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ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN DE ARSÉNICO EN FUENTES DE AGUA ORIGEN, DISTRIBUCIÓN, IMPACTOS EN EL AMBIENTE Y MÉTODOS DE REMOCIÓN Amoedo, Paola; Bernasconi, Constanza Cátedra de Protección y Conservación de la Naturaleza Año 2009 INTRODUCCIÓN El arsénico continúa siendo uno de los elementos químicos que mayor daño causan al medio ambiente a nivel mundial. Se encuentra en altas concentraciones en Taiwán, China, Argentina, Chile, México, partes de Europa, en los Estados Unidos y, más notablemente, en Bengal Occidental, India y Bangladesh (Fig 1). Es un elemento muy común en la atmósfera, en rocas y suelos, en la hidrosfera y la biosfera. Es movilizado al medio ambiente a través de una combinación de procesos que incluyen tanto procesos naturales (meteorización, actividad biológica, emisiones volcánicas), así como procesos antropogénicos (actividad minera, uso de combustibles fósiles, uso de pesticidas, herbicidas, desecantes, conservadores de la madera, y uso como aditivos de piensos).

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ESTUDIO DE LA CONTAMINACIN DE ARSNICO EN FUENTES DE AGUAORIGEN, DISTRIBUCIN, IMPACTOS EN EL AMBIENTE Y MTODOS DE REMOCINAmoedo, Paola; Bernasconi, ConstanzaCtedra de Proteccin y Conservacin de la NaturalezaAo 2009

INTRODUCCINEl arsnico contina siendo uno de los elementos qumicos que mayor dao causan al medio ambiente a nivel mundial. Se encuentra en altas concentraciones en Taiwn, China, Argentina, Chile, Mxico, partes de Europa, en los Estados Unidos y, ms notablemente, en Bengal Occidental, India y Bangladesh (Fig 1).Es un elemento muy comn en la atmsfera, en rocas y suelos, en la hidrosfera y la biosfera. Es movilizado al medio ambiente a travs de una combinacin de procesos que incluyen tanto procesos naturales (meteorizacin, actividad biolgica, emisiones volcnicas), as como procesos antropognicos (actividad minera, uso de combustibles fsiles, uso de pesticidas, herbicidas, desecantes, conservadores de la madera, y uso como aditivos de piensos). Fig. 1. Distribucin mundial de acuferos con altos contenidos en arsnico.(Modificado de BGS y DPHE, 2001; Smedley y Kinniburgh, 2002).El Arsnico es un elemento txico y cancergeno cuya ingesta diaria y continua de dosis elevadas en el agua de bebida producen como efecto principal, en los seres humanos el arsenicismo crnico. En el ambiente puede incorporarse a la cadena trfica en mayor grado en los peces que lo absorben directamente del medio acutico. Los estudios realizados sobre actividades agropecuarias demuestran que el arsnico presente en el agua de riego puede acumularse por absorcin de las races as como por adsorcin a travs de las hojas en determinados cultivos (Moyano et al., 2009). Los niveles de arsnico son ms elevados en la biota recogida cerca de las fuentes antropognicas o en zonas con actividad geotrmica.Los resultados obtenidos con animales de laboratorio indican que el Arsnico trivalente es ms txico que el pentavalente ya que el primero tiene mayor efecto en actividades enzimticas, in vivo el arsnico pentavalente puede ser reducido a compuestos trivalentes. La toxicidad del As depende del estado de oxidacin, estructura qumica y solubilidad en el medio biolgico. La escala de toxicidad decrece de la siguiente manera: Arsina>As+3inorg.>As+3org.>As+5inorg.>As+5org.>compuestos Arsenicales y As elemental (Ng et al, 2003).El tratamiento de remocin de arsnico del agua en zonas de escasos recursos, es casi nulo, por lo que, ante la ausencia de fuentes alternativas y potables, el agua contaminada es utilizada indiscriminadamente para el consumo humano y animal, riego, etc. (Manrique, 1988) potenciando el riesgo tanto para el hombre como para la biota.

