METALES PESADOS PRESENTES EN EL AGUA INTRODUCCIN Los metales son materias naturales que (desde la edad de hierro) han desempeado un papel fundamental en el desarrollo de las civilizaciones. Pueden encontrarse en mayores cantidades en los extractos profundos de los ros y en menor proporcin en la superficie, los mantos acuferos no contaminados pueden contener cantidades muy pequeas. Uno de los mecanismos mediante el cual los metales llegan al ser humano se debe a que las plantas absorben el metal a travs de la raz y a su vez las especies animales lo hacen al alimentarse de aquellas. La peligrosidad de los metales pesados es mayor al no ser qumica ni biolgicamente degradables. Una vez emitidos, pueden permanecer en el ambiente durante cientos de aos. Adems, su concentracin en los seres vivos aumenta a medida que son ingeridos por otros, por lo que la ingesta de plantas o animales contaminados puede provocar sntomas de intoxicacin. La actividad humana incrementa el contenido de estos metales en el ambiente en cantidades considerables, siendo esta, sin duda, la causa ms frecuente de las concentraciones txicas. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

Estudiar metales pesados presentes en el agua. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer la especiacin de los metales pesados. Conocer los efectos de los metales pesados en la salud. Dar alternativas de remocin de metales pesados

Cuando se conocieron los efectos ambientales debido a sustancias toxicas, el hombre ha prestado ms atencin e iniciado medidas de prevencin y proteccin de su medio ambiente. Siendo el agua es uno de los recursos primordiales, motivo por el cual el hombre se preocupa por tratar de mantener este recurso lo menos contaminado posible. Al estar en contacto el agua con el aire, suelo existe una introduccin de ciertos compuestos que lleguen a contaminar. Uno de estos contaminantes son los metales pesados. En los ltimos aos ha aumentado el inters por el conocimiento del papel de los metales pesados en la salud y enfermedades humanas y por ende en el ambiente que nos rodea. El contenido de metales pesados en el agua, debera ser nicamente funcin de la calidad de agua que se tiene y la procedencia de la misma.

Para el reconocimiento de la contaminacin se utilizan los "niveles de referencia" que conllevan sistemas de alerta, vigilancia y control. Metales pesados

Metales pesados son aquellos cuya densidad es por lo menos cinco veces mayor que la del agua. Los ms importantes son: Arsnico (As), Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Cobre (Cu), Mercurio (Hg), Nquel (Ni), Plomo (Pb), Estao (Sn) y Cinc (Zn). As y Se. aquellos elementos qumicos que poseen un peso atmico comprendido entre 63.55 (Cu) y 200.59 (Hg),

Dentro de los metales pesados hay dos grupos:

Oligoelementos o micronutrientes que son los requeridos en pequeas cantidades, o cantidades traza por plantas y animales, y son necesarios para que los organismos completen su ciclo vital. Pasado cierto umbral se vuelven txicos. Dentro de este grupo estn: As, B, Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Ni, Se y Zn. Estos elementos minoritarios que se encuentran en muy bajas concentraciones en el suelo y agua que al evolucionar la vida, adaptndose a estas disponibilidades, ha ocurrido que las concentraciones ms altas de estos elementos se han vuelto txicas para los organismos, forman parte de sistemas enzimticos, como el cobalto, zinc, molibdeno, o como el hierro que forma parte de la hemoglobina. Su ausencia causa enfermedades, su exceso intoxicaciones.

Metales pesados sin funcin biolgica conocida, cuya presencia en determinadas cantidades en seres vivos lleva aparejadas disfunciones en el funcionamiento de sus organismos. Resultan altamente txicos y presentan la propiedad de acumularse en los organismos vivos. Son, principalmente: Cd, Hg, Pb, Cu, Ni, Sb, Bi. Estos son los metales txicos cuya concentracin en el ambiente puede causar daos en la salud de las personas. Los trminos metales pesados y metales txicos se usan como sinnimos pero slo algunos de ellos pertenecen a ambos grupos. La toxicidad de estos metales se debe a su capacidad de combinarse con una gran variedad de molculas orgnicas, pero la reactividad de cada metal es diferente y consecuentemente lo es su accin txica. Usualmente las molculas suelen tener dentro de su estructura grupos sulfidrilos los cuales se combinan con facilidad con los metales pesados produciendo inhibicin de las actividades enzimticas del organismo.

