estudio realizado en Suráfrica reporto que el ibuprofeno fue el PhAC detectado con mayor concentración tanto en el afluente como en el efluente, estableciendo de esta manera que luego de un tratamiento convencional la remoción es insuficiente, y por lo tanto contribuye a la contaminación del rio Msunduzi . En Cracovia, Polonia, se estudió la presencia de once PhAC de uso frecuente, siendo el ibuprofeno una de las sustancias con mayor concentración en el afluente y efluente de la PTAR estudiada . Por otra parte, en un estudio realizado en Corea, donde se evaluaron cuatro PTAR que utilizan diferentes procesos de tratamiento biológico para la eliminación de contaminantes, determino que en el proceso de coagulación se produjo un efecto adverso en la eliminación del ibuprofeno . En Chile se evaluaron muestras de agua antes y después del tratamiento realizado por una PTAR cerca de la Región Metropolitana, determinando que la concentración del ibuprofeno era de 10 a 100 veces mayor que los de otros PhAC como el ketoprofeno y el naproxeno, además, la investigación permitió determinar que las concentraciones mas altas halladas en el agua superficial se encontraban muy cerca al sitio de descarga de la PTAR, indicando que el proceso de tratamiento es insuficiente para eliminar los contaminantes .

En la Tabla 2 se pueden observar algunas de las investigaciones realizadas a nivel mundial sobre la ocurrencia de ibuprofeno en el afluente y efluente de las PTAR.

País	Afluente (ng/L)	Afluente (ng/L)	Referencia
China	178 – 2647	0 – 204	(Liu et al., 2022)
Suráfrica	117600	58710	(Matongo et al., 2015)
Polonia	2496	<42	(Nosek et al., 2014)
Suiza	15670 – 22820	0 – 780	(Larsson et al., 2014)
Corea	76700 – 174000	530 – 2910	(Son et al., 2021)
España	316 ± 9.52	81.0 ± 8.0	(Afonso-Olivares et al., 2017)
India	11000 – 217000	170	(Praveenkumarreddy et al., 2021)
Portugal	350 – 37100	70 – 10800	(Silva et al., 2021)
Alemania	32000 ± 800	400	(Sossalla et al., 2021)
Costa Rica	500 – 10000	90 – 8000	(Ramírez-Morales et al., 2020)
Chile	2850 – 47720	2800 – 40000	(Ascar et al., 2013)
Colombia	100 – 700	2100 – 100	(Arrubla et al., 2016)

3.3 Agua Superficial

Actualmente a nivel mundial muchas fuentes hídricas se encuentran contaminadas, por tal motivo se hace necesario monitorear la presencia de CE, ya que una vez que ingresan a los ríos, estos se encargan de dispersarlos a otros cuerpos de agua, incluidos acuíferos, estuarios y sistemas marinos. Así mismo, el cambio climático también ha contribuido con la distribución de los CE en el medio ambiente ya que, al generarse tormentas e inundaciones extremas, pueden liberar contaminantes a través de la escorrentía superficial y también a través de la resuspensión de sedimentos en los ríos .

Varios estudios a nivel mundial han reportado la presencia de PhAC en las aguas superficiales, en Buenos Aires, Argentina, se estudiaron varias fuentes, en áreas cercanas a una gran cantidad de instalaciones industriales, municipales y domésticas, que descargan sus aguas residuales en ríos y arroyos, determinando altas concentraciones de PhAC, entre los que se encontraba el ibuprofeno . Así mismo, en la Región Metropolitana de Chile, se recolectaron muestras de agua de diferentes sitios del río Maipo, el cual se encuentra marcado por asentamientos urbanos y actividades agrícolas, determinando también altas concentraciones de ibuprofeno . En el Área Metropolitana de la Ciudad de México, se determinó la presencia y distribución de un grupo de 17 CE en fuentes de agua superficial, donde se detectaron 11 contaminantes, entre los que se encontraba el ibuprofeno . Igualmente, también fue reportado en Santiago de Cali Colombia en el Rio Cauca .

En la Tabla 3 se pueden observar algunas de las investigaciones realizadas a nivel mundial sobre la ocurrencia de ibuprofeno en aguas superficiales.