FUENTES DE ARSNICO EN EL MEDIO AMBIENTE1. Fuentes naturalesEl arsnico es el principal componente en ms de 200 especies de minerales, de los cuales aproximadamente el 60% son arseniatos, el 20% sulfuros y sulfatos y el 20% restante incluye arseniuros, arsenitos y xidos de arsnico (Onishi, 1969). El ms comn de los minerales de arsnico es arsenopirita, FeAsS.El arsnico se encuentra asociado con muchos tipos de depsitos minerales, especialmente los que incluyen la mineralizacin de sulfuros (Bowell, 1994). La capacidad del arsnico para unirse a ligandos de azufre significa que tiende a ser encontrado asociado a sulfuro proveniente de depsitos de minerales. Esto conduce a niveles elevados en los suelos en muchas zonas mineralizadas donde las concentraciones de arsnico asociado pueden variar desde unos pocos miligramos a valores superiores a 100 mg/kg (Monroy et al., 2001).Las concentraciones de arsnico en el agua del ocano son de 1,0-2,0 mg/litro. En aguas superficiales y subterrneas no contaminadas los niveles de arsnico total son en general del rango de 1,0-10,0 mg/litro, los que pueden variar dependiendo de factores como recarga (superficial y subterrnea), litologa de la cuenca, drenaje de zonas mineralizadas, clima, etc. Los valores de fondo para el contenido de arsnico en agua de ro son relativamente bajos, en general inferiores a 0,01 mg/litro hasta valores tal altos como el del ro Loa en el norte de Chile, con valores de 0,222,0 mg/litro (Cceres et al., 1992). Los niveles de arsnico en aguas lacustres son similares a los observados en ros, excepto en lo que se refiere a la dinmica del agua, favorecindose la concentracin por evaporacin. En Nuestro pas por ejemplo las lagunas que se encuentran con mayor contenido de arsnico se encuentran en las provincias de San Juan, Catamarca y la Rioja (Fernndez Turiel, 2005), las que son afectadas por el clima rido, provocando el aumento en la concentracin de arsnico en las mismas.La mayor parte de los acuferos con contenidos altos de arsnico tienen un origen ligado a procesos geoqumicos naturales. Altas concentraciones en aguas superficiales y subterrneas de hasta 0,1-5,0 mg/litro se puede encontrar en las zonas de mineralizacin de sulfuros (Smedley et al., 2002). Las concentraciones altas no se restringen a determinadas condiciones o mbitos, apareciendo en acuferos en condiciones oxidantes y de pH alto, acuferos en condiciones reductoras o acuferos con circulacin geotermal. En Amrica Latina las mayores concentraciones de arsnico se encuentran en acuferos en Chile (Borgoo et al., 1977); Norte Mexico (Cebrin et al., 1983), y varias zonas de la Argentina (Astolfi et al., 1981; Nicolli et al., 1989; De Sastre et al., 1992). 2. Fuentes antrpognicasUna parte del arsnico que existe en el agua y el medio ambiente proviene de la actividad humana. La fundicin de metales no ferrosos y la produccin de energa procedente de combustibles fsiles son los dos principales procesos industriales que llevan a la contaminacin antropognica por arsnico. Los productos generados por el hombre incluyen el arsnico metlico, el pentxido de arsnico, el trixido de arsnico, los arseniatos de calcio y plomo, los arsenicales orgnicos, etc. Estas sustancias pasan al medio ambiente durante su empleo como insecticidas o herbicidas, en cultivos tan variados como la vid, el algodn, verduras, tomates, caf, etc. Tambin se emplean como esterilizantes del suelo, como preservadores de madera o como antiparasitarios en baos para ovejas y cabras.Las actividades de fundicin generan el mayor aporte antropgeno a la atmsfera (Chilvers y Peterson, 1987). Los procesos de fundicin de concentrados de cobre, que incluyan la presencia de minerales arsenicales, pueden dar lugar a intensos problemas de contaminacin por va area (arsnico que escapa por las chimeneas), en la forma de As2O3 (Lauwerys, 1994). El arsnico que as escapa se deposita luego en los suelos del entorno de la fundicin pudiendo ser transportado a aguas superficiales por procesos de escorrenta. Las escombreras de minas de metal son una fuente importante de contaminacin, y pueden conducir a la contaminacin de los alrededores, y, a causa de la lixiviacin, a veces tambin las aguas subterrneas. En el caso de drenaje cido de minas, se han citado en la literatura contenidos de arsnico muy variables, en ocasiones extremadamente altos, en algunos casos superiores a 2 mg/litro (Cceres et al., 1992).

