Desarrollo de un muestreador pasivo para muestreo de contaminantes emergentes en aguas

Abstract

El estudio de contaminantes en aguas superficiales es de gran prioridad y relevancia a nivel mundial ya que son estas aguas la principal fuente de abastecimiento para consumo humano. Debido al amplio consumo de fármacos y productos de cuidado personal, las aguas residuales que llegan a las plantas de tratamiento contienen a estos estos compuestos a niveles de μg/L, los cuales no son retenidos en su totalidad en las plantas de tratamiento y consecuentemente los efluentes de éstas aún siguen conteniendo niveles de contaminantes emergentes que son vertidos a los cursos naturales. En las últimas décadas, el uso de técnicas de muestreo pasivo para el control de los contaminantes en diferentes matrices de agua se ha expandido drásticamente. Por ello el objetivo principal que se propone para esta tesis, es el desarrollo de un muestreador pasivo para la toma de muestra y preconcentración de un grupo de contaminantes emergentes: parabenos, hormonas, antiinflamatorios no esteroidales (AINES) y triclosán en aguas superficiales, con el fin, en primer lugar, de detectar su presencia y, en segundo lugar, estimar la fracción soluble promedio de estos compuestos en las aguas. Se examinaron diferentes fases sorbentes naturales y comerciales en el muestreador, concluyendo que las fases de corcho particulado y laminar son adecuadas para la sorción del grupo de compuestos en estudio, pero considerando el tiempo de molienda y de armado que se consume en la preparación de la fase particulada, es recomendable la elección de la fase sorbente de corcho laminar. También se estudió la elución de los contaminantes en estudio desde la fase sorbente de estos muestreadores. Se determinó que dos eluciones con una mezcla de solventes en una proporción de 75 % de metanol y 25 % de acetonitrilo eran suficientes para la desorción cuantitativa de los analitos desde la fase sorbente. Para poder implementar estos muestreadores en terreno, fue necesario obtener las tasas de muestreo (Rs) para cada uno de los contaminantes emergentes en estudio. Se obtuvieron las tasas de muestreo (Rs) para algunos compuestos en estudio en el laboratorio para la fase corcho laminar que varían entre 0,620 Ldía-1 para el etilparabeno y 19,013 Ldía-1 para estrona. Estos muestreadores desarrollados se podrán utilizar para detectar presencia de los analitos propuestos, independientemente si ha sido posible obtener las Rs. Para los compuestos que se ha podido obtener la Rs, además, se podrá extrapolar la concentración retenida en la fase sorbente a la concentración promedio en el agua. Estos muestreadores fueron aplicados en dos muestreos realizados antes y después de la planta de tratamiento El Trebal (Aguas Andinas), en primavera de 2018 y en invierno de 2019. En ambos casos, los resultados obtenidos con el muestreo pasivo se compararon con los resultados obtenidos a través de un muestreo convencional con muestreador automático en los mismos puntos de muestreo, en forma simultánea. Además, en el muestreo realizado en invierno de 2019, se incluyeron dos puntos adicionales, uno aguas arriba de la planta y otro aguas abajo de la planta. En ambos casos, al no poseer muestreador automático, los resultados del muestreo pasivo se compararon con los resultados generados a través de un muestreo puntual. En este último muestreo desarrollado en invierno del 2019 también se enriquecieron previamente las fases de corcho laminar con estándares isotópicos marcados, de tres contaminantes, estrona, etilparabeno y triclosán, con el fin de establecer si era necesario corregir las Rs de laboratorio. Teniendo en cuenta que las condiciones hidrodinámicas del río influyen significativamente en el muestreo pasivo, estas Rs podrían variar respecto de las mismas determinadas en el laboratorio. Se logró obtener para el triclosán, la Rs in situ en el efluente para el muestreo de Julio de 2019

The study of pollutants in surface waters is of high priority and relevance worldwide since these surface waters are the main source of water supply for human consumption. Due to the wide consumption of drugs and personal care products, the wastewater that reaches the water treatment plants contains these compounds at levels of μg/L, which are not fully retained in the treatment plants consequently, he effluents from these continue to contain levels of emerging pollutants that are discharged into natural courses. In the last decades, the use of passive sampling techniques for the control of contaminants in different water matrices has expanded dramatically. For this reason, the main objective proposed for this thesis is the development of a passive sampler for sampling and pre-concentration of a group of emerging pollutants: parabens, hormones, NSAIDs (non-steroidal anti-inflammatory drugs) and triclosan in surface waters, with the purpose, firstly, of detecting their presence and, secondly, estimating the average soluble fraction of these compounds in the waters. Different natural and commercial sorbent phases were examined, concluding that the particulate and sheet cork phases are suitable for the sorption of the group of compounds under study, but considering the grinding and assembly time that is consumed in the preparation of the particulate phase, the choice of the laminar cork sorbent phase is recommended. The elution of the pollutants under study from the sorbent phase of these samplers was also studied. It was found that, to carry out the desorption of the analytes from the sorbent phase, it was necessary to carry out two elution with a mixture of solvents in a proportion of 75% methanol and 25% acetonitrile. In order to implement these samplers in the field, the sampling rates (Rs) of these must be obtained for each of the emerging pollutants under study. Sampling rates (Rs) were obtained for some compounds under study in the laboratory for the sheet cork phase that vary between 0.620 Lday-1 for ethyl paraben and 19.013 Lday-1 for estrone. These developed samplers can be used to detect the presence (or average concentration retained in the sampler) of those compounds that it has not been possible to obtain the Rs as well as those compounds that have been able to obtain the Rs. For those who have been able to obtain the Rs, in addition, this concentration retained in the sorbent phase can be extrapolated to the average concentration in the water. These samplers have been applied in two samplings carried out before and after the Trebal (Aguas Andinas) treatment plant, in spring 2018 and in winter 2019. In both cases, the results obtained with passive sampling were compared with the results obtained through a conventional sampling with automatic sampler at the same sampling points, simultaneously. In addition, in the sampling carried out in winter 2019, two additional points were included, one upstream of the plant and the other downstream of the plant. In both cases, as they did not have an automatic sampler, the results of passive sampling were compared with the results generated through a point sampling. In this last sampling carried out in winter 2019, the sheet cork phases were also previously enriched with marked isotopic standards, of three contaminants, estrone, ethyl paraben and triclosan, in order to establish if it was necessary to correct the laboratory Rs. Considering that the hydrodynamic conditions of the river significantly influence passive sampling, these Rs could vary with respect to those determined in the laboratory. It was possible to obtain for triclosan, the Rs in situ in the effluent for the July 2019 sampling