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Normatividad en México para regular concentraciones de metales pesados en biosólidos, agua para
riego y suelo
Christina Siebe, Mario Cayetano
Instituto de GeologíaLaboratorio de Edafología Ambiental
FORO: LA GESTIÓN DE SITIOS CONTAMINADOS Y RESIDUOS EN MÉXICO A 10 AÑOS DE LA
PUBLICACIÓN DE LA LGPGIR
Sesión 1: Avances y retos de las leyes, normas y reglamentos en materia de sitios
contaminados y residuos: 2003-2013
13 de mayo de 2013, Torre de Ingeniería, C.U., México D.F.
• Los metales pesados se consideran comoelementos potencialmente tóxicos, dado que enconcentraciones relativamente bajas afectan a losseres vivos.
• Con el tiempo tienden a acumularse en los suelos,de donde pueden traslocarse hacia los cultivos y elacuífero y así entrar a la cadena alimenticia (Tiller,1989).
Introducción
En los ecosistemas los suelos funcionan como un sumidero para metales y son importantes reguladores de su biodisponibilidad
desechos agroquímicos industria automotores
Basura, compostaagua, lodo residualjales
material parental
absorción
lixiviación
suelo
acuífero
metales
solución
quelatación
precipitación
adsorción
materia orgánica
contenido de aguacontenido de sales
ArcillasOxi-/hidróxidos
de Fe, Al, Mn
actividadmicrobiana
Temp
Litogénicasantropogénicas:
pH
pe
velocidad de infiltración profundidad del
nivel freático
Fuentes:
planta
Comportamiento de los metales en el ambiente
Normatividad existente en México relacionada con concentraciones de metales pesados
1. NOM‐001‐SEMARNAT: descargas de aguas residuales a cuerpos de agua (y suelos)
2. NOM‐002‐SEMARNAT: descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado y municipales
3. NOM‐087‐ECOL‐SSA1‐2002 (Residuos peligrosos; clasificación y manejo)
4. NOM‐004‐SEMARNAT: Especificaciones de lodos y biosólidos
5. NOM‐147‐SEMARNAT/SSA: Criterios para remediar sitios contaminados
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM‐147‐SEMARNAT/SSA1‐2004:
CONCENTRACIONES DE REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS
Contaminante Uso agrícola/residencial /comercial (mg/kg)
Uso industrial(mg/kg)
Arsénico 22 260
Bario 5 400 67 000
Berilio 150 1900
Cadmio 37 450Cromo Hexavalente 280 510
Mercurio 23 310
Níquel 1 600 20 000Plata 390 5 100Plomo 400 800
Selenio 390 5 100
Talio 5,2 67
Vanadio 78 1000
Estudio de caso:
Contaminación de suelos y cultivos por el riego con agua residual en el
Valle del Mezquital
C. Siebe, M. Chapela‐Lara y M. Cayetano‐Salazar
Riego con agua residual en el
Valle del Mezquital:
•>90,000 ha
•40 m3 s‐1 agua residual sin tratamiento
•+ 12 m3 s‐1 escurrimiento superficial
•Maíz y alfalfa
•Riego inició en 1912.
Rendzic/ mollic Leptosol
Haplic/calcaricPhaeozem
Pellic/eutric Vertisol
Suelos con capacidades filtro y amortiguadoras de medianas a altas y muy altas:
Concentraciones en el agua de riego
NOM-001:
Pb < 5.0 mgL-1
Cu < 0.2 mgL-1
Zn < 2.0 mgL-1
Cd < 0.01 mgL-1
Concentraciones en el agua residual(Siebe, 1994)
Pb 0.1 mgL-1
Cu 0.12 mgL-1
Zn 0.34 mgL-1
Cd < 0.005 mgL-1
100
80
60
40
20
00 50 100 150 200 250 300
profundidad [cm]
Zn [mg kg -1 ]
0 20 40 60 80
100
80
60
40
20
0
profundidad [cm]
Pb [mg kg -1 ]
100
80
60
40
20
00 10 20 30 40 50 60 70
profundidad [cm]
Cu [mg kg -1 ]
100
80
60
40
20
00 1 2 3 4
profundidad [cm]
Cd [mg kg -1 ]
Ap
Ah1
Ah2
Ah3
Cw
Ap
Ah1
Ah2
Ah3
Cw
Ulapa
TenhéBojayito
Ulapa-TetepangoSJBojay
El Salto
intervalo en suelos de temporal de la zona
Localidad:
Juandhó
Texcatepec
416
20
65
8080
8080
65
80
20
416
4
16
20
65
8080
80
80
65
20
4
16
80 años bajo riego
Acumulación de metales pesados en los suelos en función del tiempo bajo riego (Siebe, 1994).