País	Concentración (ng/L)	Referencia
Argentina	400 – 13000	(Elorriaga et al., 2013)
Chile	2300	(Suazo et al., 2017)
México	15 – 45	(Félix-Cañedo et al., 2013)
Colombia	894	(Madera-Parra et al., 2018)
India	1834	(Gopal et al., 2021)
Noruega	<20 – 2500	(Paruch & Paruch, 2021)
Republica Checa	1600	(Skocovska et al., 2021)
China	7.9 – 590	(Yao et al., 2018)
España	2660	(Mandaric et al., 2018)

3.4 Agua de mar

El agua de mar también está siendo afectada por la presencia de CE, que en su gran mayoría se deben a la incorporación de aguas residuales con y sin tratamiento, además de la influencia antrópica en las zonas costeras las cuales ofrecen áreas de entretenimiento, pesca, turismo entre otras. Varios autores han informado esta problemática, por ejemplo, en Brasil en la Bahía de Todos los Santos, se estudió la ocurrencia de CE tanto en aguas someras como profundas, debido a que estas reciben más de 7367 m3 de aguas residuales mal tratadas por día, generando preocupación por las altas concentraciones de PhAC, entre los que se encontraba el ibuprofeno . Así mismo, un estudio realizado en la costa norte portuguesa determino la presencia de varios PhAC, donde el ibuprofeno y sus dos metabolitos (carboxibuprofeno e hidroxiibuprofeno) registraron las concentraciones más altas en las muestras de agua de mar de la playa de Castelo do Queijo, esto debido a que las PTAR situadas en los alrededores vierten sus efluentes en este punto . A continuación, en la Tabla 4 se pueden observar algunas de las investigaciones que se han realizado sobre la ocurrencia del ibuprofeno en el agua de mar.

País	Concentración (ng/L)	Referencia
Brasil	326.1 - 2094	(Pereira et al., 2016)
Portugal	222	(Lolić et al., 2015)
Turquía	<15 - 2130	(Korkmaz et al., 2022)
Reino Unido	0.8 - 697	(Niemi et al., 2022)
Sudáfrica	170	(Ngubane et al., 2019)
España	16	(Gros et al., 2012)
Francia	1500	(Togola & Budzinski, 2008)
Singapur	41 - 121	(J. Wu et al., 2010)
Taiwán	2.5 – 57.1	(Fang et al., 2012)

4. REMOCION DEL IBUPROFENO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE MEMBRANAS

Los tratamientos con tecnología de membranas, se basan en el uso de presión hidrostática para eliminar sólidos suspendidos y solutos de alto peso molecular y permitir el paso de agua y solutos de bajo peso , se emplean membranas con distintos tamaños de poro (Microfiltración (MF), 1-0.1 µm; Ultrafiltración (UF), 0.1-0.01 µm; Nanofiltración (NF), 0.01-0.001 µm), así como de membranas selectivas semipermeables (ósmosis inversa (RO), tamaño de poro < 0.001 µm y osmosis directa (FO)) . Su uso ha aumentado considerablemente, una de las grandes ventajas que presentan estos sistemas de filtración es que son capaces de retener un gran número de sustancias contaminantes en las aguas, entre ellos los CE ; sin embargo, no permiten la degradación de estas, por lo que dichos contaminantes se concentran en forma de residuos sólidos, requiriendo de un tratamiento adicional posterior, y, por tanto, encareciendo los costos del proceso . Los tratamientos con membranas son muy prometedores, especialmente con nuevas investigaciones en el desarrollo de membranas antiincrustantes y autocurativas . Las propiedades de los materiales de membrana y los contaminantes, como el tamaño de los poros, la hidrofobia, los grupos funcionales, pKa, además de la calidad del agua tratada, son algunos de los factores complejos que influyen en la eliminación .

En la siguiente Tabla 5 se pueden observar algunas de las investigaciones que se han realizado a nivel mundial con respecto a la remoción del ibuprofeno utilizando tecnología de membranas.

País	Tecnología	% Rem.	Ref.
Brasil	RO	98	(Licona et al., 2018)
Australia	RO	95	(Alturki et al., 2010)
China	RO	94.8	(Li et al., 2018)
España	RO	99	(Urtiaga et al., 2013)
Palestina	UF/RO	99.9	(Khalaf et al., 2013)
Brasil	NF	90	(Licona et al., 2018)
España	NF	81.2	(Maryam et al., 2020)
Países Bajos	NF	99	(Verliefde et al., 2009)
Australia	NF	100	(Nghiem et al., 2006)
Australia	NF	99	(Alturki et al., 2010)
Estados Unidos	NF	100	(Bellona et al., 2010)
España	NF	99	(Garcia-Ivars et al., 2017)
China	NF	93.3 ± 0.3	(Ge et al., 2017)
Arabia Saudita	FO	98.2	(Valladares Linares et al., 2011)
Singapur	FO	93	(Jin et al., 2012)
Estados Unidos	FO	99.9	(Holloway et al., 2014)

5. REGULARIZACIONES DE LOS CE

A medida que transcurre el tiempo y que las técnicas de detección de CE en cuerpos de agua se han hecho más sensibles, las investigaciones han demostrado que la presencia de estos compuestos pude conducir a riesgos potenciales en la salud de los seres humanos y el medio ambiente ya sea a niveles de traza, es por ello por lo que surge la necesidad de tomar decisiones regulatorias para controlar dicha situación.

