Eliminación de contaminantes farmacéuticos seleccionados del agua subterránea mediante carbón activado coloidal

Por qué importan las píldoras en el agua

Muchos de los medicamentos que ingerimos no se quedan en nuestro organismo. Trazas de analgésicos, fármacos anticonvulsivos e incluso cafeína pueden viajar por las alcantarillas, sobrevivir a las plantas de tratamiento y filtrarse en las aguas subterráneas. Estas aguas subterráneas son una fuente importante de agua potable en todo el mundo. El estudio descrito aquí explora una forma nueva de atrapar algunos de estos residuos farmacéuticos persistentes en el subsuelo antes de que se dispersen, utilizando una forma altamente porosa de carbono que puede inyectarse directamente en el subsuelo.

Restos invisibles de la vida cotidiana

La vida moderna depende de los fármacos, desde estimulantes comunes como la cafeína hasta medicamentos antiepilépticos especializados como la carbamazepina y la lamotrigina. Estos compuestos están diseñados para resistir la degradación en el cuerpo y con frecuencia pasan por alto los tratamientos convencionales de aguas residuales. Como resultado, los científicos los detectan ahora en ríos, lagos y aguas subterráneas en Europa, Estados Unidos, Asia y Oriente Medio, a veces en acuíferos remotos. Incluso a niveles muy bajos, su presencia constante plantea dudas sobre efectos a largo plazo en ecosistemas, fauna y salud humana. Eliminar estos “contaminantes emergentes” del agua se ha convertido en un desafío creciente para ingenieros y reguladores.

Una esponja de carbono fina en el subsuelo

Un enfoque prometedor es la adsorción, en la que los contaminantes se adhieren a la superficie de un sólido. El carbón activado es especialmente eficaz porque está lleno de poros diminutos que ofrecen una enorme área interna para que las moléculas se adhieran. El equipo de este estudio se centró en una forma especial llamada carbón activado coloidal, formado por partículas muy pequeñas que crean una suspensión estable en agua. Esta suspensión puede inyectarse en el subsuelo, donde las partículas recubren granos de arena y carbonato, formando una especie de zona filtrante invisible por la que debe pasar el agua subterránea. Los investigadores caracterizaron primero este carbono y hallaron que era mayoritariamente carbono con algo de potasio, extremadamente poroso y compuesto por partículas de solo unos pocos micrómetros de diámetro con una superficie cargada negativamente que les ayuda a mantenerse dispersas en agua.

Probando un filtro subterráneo en miniatura

Para evaluar cuán bien este carbono podía capturar fármacos, los científicos construyeron pequeñas columnas transparentes rellenas de arena, roca carbonatada o una mezcla 50:50 de ambas, imitando capas de sedimentos naturales. Bombeaban agua enriquecida con cafeína, carbamazepina y lamotrigina hacia arriba a través de las columnas a ritmos de flujo controlados, añadiendo cantidades medidas de carbón coloidal. Al comparar los niveles de fármacos de entrada y salida, pudieron seguir la rapidez con que el filtro empezaba a “romperse”, es decir, cuando los contaminantes comenzaban a pasar, y cuánto tiempo tardaba hasta que el carbón estaba casi saturado. También utilizaron una curva matemática tipo respuesta‑dosis para describir la forma de estos patrones de ruptura y estimar cuánto de cada compuesto podía retener el carbono bajo distintas condiciones.

Qué controla la cantidad removida

Los experimentos revelaron que las condiciones de operación afectan mucho el rendimiento. Un flujo más lento permitió más tiempo de contacto, retrasando la ruptura, pero el flujo más alto que probaron mostró la mayor captación por gramo de carbono antes de que la columna se agotara por completo, porque pasó más agua contaminada. Aumentar la cantidad de carbono en la columna prolongó tanto el tiempo antes de la ruptura como el tiempo hasta la saturación, reflejando un mayor número de sitios de adsorción disponibles. Empezar con soluciones de contaminantes más concentradas provocó rupturas más rápidas y curvas de ruptura más pronunciadas, ya que los sitios de unión se llenaron más deprisa, pero también aumentó la masa total de fármacos capturada. El tipo de material del lecho también importó: un lecho mixto arena‑carbonato ofreció la mayor protección antes de la ruptura y una mejor retención global, probablemente porque equilibraba la interacción química con un flujo suave y homogéneo.

De pruebas de laboratorio al agua subterránea real

Finalmente, los investigadores probaron agua subterránea real a la que se le habían añadido las tres drogas objetivo, bajo las mejores condiciones identificadas en sus pruebas anteriores: un flujo moderado, una dosis modesta de carbono y un lecho mixto de arena y carbonato. En esta prueba más realista, la barrera de carbono retrasó la ruptura por más de dos horas y continuó eliminando los fármacos durante más de siete horas. En conjunto, atrapó aproximadamente el 40 por ciento de la masa de fármacos entrante antes de volverse en gran medida saturada. Dado que el carbón activado coloidal puede inyectarse directamente en acuíferos, estos resultados sugieren que los ingenieros podrían crear zonas reactivas subterráneas que intercepten y atenúen penachos de contaminación farmacéutica, ayudando a proteger las fuentes de agua potable.

Qué significa esto para un agua más segura

En términos sencillos, el estudio muestra que una “esponja” de carbono finamente dividida puede difundirse por sedimentos subterráneos para capturar trazas de medicamentos que se desplazan con el agua subterránea. Aunque no elimina todo, reduce significativamente la carga de fármacos persistentes como la cafeína, la carbamazepina y la lamotrigina en condiciones realistas. Debido a que el material es altamente poroso y puede desplegarse in situ, ofrece una forma práctica de reforzar las barreras naturales en los acuíferos sin construir grandes plantas de tratamiento. Con más optimización y ensayos de campo, este escudo de carbono en el subsuelo podría convertirse en una herramienta importante para mantener los restos invisibles de nuestro botiquín fuera del agua que bebemos.

Cita: Alghamdi, S., Tawabini, B., Abdullah, A. et al. Removal of selected pharmaceutical pollutants from groundwater using colloidal activated carbon. Sci Rep 16, 8470 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36859-7

Palabras clave: contaminación del agua subterránea, contaminantes farmacéuticos, carbón activado, tratamiento del agua, adsorción