Esta era en la historia de la Tierra a veces se refiere como el Antropoceno, o la época del humano y nuestro impacto significativo en el planeta. Dentro del Antropoceno, algunos han caracterizado el Plástico como un período que comienza en la década de 1950, marcado por una nueva y creciente capa de plástico registrada en los registros de deposición (atribuido a Matt Dowling). De hecho, la producción a gran escala de plásticos (ver Figura 1), de la cual se estima que del 2% al 4% entra al medio ambiente anualmente, ha llevado a una contaminación por plástico omnipresente.

La contaminación por plástico incluye tanto macroplásticos como microplásticos (MPs). Los MPs son más pequeños que cinco milímetros (mm) y provienen de fuentes primarias como productos de cuidado personal (por ejemplo, limpiadores faciales, jabón y pasta de dientes), fibras de ropa que se liberan al lavar, y desgaste de llantas. Además, los macroplásticos se descomponen en el medio ambiente a través de fuerzas mecánicas y fuerte radiación UV, lo que proporciona una fuente secundaria de MPs.

A medida que los MPs se fragmentan más, se generan partículas aún más pequeñas, lo que lleva a la producción de nanoplásticos (NPs) de menos de un micrómetro (µm) de tamaño (aunque hay algún debate sobre los límites del rango de tamaño de los NPs). El pequeño tamaño de los MPs, y más aún de los NPs, complica su detección y cuantificación.

Más allá del tamaño, hay una enorme variación en otras características de los MPs, incluyendo la forma y el tipo de polímero. Estos aspectos derivan de la fuente de los MPs y dictan su destino e impacto. Entre las formas de los MPs, las más prevalentes reportadas en un meta-análisis de aguas residuales fueron fibras, pellets/perlas, fragmentos y películas, con abundancias máximas de 91.3%, 70.4%, 65.4% y 21.4%, respectivamente.

Las fibras provienen en gran medida del lavado de ropa, mientras que los fragmentos y pellets son típicamente de productos de cuidado personal, y las películas provienen de bolsas de plástico. Se detectó una amplia gama de tipos de materiales, pero los polímeros de MPs más comunes fueron polietileno, polipropileno, poliamida, poliéster, poliestireno y tereftalato de polietileno, con abundancias máximas de 64.1%, 32.9%, 10.3%, 75.4%, 24.2% y 28.9%, respectivamente. El polietileno, el polipropileno y el poliestireno provienen en su mayoría de productos plásticos como bolsas de empaque de alimentos, botellas de plástico y utensilios plásticos (con aportes del aplastamiento y la abrasión de productos plásticos, industrias textiles y polvo de carreteras), mientras que los otros tipos de plástico provienen comúnmente de textiles y ropa sintética.

Se han detectado MPs en océanos, agua dulce, sedimentos de lagos, la atmósfera, suelo, aguas residuales, e incluso en productos alimenticios y bebidas como agua potable, cerveza y sal de mesa. Los MPs en alimentos y agua pueden ser ingeridos, lo que lleva a su clasificación como contaminantes de preocupación emergente. La evaluación de riesgos de los MPs está en curso, ya que sus efectos en los humanos debido a la ingestión, inhalación o contacto dérmico siguen siendo inciertos.

Existen evaluaciones variables de exposición, con una estimación tan alta como un promedio de cinco gramos de microplásticos ingeridos por semana por persona (equivalente a la masa de una tarjeta de crédito), mientras que evaluaciones posteriores argumentan que los niveles son muchos órdenes de magnitud más bajos y enfatizan la importancia del tamaño de los MPs como un factor para las implicaciones en la salud. Más allá de las partículas plásticas en sí, los MPs son hidrofóbicos con grandes áreas de superficie, lo que les permite absorber y servir como portadores de otros contaminantes dañinos, como sustancias per- y polifluoroalquiladas (PFAS), hidrocarburos aromáticos policíclicos, productos farmacéuticos y de cuidado personal, y metales pesados.