En el contexto latinoamericano, aun no existen normas regulatorias para evaluar la toxicidad de los CE, por lo tanto, se mencionarán las que existen a nivel mundial.

En 1995, la Unión Europea estableció 10 ng/L y 10 µg/kg como la concentración de PhAC y productos para el cuidado personal en las aguas superficiales y el suelo. En el 2001, mediante la Directiva del Marco del Agua (WFD) desarrollo una lista de sustancias peligrosas publicadas en la Decisión 2455/2001/EC, que luego se convirtió en el Anexo X de la directiva con la presencia de 33 sustancias en las que no se incluyeron productos farmacéuticos, por lo tanto, no se encontraban dentro de un programa de vigilancia .

Sin embargo, los límites de descarga de CE en aguas residuales de la Unión Europea no están regulados, y se han publicado algunas directivas y directrices en los últimos años . En el año 2013 se lanzó una nueva 2013/39/UE, donde se recomiendan opciones de monitoreo y tratamiento para un grupo de 45 sustancias prioritarias. Así mismo, se emitió la Decisión 2015/495, de 20 de marzo de 2015. Las sustancias que se controlarán en las aguas superficiales de la Unión Europea incluyen 3 hormonas, 4 compuestos farmacéuticos, 8 pesticidas, un producto de cuidado personal y un producto industrial. Esta Decisión fue actualizada en el año 2018 por la Decisión 2018/840/UE, en la que se eliminaron 5 sustancias de la lista de observación (diclofenaco, oxadiazón, triallato, 2-etilhexil-4-metoxicinamato y 2,6 -di-terc-butil-4-metilfenol) debido a los datos de monitoreo de alta calidad alcanzados; y se incluyeron 3 sustancias nuevas (amoxicilina, ciprofloxacina y metaflumizona).

En el Reino Unido la red NORMAN ha identificado más de 1000 CE ; estas sustancias incluyen productos farmacéuticos, drogas ilegales o abusadas, productos para el cuidado personal, disruptores endocrinos, retardadores de fuego, etc. En Suiza, una enmienda para plantas de tratamiento de aguas residuales municipales fue aprobada, en ella se requiere una eliminación mínima del 80 % para algunos compuestos prioritarios (amisulprida, carbamazepina, citalopram, claritromicina, diclofenaco, hidroclorotiazida, metoprolol, venlafaxina, benzotiazol, candesartán, irbesartán y mecoprop) .

En los Estados Unidos, cada estado es responsable de actualizar su legislación con respecto a la calidad del agua superficial . Sin embargo, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) es responsable de los estándares nacionales de calidad del agua potable. Así mismo, desarrolló un programa de monitoreo, la Regla de Monitoreo de Contaminantes No Regulados (UCMR), para recolectar datos de sustancias sospechosas de estar presentes en el agua potable .

Actualmente es muy poca la información que se tiene a nivel mundial en cuanto a los límites máximos permisibles del ibuprofeno en diferentes fuentes hídricas, sin embargo, en Australia se cuenta con una normativa que regula el valor máximo permisible en el agua potable, DWG (Guideline Water Value), que es de 0.4 ppm (400 ng/L)

6. CONCLUSIONES

A medida que los métodos analíticos para la cuantificación de contaminantes van evolucionando, se hace más evidente la presencia de PhAC en el ambiente debido a la descarga directa de aguas residuales en su mayoría sin tratar, el uso de agroquímicos, desechos industriales, entre otros; sobre los diferentes cuerpos de agua, tales como: ríos, lagos, arroyos, mares, reservorios; que hacen que la calidad de estos se vea afectada. Lo cual podría comprometer el suministro de agua potable y por la tanto la salud de los seres humanos ya que son pocas las tecnologías que se emplean para remover los CE.

Entre las tecnologías mas prometedoras se encuentran los tratamientos de membranas, que como se pudo observar en esta investigación los porcentajes de remoción son muy altos a diferencia de los métodos convencionales que actualmente resultan ineficientes para remover los contaminantes que ingresan a las fuentes hídricas.

Por lo anterior se hace necesario que las autoridades a nivel ambiental dentro de sus normativas incluyan directrices de obligatoriedad sobre la introducción de tratamientos avanzados para la potabilización del agua; así como el monitoreo y los límites máximos permisibles en los diferentes cuerpos de agua.

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