Plaguicidas polares en el medio ambiente: análisis, presencia y evaluación de riesgo

Abstract

Durante esta Tesis Doctoral se ha evaluado la presencia de hasta 26 plaguicidas y productos de transformación (herbicidas, insecticidas y fungicidas) en aguas residuales, superficiales, subterráneas, potables y en sedimentos. También se ha evaluado el impacto ambiental de los plaguicidas a través de estudios de toxicidad, desarrollo de modelos de predicción y cálculo y elaboración de índices de riesgo ambiental (uno de ellos creado durante la Tesis Doctoral).

Las metodologías analíticas desarrolladas se han basado en las técnicas online SPE-LC-ESI-MS/MS (para aguas) y PLE seguida de SPE y LC-ESI-MS/MS (sedimentos). Los métodos, han consistido en el uso del método de dilución isotópica lo que conlleva una elevada sensibilidad, alta selectividad y fiabilidad de resultados. Otras ventajas de los métodos son su versatilidad, su relativa simplicidad y su rapidez.

Los estudios llevados a cabo en cuatro EDARs han puesto en evidencia no sólo la presencia de elevadas concentraciones de plaguicidas en aguas residuales de zonas urbanas (> 500 ng/L de plaguicidas individuales), sino también su deficiente eliminación durante el tratamiento en las plantas. Los tratamientos terciarios estudiados también se han mostrado ineficientes.

El estudio de reutilización del agua llevado a cabo en el río Llobregat indica que el uso de aguas regeneradas en este río no afecta significativamente a la calidad del agua del mismo, ni tampoco al rendimiento de la potabilizadora que se encuentra en la región, por lo que esta práctica se presenta como una buena opción para contribuir a mantener el caudal del río y a garantizar el abastecimiento de agua potable a la ciudad de Barcelona.

En aguas superficiales, los plaguicidas más ubicuos son el diazinón, el diurón y la terbutilazina mientras que en zonas agrícolas dedicadas al cultivo del arroz son el MCPA, la bentazona y el molinato. El malatión se detectó a elevadas concentraciones en el agua y también en moluscos.

En aguas subterráneas, Lleida fue la zona del territorio catalán más afectada por la contaminación por plaguicidas, y las triazinas fueron los herbicidas más ubícuos. El estudio de recarga artificial ha mostrado que utilizando una capa reactiva (preparada fundamentalmente a base de compost) mejora la calidad del agua infiltrada, lo que la hace una tecnología útil y viable para aumentar el nivel freático con las consiguientes ventajas que ello implica. Los resultados obtenidos de plaguicidas en sedimentos guardan relación con el contenido de materia orgánica del sedimento y con las propiedades físico-químicas de los compuestos, como solubilidad, movilidad, potencial de bioacumulación y volatilidad.

En general, todos los estudios de ERA realizados indican que los plaguicidas son una fuente de estrés importante para el medio acuático, y entre los compuestos estudiados destacan, por este orden, el diazinón, el malatión, el diurón, la terbutilazina, la simazina, la atrazina, el clortolurón y el isoproturón. Todos ellos están incluidos en la lista de compuestos prioritarios por la Comunidad Europea.

Sobre lo modelos de predicción, el modelo de balance de flujo se mostró eficiente y útil, prediciendo con un margen de error inferior al 25% niveles de plaguicidas a unos 8 km de distancia del punto de referencia.

En relación al estado general de las aguas, tomando como referencia las NCA más restrictivas (para aguas subterráneas), se ha visto que 19 de los 22 plaguicidas estudiados han superado en al menos un estudio el nivel de 100 ng/L, y el 16% de las muestras analizadas presentó un contenido de pesticidas totales superior a 500 ng/L.

The presence of up to 26 pesticides and transformation products (herbicides, insecticides and fungicides) was evaluated in wastewater, surface water, groundwater, drinking water and sediment. Their environmental impact assessed through the performance of toxicity studies, the development of predictive models, and the calculation and design of environmental risk indices (one of them created during the Doctoral Thesis) was also evaluated.

The developed methods were based on on-line solid phase extraction (SPE) and pressurized liquid extraction (PLE) for the analysis of water and sediment samples respectively, in both cases followed by liquid chromatographic analysis coupled to tandem mass spectrometry detection (LC-MS/MS). The use of the isotope dilution technique (with isotopically labeled compounds) for quantification of the pesticides allowed good validation parameters.

The most ubiquitous pesticides in urban areas were diazinon, diuron and terbuthylazine. In rice growing areas MCPA, molinate and bentazone presented the highest ubiquity and concentrations. Malathion was also detected at high concentrations in both water samples and seafood in these areas.

The presence of pesticides in groundwater in Catalonia was found to be determined not only by the activities conducted in the area, but also by the degree of soil irrigation, the GUS index and the depth of the water sampling points. Regarding artificial aquifer recharge, percolation through a reactive layer prepared with fresh compost during the recharge process increases the quality of the recharge water and can be used to treat and recover surface and eventually waste waters

Studies conducted wastewater treatment plants (WWTPs) have highlighted not only the presence of high concentrations of pesticides in urban areas (> 500 ng/L of individual pesticides), but also their poor removal during wastewater treatment. Tertiary treatments were also evaluated, revealing the inefficiency of some treatments and consequently the poor quality of reclaimed waters.

Finally, all environmental risk assessment (ERA) studies showed consistent and valuable results that evidenced the influence of pesticides on the quality status of the water bodies. All these studies point to pesticides as one stressors in the aquatic environment, especially 8 of them in the following order: diazinon, malathion, diuron, terbuthylazine, simazine, atrazine, isoproturon, and chlortoluron.