FUENTES DE ARSNICO EN LA REPBLICA ARGENTINAEn la Argentina, las fuentes de arsnico, salvo en caso muy puntuales (explotacin minera, fundiciones) son naturales (figura 2) y son atribuidas a la actividad volcnica ocurrida en los Andes durante el Cuaternario). La distribucin de agua con alto contenido de arsnico se sucede en un continuo noroeste-sudeste desde la cordillera hasta la costa atlntica. Las provincias de Argentina que presentan reas en las que el agua tiene contenidos relativamente elevados de arsnico son: Salta, Jujuy, Catamarca, La Rioja La Pampa, Chaco, Crdoba, San Luis, Mendoza, San Juan, Santa F, Buenos Aires, Ro Negro, Tucumn y Santiago del Estero. Las aguas superficiales con concentraciones elevadas de arsnico son relativamente poco frecuentes, restringindose a las cuencas de La Puna y zonas limtrofes (provincias de Jujuy, Salta y Catamarca). Fernndez et al. (2005) propone la divisin de la regin afectada por aguas arsenicales en tres zonas, de acuerdo con las caractersticas geogrficas, geolgicas y climticas:1. La zona cordillerana, incluyendo el Altiplano, la Puna y reas limtrofes. Las aguas arsenicales se presentan en forma de coronas de dispersin bien definidos con focos en mineralizaciones y manifestaciones termales. Las reas afectadas son numerosas y estn bien localizadas aunque diseminadas regionalmente. Dos ejemplos de aguas superficiales con concentraciones de arsnico mayores a 0,05 mg/litro son la cuenca de la Laguna Pozuelos en la provincia de Jujuy y la del Ro Grande de San Juan. En La Puna saltea, se presentan elevadas concentraciones de arsnico en aguas termales de las Termas de Pompeya y de Antuco; y en aguas superficiales (ros Tocomar y San Antonio de Los Cobres). Esta situacin se prolonga hacia el sur, en las provincias de Catamarca y La Rioja (Laguna de Mulas Muertas y Laguna Brava) y hasta el norte de la provincia de San Juan (ros Blanco, Las Taguas, Despoblados y del Valle del Cura).2. La zona pericordilleranaEn esta zona transicional, el agua arsenical se localiza en zonas de desage de las reas cordilleranas y de la puna. Existen zonas no afectadas donde las concentraciones de arsnico pueden ser extremadamente bajas (Rosario de Lerma < 0,001 mg/litro). El sur de la llanura tucumana forma parte de la cuenca hidrogrfica del ro Sal. En muchos casos, las concentraciones de arsnico superan el umbral de 0,050 mg/litro. El contenido de arsnico de las aguas subterrneas no es explicado por la recarga actual de los acuferos, procedentes del ro Sal y de los ros que drenan las Sierras del Aconquija y Sierras del Sudoeste. Las aguas superficiales muestran concentraciones de arsnico que no superan los 0,010 mg/litro. En la llanura tucumana, pero al norte del ro Sal, las concentraciones de arsnico superan los 0,100 mg/litro en el rea de los Pereyra (Cruz Alta). En el salar de Pipanaco en Catamarca tambin se observan concentraciones que llegan a superar los 0,200 mg/litro, como en el caso del rea de Pomn. Esta cuenca tambin presenta manifestaciones termales (termas de Santa Teresita).3. La zona pampeanaLimitada al noreste y al este por los ros Bermejo y Paran, y al oeste y al sur por los rosDesaguadero y Colorado, se caracteriza por una disminucin de las concentraciones de arsnico desde las reas occidentales (este de Salta y oeste de Chaco, Santiago del Estero y Crdoba, sudeste de San Luis, y norte y centro de La Pampa) hacia las orientales, en el sentido del flujo del agua hacia la costa