MOVILIDAD DE LOS METALES PESADOS

Los metales pesados pueden

quedar retenidos en el suelo, ya sea disueltos en la solucin del suelo o bien fijados por procesos de adsorcin, complejacin y precipitacin

ser absorbidos por las plantas y as incorporarse a las cadenas trficas, pueden pasar a la atmsfera por volatilizacin

movilizarse a las aguas superficiales o subterrneas

ESPECIACION DE METALES PESADOS Especiacin qumica.- Relacin del metal con los constituyentes qumicos del agua. proceso de cuantificacin del hierro en cada una de las especies, que se puede encontrar en una muestra se lo de denomina " Especiacin qumica ". El agua qumicamente pura no existe en la naturaleza, las aguas naturales contienen la mayora de los metales pesados disueltos en ella. La mayora de los metales pesados son txicos, en general, y lo que los hace txicos no son sus caractersticas esenciales, sino las concentraciones en las que pueden presentarse y el tipo de especie que forman en un determinado medio. La importancia de la especiacin. Las cantidades totales presentes constituyen una medida poco representativa de la posible toxicidad de un metal pesado. Resulta fundamental conocer la forma qumica bajo la que se presenta, es decir la especiacin, pues la toxicidad de un elemento es muy distinta dependiendo de su presentacin, que va a regular no slo su disponibilidad (segn se encuentre disuelto, adsorbido, ligado o precipitado) sino que tambin el grado de toxicidad que presente va a depender de la forma qumica de s misma. No obstante, por su facilidad de medida y reproductibilidad, en los estudios de contaminacin se utilizan, muy frecuentemente los valores totales para definir los umbrales de contaminacin. El tipo de sustancia contaminante y la forma bajo la que se presente (soluble, cambiable, ligada, adsorbida, ocluda) va a influir decisivamente en el efecto contaminante producido. Por ejemplo en el caso del hierro solo es txico a muy elevada concentracin, ya que el hierro se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza y es uno de los elementos mas importantes para los sistemas biolgicos. Su importancia biolgica se encuentra influenciada por sus propiedades qumicas, tales como valencia, solubilidad y grado de quelacin o de complejacin en la muestra en la que se encuentre. La interconversin entre Fe2+ y Fe3+ es una propiedad qumica esencial del hierro, que es utilizada por los microorganismos, plantas y animales, para sus metabolismos oxidativos y para la asimilacin del metal.

Al hierro se lo puede encontrar en las aguas formando diferentes especies: coloides, partculas minerales (slidos en suspensin), o fases disueltas (cationes o iones complejos). Las formas coloidales suelen dar lugar a la formacin de hidrxidos, mientras que las partculas slidas incluyen una gran variedad de minerales. Las fases disueltas pueden a su vez ser capturadas por adsorcin o absorcin en arcillas o hidrxidos. Adicionalmente, los compuestos orgnicos pueden constituir fases con gran capacidad de captura de cationes metlicos.

FACTORES QUE AFECTAN SU ACUMULACIN Y DISPONIBILIDAD

pH.Es un factor esencial. La mayora de los metales tienden a estar ms disponibles a pH cido, El pH tiene un importante efecto sobre la materia orgnica. El pH, es un parmetro importante para definir la movilidad del catin, debido a que en medios de pH moderadamente alto se produce la precipitacin como hidrxidos. En medios muy alcalinos, pueden nuevamente pasar a la solucin como hidroxicomplejos. Si el pH es elevado entonces puede bajar la toxicidad metlica por precipitacin como carbonatos e hidroxidos. La adsorcin de los metales pesados est fuertemente condicionada por el pH del suelo (y por tanto, tambin su solubilidad).

DUREZA DEL AGUA Si el agua tiene una elevada dureza entonces existe baja toxicidad porque existe la formacin de carbonatos insolubles, tambin se presenta la adsorcin de los metales en el carbonato y hay una baja biodisponibilidad de los metales. El calcio y magnesio principales cationes productores de dureza compiten con los metales por puntos activos en peces.