Contenidos de metales pesados en la capa arable (0-20 cm) en función del tiempo bajo riego (Chapela-
Lara, 2011)
Tiempo bajo riego (años)
0 20 40 60 80 100 120
Cob
re (
mg/
kg)
0
10
20
30
40
50
60
70
CuVR=0.3749t +12.834, R2 = 0.8690
CuPH=0.3120t + 9.729, R2 = 0.9813
CuLP=0.2642t + 13.082, R2 = 0.9131
vertisolesfeozems leptosoles
Tasa de acumulación: Vertisoles > Feozems > Leptosoles
Tiempo bajo riego (años)
0 20 40 60 80 100 120
Zin
c (m
g/kg
)
0
50
100
150
200
250
ZnVR=1.3898t + 52.1976, R2 = 0.8603
ZnPH=1.1541t + 43.5395, R2 = 0.9714
ZnLP=0.9520t + 59.4795, R2 = 0.8980
vertisolesfeozems leptosoles
Metales pesados totales en suelos y comparación con valores de referencia de la
Unión Europea
Hay un enriquecimiento en metales pesados en los primeros 30 cm del suelo:
La acumulación se ajusta bien a una regresión lineal simple, con lo que puede predecrise en cuánto tiempo se alcanzarían concentraciones críticas en los suelos.
Cob
re (
mg/
kg)
0
20
40
60
80
Cu = 0.3256t + 11.8547
Zin
c (m
g/kg
)
0
50
100
150
200
250
300
350
Tiempo bajo riego (años)
0 50 100 150 200 250
Plom
o (m
g/kg
)
0
20
40
60
80
100
Tiempo bajo riego (años)
0 50 100 150 200 250
Cad
mio
(m
g/kg
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Zn = 1.1770t + 53.02
Pb = 0.3119t + 22.5098 Cd = 0.0121t - 0.0243
Zn (μ
g kg
-1)
0
50
100
150
ZnLP=0.5823t + 33.4155, R2=0.5525 ZnVR=0.3888t + 39.9761, R2=0.4857
Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120
Cd
(μg
kg-1
)
0
2
4
6
8
VertisolLeptosol
CdLP=0.0637t - 0.6895 , R2=0.7691 CdVR=0.04729t - 0.030, R2=0.9204
Zn extractable con NH4NO3 de muestras de suelo (Cayetano-Salazar, 2012):
Cd
(mg
kg-1
)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25 CdLP
=0.0015t + 0.0441, R2=0.7108 Cd
VR=0.0011t + 0.0535, R2=0.8713
Pb
(mg
kg-1
)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20 Pb
LP=0.0003t + 0.0844, R2=0.5712
PbVR
=0.001t + 0.0368, R2=0.5631
Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120
Cu
(mg
kg-1
)
0
2
4
6
8
10 CuLP=0.0315t + 3.7699, R2=0.7399 CuVR=0.0154t + 4.6819, R2=0.4936
Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120
Zn (m
g kg
-1)
15
20
25
30
80
Vertisol Leptosol
ZnLP
=0.0773t + 19.0355, R2=0.5729 Zn
VR=0.0610t + 19.3494, R2=0.4805
Metales en tejido de alfalfa (Cayetano-Salazar, 2012)
Cd
(mg
kg-1
)
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010 CdLP=2.87e-5t + 0.0038, R2=0.4529
Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120
Zn (m
g kg
-1)
0
5
10
15
20
25
30
Vertisol Leptosol
Metales en grano de maíz (Cayetano-Salazar, 2012)
Cd Pb Cu Zn Mn Fe
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg kg‐1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
En este estudio
0.02 –
0.23
0.02 –
0.26 3.5 – 8.3 13 – 31 24 – 60 60 ‐ 140
LMP (WHO, 1996) 0.5 10 20 50 30 1000
Comparación con umbrales reportados por la OMS (1996)
Tratamiento Cu Zn Mn Pb Cd Fe
100 años
riego** 1.40 21 0.007
0 años riego** 1.72 17 0.003
LMP (WHO,
1996) 20 50 30 10 0.5 1000
Alfalfa:
Grano de maíz (mg/kg):
Conclusiones del estudio de caso:
• El consumo de alfalfa y grano de maíz no representaactualmente un riesgo para la salud humana, debido a que lasconcentraciones de los metales Pb, Cd, Cu y Zn son menores alos límites máximos permisibles establecidos por la WHO, 1996.
• De seguir con esta práctica los contenidos de Cu, Zn y Pb entejido de alfalfa rebasarían los LMP entre los 515 - 995, 400 -500 y 14 200 – 33 050 años de riego respectivamente.