atlntica. En la llanura semirida del chaco salteo (entre los ros Juramento y Bermejo) y en la provincia de Chaco, las aguas con elevadas concentraciones de arsnico son subterrneas. En diversas zonas de la llanura chaquea semirida de Santiago del Estero, tambin se ha puesto de manifiesto la presencia de arsnico que supera los 0,100 mg/litro. En ciertos casos, se ha observado como la concentracin de arsnico aumenta en profundidad, por ejemplo, en pozos ubicados en el abanico aluvial del Ro Salado. En el sudoeste de la ciudad de Santiago del Estero, se han analizado aguas que portaban ms de 2,000 mg/litro de arsnico. Esta zona corresponde a un antiguo cono de deyeccin del ro Dulce. Aqu las variaciones temporales de la concentracin de arsnico pueden ser importantes como respuesta a la dilucin por precipitacin o entrada en los acuferos de aguas superficiales. En la ciudad de Belle Ville, Crdoba, se describi por primera vez el problema del HACRE en Argentina. Desde entonces, Crdoba es la provincia ms estudiada, y se ha confirmado la gran extensin del rea afectada con concentraciones elevadas de arsnico en agua.En el norte de la provincia de La Pampa tambin se han confirmado concentraciones que superan los 5,000 mg/litro. Las reas orientales de la zona pampeana se extienden por la mitad occidental de Santa Fe y Buenos Aires. Las concentraciones de arsnico suelen ser inferiores a 0,200 mg/litro en aguas subterrneas, aunque en amplias regiones superan el umbral de 50 ppb. El rea con concentraciones mayores a 0,050 mg/litro corresponde a la mitad oeste de Santa Fe. La poblacin afectada en esta zona supone un 21% (185.000 habitantes) del total provincial. La mitad este, que es la prxima al ro Paran, presenta valores ms bajos. En Provincia de Buenos Aires, tambin se han localizado aguas subterrneas que presentan concentraciones mayores de 0,05 mg/litro, aunque no suelen superar los 0,10 mg/litro. Por ejemplo, en la Pampa Ondulada, se han encontrado concentraciones que alcanzan los 0,08 mg/litro.

Figura 2: Mapa de zonas de concentracin de arsnico y densidad de poblacinZonas de concentracin de arsnico (As).Fuente: http://www.mapaeducativo.edu.ar/Atlas/Arsenico

EFECTOS DEL ARSNICO SOBRE LA SALUDLos efectos nocivos del arsnico sobre la salud, conocidos ya desde el siglo XIII, estn vinculados con la ingesta de agua y alimentos contaminados. Sus efectos txicos son mltiples, el envenenamiento con arsnico es causado por exposicin aguda tanto como crnica, y son numerosas las disfunciones y enfermedades que se le atribuyen: hiperqueratosis, hiperhidrosis, enfermedad de Bowen, neuropatas, enfermedades cardiovasculares, anemias, lceras, esterilidad, inhibicin de la biosntesis de porfirinas, cirrosis, prdida de cabello, bronquitis y varios tipos de cncer (Ciencia Hoy, 2008).El arsnico se encuentra en la dieta, particularmente en el pescado y marisco, principalmente en la forma orgnica que es menos txica. Slo hay pocos datos sobre la proporcin de arsnico en alimentos, pero estos indican que aproximadamente el 25% est presente en forma inorgnica, dependiendo del tipo de alimentos. Las rutas ms importantes para la exposicin son a travs de los alimentos y el consumo de agua potable. (WHO, 1993)En la Argentina se estima que 2.000.000 de habitantes que se abastecen de aguas subterrneas, estn expuestos a arsnico en un rango entre 0,002-3,0 mg/litro (Sancha; Castro de Esparza, 2000). En la provincia de Santiago del Estero, desde 1983 