Aunque no están diseñadas para eliminar MPs, las plantas de tratamiento de aguas residuales sirven como una barrera contra la entrada de MPs al medio ambiente; sin embargo, no se logra una eliminación completa de MPs, lo que lleva a que las plantas de tratamiento de aguas residuales sirvan como una fuente principal de MPs para el medio acuático.

En su meta-análisis de eliminación de MPs en plantas de tratamiento de aguas residuales, Liu et al. (2021) encontraron que se eliminaron entre el 50.0% y el 99.6% de los MPs durante el tratamiento, de manera que los niveles medios de entrada de 1.9 x 10^3 partículas por litro (L) (1.27 x 10^2 para plantas de tratamiento de aguas residuales municipales) disminuyeron a niveles medios de salida de 19.3 partículas/L. En base a la masa, se estimó que el 93.8% al 99.9% de los MPs fueron eliminados, dejando solo una pequeña fracción de masa descargada al medio acuático a través del efluente. Desafortunadamente, aunque muchas instalaciones son muy efectivas en eliminar MPs, miles de millones de partículas todavía se descargan a las aguas receptoras cada día debido a las altas tasas de flujo de aguas residuales (promedio = 7.2 x 10^9 partículas).

El meta-análisis mostró que se detectaron MPs después de todos los procesos de tratamiento de aguas residuales, subrayando la necesidad de considerar el tratabilidad de MPs usando diferentes operaciones unitarias. El tratamiento primario (más comúnmente sedimentación primaria) redujo los MPs en un promedio del 56.8% (con un amplio rango del 4.1% al 99.0%). En el tratamiento biológico secundario posterior (el bioreactor anaeróbico, anóxico y oxico [A2O] siendo el más común en el análisis), la disminución promedio en MPs fue del 66.6% (20.5% a 95.5%). En las instalaciones que emplean tratamiento terciario, como procesos de oxidación avanzada (AOPs) o filtración por membrana, los MPs se redujeron aún más (eliminación media del 85.7%), aunque algunas instalaciones experimentaron un aumento de MPs (por ejemplo, las AOPs descomponen MPs, resultando en una eliminación negativa cuando fueron cuantificados como partículas por litro). Notablemente, la distribución de tamaño de los MPs durante el tratamiento terciario fue más pequeña, lo que los hace más difíciles de remover en comparación con las etapas de tratamiento anteriores.

La eliminación de fibras fue mejor en el tratamiento primario que en el secundario y terciario, ya que las fibras fueron relativamente fáciles de atrapar durante la floculación y sedimentación. Alternativamente, el tratamiento secundario proporcionó la mejor eliminación de fragmentos. Las películas se eliminaron mejor en el tratamiento secundario, que fue casi equivalente al tratamiento primario. Los pellets fueron más fáciles de eliminar durante el tratamiento terciario, con filtros y AOPs proporcionando eliminación.

En general, los biofiltros ofrecieron la eliminación relativa más efectiva de MPs en los procesos analizados, seguidos por filtros, sedimentación primaria, bioreactores (además de biofiltros y A2O), eliminación de gravilla y grasa con sedimentación primaria, AOPs, eliminación de gravilla y grasa, y A2O (debido a la devolución de lodos). En consecuencia, las tecnologías basadas en filtros ofrecieron la mejor eliminación de MPs.