MATERIA ORGNICA Reacciona con los metales formando complejos de cambio y quelatos. Los metales una vez que forman quelatos o complejos pueden migran con mayor facilidad a lo largo del perfil.

La materia orgnica puede adsorber tan fuertemente a algunos metales, como es el Cu, que pueden quedar en posicin no disponible por las plantas. Por eso algunas plantas, de suelos orgnicos, presentan carencia de ciertos elementos como el Cu. La complejacin por la materia orgnica del suelo es una de los procesos que gobiernan la solubilidad y la bioasimilidad de metales pesados. La toxicidad de los metales pesados se potencia en gran medida por su fuerte tendencia a formar complejos organometlicos, lo que facilita su solubilidad, disponibilidad y dispersin.

La estabilidad de muchos de estos complejos frente a la degradacin por los organismos del suelo es una causa muy importante de la persistencia

de la toxicidad. Pero tambin la presencia de abundantes quelatos puede reducir la concentracin de otros iones txicos en la solucin del suelo.

CONDICIONES REDOX. El potencial de oxidacin-reduccin es responsable de que el metal se encuentre en estado oxidado o reducido.

i) Cambio directo en la valencia de ciertos metales; por ejemplo, en condiciones reductoras el Fe3+ se transforma en Fe2+, los iones reducidos son mucho ms solubles.

ii) En segundo lugar, las condiciones redox pueden afectar indirectamente la movilidad de metales. As muchos metales estn asociados o adsorbidos a hidrxidos de Fe y Mn, estos no son estables a Eh bajos y se convierten en FeS o FeCO3 dependiendo de las condiciones qumicas, cuando esto ocurre los metales que estaban asociados con los hidrxidos de Fe y Mn se movilizan.

iii) En ambientes muy reductores el Fe se puede combinar con el S2- hasta convertirse en pirita. Cuando los suelos y sedimentos contienen cantidades significantes de pirita se crean condiciones mas oxidantes, el S2- se oxida a SO4= liberando cantidades de H2SO4, el suelo se acidifica fuertemente y los metales se hacen muy solubles.

En definitiva, segn la forma en la que se encuentre el metal retenido en el suelo, as ser la disponibilidad relativa por las plantas y por tanto la incorporacin en los organismos.

Se han registrado varias formas de extraccin secuencial y se han dado muchas opciones, pero resultan 5 pasos principales para ver la especiacin:

1. fase intercambiable. 2. unido a la parte de carbonatos 3. enlazado a los oxidos de hierro y manganeso 4. enlazado a la materia orgnica 5. ligado a la materia mineral.

Algunos autores siguen las instrucciones de TESSIER quien utiliza sales como Cloruro de Bario cloruro de amonio, clorato de amonio, cloruro de magnesio, acetato de amonico, acetato de sodio en la etapa de extraccin intercambiable, igualmente utilizaron diferentes soluciones para destruir la materia orgnica y para disolver la parte residual.

En el caso de los suelos al ir transcurriendo el tiempo disminuye la disponibilidad de los metales, ya que se van fijando en las posiciones de adsorcin ms fuertes y en general se considera que la movilidad de los

metales pesados es muy baja, quedando acumulados en los primeros horizontes del suelo, siendo lixiviados a los horizontes subsuperficiales en muy pequeas cantidades.

METALES PESADOS SUS EFECTOS SOBRE LA SALUD La exposicin a metales pesados en determinadas circunstancias es la causa de la degradacin y muerte de vegetacin, ros, animales e, incluso, de daos directos en el hombre.

Hoy da se conoce mucho ms sobre los efectos de estos elementos, cuya exposicin est relacionada con problemas de salud como retrasos en el desarrollo, varios tipos de cncer, daos en el rin, e, incluso, con casos de muerte.

Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. La bioacumulacin significa un aumento en la concentracin de un producto qumico en un organismo biolgico en un cierto plazo, comparada a la concentracin del producto qumico en el ambiente. La toxicidad de los metales pesados se basa en que estos influyen de diversas formas en los procesos fisiolgicos de los organismos. Los metales mas peligrosos para toda forma de vida son el mercurio, el cadmio y el plomo. ARSNICO Se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, los minerales con mayores concentraciones son los arseniuros de cobre, plata, plomo, oro y sulfuros de arsnico. El compuesto de arsnio mas utilizado, el trixido de arsnico y es un subproducto de la fundicin de minerales de cobre y plomo. La exposicin prolongada del arsnico tanto en la poblacin general como en los trabajadores puede provocar lesiones especficas en la piel (cncer en la piel, cncer del pulmn). La exposicin crnica del arsnico en el agua de bebida causa lesiones y los niveles de concentracin de arsnico en orina, sangre, cabello y uas se consideran como marcadores de exposicin. La cuantificacin del arsnico en la orina es el mejor de estos indicadores. El arsnico en los suelos puede ser disuelto y adsorbido/absorbido por las arcillas o la materia orgnica. Muchos de estos procesos son mediados por la materia orgnica la que puede producir transformaciones del tipo: Cambios de redox que inducen la transformacin arsenito-arsenato.

La biosntesis de compuestos de arsnico. Las formas solubles del arsnico (p.ej., cidos metil arsnico [MMA] y dimetil arsnico [DMA]) son fuertemente txicas. La ingestin de grandes dosis lleva a problemas gastrointestinales, cardiovasculares, disfunciones del aparato nervioso, y finalmente a la muerte. Recordemos que el arsnico ha sido uno de los venenos de largo plazo ms utilizados en la historia de la humanidad, siendo Napolen (el emperador de Francia), la vctima ms famosa. En general las formas inorgnicas son ms txicas que las orgnicas, y el arsenito ms peligroso que el arsenato. CADMIO La toxicidad del cadmio es muy compleja y se basa en las mltiples posibilidades que tiene para formar macromolculas remplazando otros metales que desempean un papel importante en la actividad enzimtica. El cadmio causa daos en los riones y en las enzimas e interfiere en el sistema hormonal. Tambien la afinidad del cadmio con el grupo sulfidril conduce a la formacin de proteinas de cadena corta. (CAMPOS 1987).

El Cadmio deriva sus caractersticas toxicolgicas de su semejanza qumica con el cinc un micro alimento esencial para las plantas, los animales y los seres humanos. La alta exposicin puede conducir a la enfermedad obstructora del pulmn y se ha ligado al cncer de pulmn, aunque los datos referentes al ltimo son difciles de interpretar debido a los diferentes factores que originan el cancer. El cadmio puede tambin producir efectos en el tejido oseo (osteomalacia, osteoporosis) en seres humanos y los animales.

Fumar un paquete de 20 cigarrillos puede conducir a la inhalacin alrededor de 2-4 g del cadmio, pero los niveles pueden variar extensamente.

La exposicin adicional a los seres humanos se presenta a travs del cadmio en el aire ambiente y agua potable. Debido a su toxicidad, el cadmio se encuentra sujeto a una de las legislaciones ms severas en trminos ambientales y de salud humana. En la vida acutica, el cadmio puede incorporarse a los peces a travs de dos rutas principales: Ingestin Introduccin en las agallas. En el caso de los humanos, el cadmio se puede adquirir por dos vas: ingestin e inhalacin.

Sus efectos pueden ser divididos en dos categoras:

Agudos: fiebre de vapores de metal (metal fume fever) causada por una exposicin severa; los sntomas son equivalentes a los de la gripe; en 24 horas se desarrolla generalmente un edema pulmonar agudo, el que alcanza su mximo en 3 das; si no sobreviene la muerte por asfixia, el problema puede resolverse en una semana.

Crnicos: la consecuencia ms seria del envenenamiento por cadmio es

el cncer. Los efectos crnicos que primero se observan son dao en los riones. Los problemas seos han sido observados en Japn. se denomin como la enfermedad "itai-itai" (por consumo de arroz

contaminado con cadmio; causa: irrigacin). Otros problemas incluyen anemia, decoloracin de los dientes, y prdida del sentido del olfato (anosmia).