se han reportado casos de muerte asociados al arsenicismo y segn datos proporcionados por la Secretara Tcnica de Epidemiologa, en esta provincia se han detectado casos graves en nios y mujeres (lesiones en la planta de los pies, brazos y tronco, melanoderma en brazos y tronco, lesiones palmares, leucoderma en tronco anterior y posterior).En la provincia de Crdoba, entre los aos 1986 y 1991, se realizaron estudios de mortalidad a causa del cncer de vejiga, pulmn y rin, en 26 distritos, previamente clasificados de acuerdo con el contenido de arsnico en el agua; los estudios demostraron una clara relacin dosis-respuesta del contenido de arsnico en el agua y los riesgos de cncer. Las tasas de mortalidad por cncer de vejiga fueron de 2,14 para hombres y 1,82 para mujeres (95% confianza) en dos distritos con la ms alta exposicin. Las tasas de mortalidad por cncer del pulmn, expresadas en tasas baja, media y alta, fueron de 0,92; 1,54 y 1,77, respectivamente para hombres y 1,24; 1,34 y 2,16 para mujeres. Algo parecido se registr para el cncer del rin: 0,87; 1,33 y 1,57 para hombres y 1,00; 1,36 y 1,81 para mujeres (p10.5 Qumico fcilmente disponible Desventajas Costoso y complicado Operador entrenado Ajuste continuo de pH Problemas en la disposicin de efluentes Tratamiento convencional Fe-Mn Ventajas Remueve tambin otros contaminantes Desventajas Problemas en la disposicin de efluentes por toxicidad del residuo Operadores entrenados para evitar problemas aguas abajo Almina activada Ventajas Alta remocin de As(V) an con altos TDS. Eficiencia del 95% Tecnologa comercialmente disponible Desventajas Competencia con sulfatos y cloruros Ajuste de pH Problemas de regeneracin: 5-10% prdida por carrera Problema manejo de qumicos Ensuciamiento con slidos suspendidos Problemas de efluentes potencialmente peligrosos Intercambio inico Ventajas Tecnologa slo apropiada para sistemas con sulfatos < 25 mg/l y TDS < 500 mg/l . Eficiencia del 95% No se requiere ajuste de pH Bueno para aguas con alto As y pH y bajos sulfatos y bicarbonatos Buena remocin de nitratos y cromatos Desventajas Los sulfatos, TDS, selenio, fluoruros y nitratos compiten con el arsnico y afectan la carrera Slidos suspendidos y precipitados de hierro tapan el medio Corrientes de subproductos en efluentes altamente concentrados pueden ser problemticos No remueve As (III) Alto costo de inversin y operacin Problemas de generacin de efluentes potencialmente peligrosos Osmosis inversa/ nanofiltracin Ventajas: Pueden llegar a remocin >95% Efectivo si se desea remover otros compuestos y TDS total. Calidad consistente. Equipamiento compacto y automatizado. Desventajas Baja recuperacin de agua lleva al aumentar el caudal de agua cruda Descarga de concentrado de agua puede ser un problema Mayormente no remueve As (III) Mayor inversin de capital y cuidado en pretratamiento.Electrodilisis reversible Ventajas Puede alcanzar una remocin >80% Desventajas Baja recuperacin de agua lleva a aumentar caudal de agua cruda No competitivo en costo con la smosis inversa y la nanofiltracin Mayor inversin de capital y cuidado en pretratamiento Medios filtrantes especiales Ventajas Diseo compacto Operacin con atencin mnima Bajo volumen de efluentes Cambios bruscos en la calidad de entrada no afectan el rendimiento Aprobado en pruebas de relleno sanitario Sin efluentes lquidos con AsDesventajas Mayores costos operativos

REFERENCIAS

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