Tanto la filtración por disco (eliminación del 98.5% de MPs) como la filtración rápida por arena (97% de eliminación) superaron la flotación por aire disuelto (95% de eliminación) en una comparación directa de estos tratamientos terciarios. Usando filtración por membrana, la exclusión por tamaño elimina efectivamente partículas más grandes, mientras que las interacciones entre los MPs y la superficie del filtro facilitan la eliminación de MPs mediante adsorción. Lu et al. (2023) revisaron varios estudios de diferentes tipos de filtración por membrana y reportaron que las eficiencias de eliminación de MPs variaron entre aproximadamente 85% y 100%. Clasificados por tipo de membrana, la microfiltración (poros de 0.1–10 µm) eliminó entre el 81.5% y el 100% de MPs, la ultrafiltración (poros de 1 nanómetro [nm] a 100 nm) eliminó entre el 37.1% y el 100% (50% a 99.9% usando biorreactor de membrana con tamaño de poro de 100–400 nm), la nanofiltración (1–10 nm) eliminó el 99%, y la ósmosis inversa eliminó entre el 54% y el 99.8%. Los estudios incluidos en estos resúmenes abarcaron una mezcla de estudios de laboratorio y a gran escala realizados bajo una amplia variedad de condiciones, lo que condujo a una amplia variabilidad en las eficiencias de eliminación de MPs reportadas.

En conjunto, estos estudios demuestran que aunque los tamaños de poro de las membranas pueden ser más pequeños que muchos MPs, los MPs todavía pueden penetrar, quizás parcialmente debido a la baja resistencia de las membranas y abrasión debido a los bordes afilados de los MPs, la presencia de defectos en la membrana, o pequeñas aberturas entre las tuberías. Los MPs en forma de fibra, en particular, pueden ser más difíciles de eliminar mediante filtración por membrana, ya que pueden orientarse a lo largo de su eje y pasar a través de los poros de la membrana. Además, Ding et al. (2021) discutieron la posibilidad de que las membranas mismas puedan liberar MPs y NPs al agua debido a los efectos de limpieza física, agentes químicos, estrés mecánico, y envejecimiento y desgaste.

La filtración por membrana impulsada por gravedad es una alternativa potencial a los procesos de ultrafiltración impulsados por presión, particularmente para su uso en aplicaciones de tratamiento de agua potable descentralizadas y rurales, dado las ventajas de bajo consumo de energía y mantenimiento, así como estabilización de flujo. Sin embargo, la baja permeabilidad y estabilidad en algunos sistemas ha limitado su implementación. Curiosamente, después de la coagulación, los MPs fueron completamente rechazados y formaron una capa de pastel que podría estabilizar físicamente el flujo durante la filtración por membrana impulsada por gravedad.

En consecuencia, aunque la presencia de MPs en el agua es preocupante para la salud humana, puede ser posible aprovechar los MPs para ayudar a optimizar el tratamiento de agua potable, como una alternativa a la intervención humana para reducir costos de mantenimiento y ayudar a estabilizar el flujo. Alternativamente, los MPs y NPs afectaron negativamente el rendimiento de una membrana de ultrafiltración de poli(sulfona) impulsada por presión; de igual manera, los MPs aumentaron el ensuciamiento de la membrana en estudios revisados por Acarer (2023). En comparación con la eliminación de MPs en el tratamiento de aguas residuales, ha habido estudios limitados sobre la eliminación de MPs durante el tratamiento de agua potable. Como era de esperar, las aguas crudas utilizadas como fuentes de agua potable contienen concentraciones de MPs mucho más bajas, comúnmente en el orden de un solo dígito pero variando de un promedio de 0 a 3.61 x 10^3 partículas/L en estudios revisados por Novotna et al. (2019). En general, los MPs y NPs de pequeño diámetro (<10 µm de tamaño) son dominantes en la entrada de agua potable, y se informa que los MPs aún están presentes en bajas concentraciones en el efluente de agua potable.

Una revisión reportó que se observó una eliminación del 70% al 100% de MPs en varias plantas de tratamiento de agua potable a gran escala. Como se resume en la revisión, la coagulación/floculación eliminó niveles bajos de MPs usando dosis típicas de coagulante, aunque la ultrafiltración fue efectiva. En consecuencia, el uso de filtración en el tratamiento de agua potable y aguas residuales es una estrategia efectiva para la eliminación de MPs.