Estudio y predicción de la absorción de contaminantes procedentes de aguas regeneradas en cultivos hortícolas de la región de murcia

Résumé

Los recursos de agua dulce en el mundo son limitados y constituyen una pequeña parte de las reservas de agua. El uso de agua regenerada es una fuente valiosa para satisfacer la demanda de agua que contribuye a resolver la escasez de agua y la presión sobre los recursos hídricos. El empleo de estas aguas regeneradas procedentes de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), plantean un dilema debido a que algunos contaminantes emergentes (CEs) no son eliminados por completo por las EDAR. El principal objetivo de esta tesis doctoral ha sido la validación agronómica del tratamiento de aguas en lo que a CEs se refiere y la calibración de dos modelos de simulación. El primer modelo de simulación ha sido un Sistema Experto Inteligente (SEI) desarrollado por el Departamento de Ciencias Politécnicas del Grado en Ingeniería Informática de la UCAM y el segundo el modelo New Plant Uptake model for ionizable compounds 2 x 2 matrix. monovalent acids and bases (NPUM), desarrollados por la Technical University of Denmark (DTU) para predecir el comportamiento, la asimilación y la distribución de los CEs en las diferentes partes de las plantas. Se han seleccionado cinco CEs para estudiar su comportamiento en una EDAR representativa de la Región de Murcia y en diferentes cultivos expuestos a estos CEs que son regados con el efluente de dicha EDAR. Los CEs seleccionados han sido: carbamazepina (CBZ), diclofenaco (DCF), ibuprofeno (IBP), ketoprofeno (KTP) y naproxeno (NPX). Estos CEs han sido seleccionados dada su representatividad y en base a diversos estudios realizados en numerosos trabajos de investigación. Este estudio se ha realizado en un invernadero del CEBAS-CSIC anexo a la EDAR de Roldán, Lo Ferro-Balsicas (Murcia, España) ((UTM) X: 679615.7525, Y: 4185244.9214), cuya explotación está gestionada actualmente por la empresa ESAMUR. Este trabajo de investigación se dividió en dos experimentos. En un primer experimento se caracterizó el agua procedente de la EDAR de Roldán, Lo Ferro-Balsicas y se utilizó el efluente de esta EDAR como agua de riego de cultivos hortícolas característicos de la Región de Murcia (lechuga, perejil, repollo, brócoli y calabacín) estudiando el comportamiento y la respuesta de los cultivos hortícolas regados con el agua regenerada de esta EDAR, comprobando la posible acumulación de los CEs seleccionados (CBZ, DCF, IBP, KTP y NPX) en las diferentes partes de los cultivos estudiados y evaluar el riesgo potencial que supone para la salud humana su incorporación en la cadena alimentaria. En un segundo experimento, se seleccionaron tres variedades de lechuga que se regaron con agua mezclada con dos CEs (CBZ y DCF) a diferentes concentraciones y se estudió la acumulación de los CEs en la parte comestible de las hojas y el posterior paso a la cadena alimentaria. Con los resultados obtenidos en este segundo experimento, se calibraron los dos modelos de simulación SEI y NPUM para predecir la asimilación y la distribución de los CEs en las diferentes partes de los cultivos estudiados. Los resultados obtenidos en el primer experimento mostraron sólo presencia de IBP en la parte comestible de la lechuga, no encontrando acumulación del resto de CEs (CBZ, DCF, KTP y NPX) en los cultivos estudiados. En el segundo experimento en el caso de la CBZ, las hojas mostraron niveles más altos de captación y mayores factores de bioconcentración (BCF) comparado con las raíces, esto se debe a la neutralidad y la hidrofobicidad media del CE. En el DCF, fueron las raíces las que mostraron niveles más altos de captación y mayores factores de bioconcentración (BCF), puede atribuirse a su alta hidrofobicidad y baja solubilidad en agua. Los resultados de este experimento se corresponden con los valores obtenidos por los dos modelos de simulación SEI y NPUM. Se realizó una predicción de acumulación y concentración de CBZ y DCF en lechuga si se aprovechara el efluente de 10 EDAR de la Región de Murcia como agua de riego con los los dos modelos de simulación SEI y NPUM. Con el modelo de simulación NPUM se realizó también una predicción de acumulación de IBP, KTP y NPX en el cultivo de lechuga a diferentes concentraciones de CEs. Tanto en los experimentos llevados a cabo en invernadero como en las predicciones desarrolladas por los dos modelos de simulación SEI y NPUM, podemos observar que las concentraciones diarias ingeridas de CEs son inferiores a los límites aceptables, por lo tanto, según la evaluación realizada, la concentración de CEs detectados en la parte comestible de las lechugas, no suponen ningún riesgo para la salud humana. Además, gracias a la obtención de una buena simulación con los dos modelos planteados para predecir la absorción y la distribución de los CEs en las diferentes partes de los cultivos estudiados, se comprueba que estas herramientas son de gran utilidad para poder ahorrar costes de laboratorio en analíticas, personal, planificación y tiempo que suponen cuando se requieren realizar estudios de esta envergadura.