El sistema de manejo actual no es sustentable a largo plazo:Entrada de metales > salida de metales (absorción por el
cultivo)
MetalVR LP
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Cu alfalfa 0.008 ± 0.0004 0.006 ± 0.001
Zn alfalfa 0.032 ± 0.002 0.025 ± 0.001
Pb alfalfa 1.06E‐4 ± 2.40E‐5 1.08E‐4 ± 5.49E‐6
Cu maíz 0.0018 ± 0.0002 0.0016 ± 0.0003
Zn maíz 0.025 ± 0.006 0.017 ± 0.003
Concentración de metales en agua de riego que se tendrían que alcanzar para que el balance de masas sea de cero.
MetalVR LP
Tiempo (años)
Cd alfalfa 406 304
Cu alfalfa 995 515
Zn alfalfa 500 400
Pb alfalfa 14 200 33 050
Tiempo estimado en que se alcanzarían los LMP de metales pesados establecidos por la (WHO, 1996), si las
concentraciones de metales en el agua se mantienen a los niveles actuales.
MetalVR LP
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Cu alfalfa 0.03 0.021
Zn alfalfa 0.075 0.053
Pb alfalfa 0.015 0.011
Cu maíz 0.027 ± 0.004 0.020 ± 0.003
Zn maíz 0.067 ± 0.009 0.050 ± 0.008
Concentración de metales en agua de riego que se tendríaque alcanzar para que el balance de masas sea de cero,considerando que la concentración en los cultivos es igual alos límites establecidos por la WHO, 1996.
NOM‐004:LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PARA METALES PESADOS EN BIOSOLIDOS
CONTAMINANTE (determinados en forma total)
EXCELENTES mg/kg en base seca
BUENOS mg/kg en base seca
Arsénico 41 75
Cadmio 39 85
Cromo 1 200 3 000
Cobre 1 500 4 300
Plomo 300 840
Mercurio 17 57
Níquel 420 420
Zinc 2 800 7500
• Para alcanzar un equilibrio entre entradas y salidas en alfalfa demanera inmediata las concentraciones de metales en el agua deriego tendrían que ser menores a 0.006 mg/L para Cu, menor a0.025mg/L de Zn y en plomo la concentración debería de ser menora 1.06e-4 mg/L. En maíz las concentraciones de Zn tienen que sermenores a 0.017 mg/L y en Cu menores a 0.016 mg/L.
• Es probable que estas concentraciones se logren una vez que operela macroplanta de tratamiento, sin embargo, se aplicarán entonceslos biosólidos a los suelos.
• Las NOM 004 y 147 permiten concentraciones que rebasansignificativamente los valores de referencia internacionales paracontenidos totales en suelo.
• Con contenidos en el suelo cercanos al LMP estipulado en la NOM147, los LMP en cultivos establecidos por la OMS se rebasarían.
Es necesario ampliar y especificar la normatividad mexicana relacionada con concentraciones de
metales pesados en matrices ambientales, sobre todo en el suelo, y con base en éstas establecer
más que concentraciones máximas permisibles en agu/biosólidos/composta, las cargas
(masa/tiempo) máximas permitidas de los “mejoradores” de suelo.
Propiedades de los suelos (Siebe, 1994).
Property: Leptosols Phaeozems Vertisols pH (CaCl2)
6.86-8.09 7.44-8.02 6.86-8.38
Electric Conductivity [mS/cm]
0.41-3.13 0.49-3.4 0.28-2.22 (8.22-40.06)*
Soil Organic Matter [%] 1.7 - 3.3** 3.1-6.4
1.6-4.5 1.2-3.3 ** 3.8-5.5
CEC [cmolc/kg]
20.2-26.3** 28.3-35.4
16.3-31.0 24.7-35.9** 36.9-43.5
Calcium Carbonate [%]
1.2-17.9 0.2-15.0 0-3.4
Clay [%]
18.6-39.0 10.5-33.9 34-60
Texture Sandy loam to sandy clay loam
Sandy loam to clay loam
Loamy clay to clay
* soils with groundwater table near the surface** soils under rain fed agriculture
Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012
Fraccionamiento de metales pesados:
Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012
Aplicación de biosólidos a suelos:
Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012
En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 m3/s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada.
El tratamiento generaba 222 176 t de lodos
81% de éstos se vertían en cuerpos de agua
19% se trataban ‐> biosólidos/o incineraban
Aplicación de biosólidos a suelos:
En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 m3/s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada.
El tratamiento generaba 222 176 t de lodos
81% de éstos se vertían en cuerpos de agua
19% se trataban ‐> biosólidos/o incineraban
Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012