Mercurio

Una posibilidad que da lugar a la movilizacin del Hg es a travs de su metilacin, que corresponde a la formacin de un compuesto organometlico. En el caso concreto del mercurio, se forma el metil-mercurio, CH3Hg+, el cual, al igual que otros compuestos organometlicos, es liposoluble. En consecuencia, estos compuestos presentan una elevada toxicidad, puesto que pueden atravesar fcilmente las membranas biolgicas y, en particular, la piel, y a partir de aqu, la incorporacin del metal en la cadena trfica est asegurada. Aparte del Hg, otros metales susceptibles a la metilacin son Pb, As y Cr.

La metilacin de metales inorgnicos por bacterias es un fenmeno geoqumico relativamente importante que pueden presentar elementos traza como Hg, As y Sn. Especialmente importante es la metilacin de Hg resultando CH3Hg+, un compuesto mucho ms txico que el mercurio.

El mercurio es un elemento ampliamente utilizado para extraer oro de sedimentos y suelos en Brasil, Venezuela, Filipinas e Indonesia. El mercurio se aade a los sedimentos que contienen partculas de oro finamente divididas, tratandose grandes volmenes de tierra. El oro forma una amalgama que puede ser separada fcilmente (por sedimentacin) de la tierra tratada. La amalgama separada, es quemada para volatilizar el mercurio, como resultado, el mercurio entra en la atmsfera. El vapor de mercurio elemental liberado en la atmsfera, durante la tostacin de la amalgama Au/Hg y vaporizado durante los distintos procesos de extraccin de oro, es oxidado a Hg++ mediante ozono, energa solar y vapor de agua. Una vez formado, el mercurio inico Hg++ es arrastrado de la atmsfera por las lluvias y depositado sobre ambientes terrestres y acuticos donde es convertido en metil mercurio en el suelo. El metil

mercurio puede ser fcilmente transportado del suelo al medio acutico. Tambin se pierde mercurio durante todo el proceso y dicho mercurio termina en los ros, en donde es fcilmente tomado por el pescado y es al menos 100 veces ms txico que el Hg metlico.

En la baha de Minamata, en el sur del Japn, se produjo una enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata", debida al consumo de pescado y mariscos contaminados con metil mercurio, debido al paso de Hg++ a metilmercurio por accin bacteriana. La produccin de metil-Hg por bacterias y su liberacin en el medio acutico es un mecanismo de defensa que protege los microbios del envenenamiento de Hg. La metilacin bacteriana moviliz el Hg almacenado en los sedimentos de la baha. Este mercurio proceda de una fbrica de plsticos que utilizaba Hg como catalizador y verta los residuos en la Baha.

PLOMO

El plomo se encuentra presente en un gran numero de minerales,

siendo la forma ms comn el sulfuro de plomo (galena: PbS). Tambin son comunes, aunque en orden decreciente, la cerusita (PbCO3) y la anglesita (PbSO4). El plomo es un metal suave y muy resistente a la corrosin .Es muy abundante y se extrae de la galena muy fcilmente. Siendo el plomo un elemento txico no esencial con capacidad de bioacumulacin, afecta prcticamente a todos los rganos y/o sistemas del organismo. Los sistemas ms sensibles al metal son el nervioso y cardiovascular. A concentraciones altas el plomo tiene un efecto adverso

en la reproduccin humana, a exposiciones continuas afecta al esperma del hombre (ALBERT 1997). Organismos deficientes en calcio o zinc absorben plomo con mayor facilidad cuya mayora se almacena en los huesos. Los altos niveles de la exposicin pueden dar lugar a efectos bioqumicos txicos en los seres humanos que alternadamente causan problemas en la sntesis de la hemoglobina, de efectos sobre los riones, del aparato gastrointestinal, del sistema reproductivo, y daos agudos o crnicos al sistema nervioso.

La exposicin puede ocurrir a travs del agua potable, del alimento, del aire, del suelo y del polvo de la vieja pintura que contiene plomo. El alimento, el aire, el agua y polvo/tierra son los caminos potenciales principales de la exposicin los infantes y los nios jvenes. Sus caractersticas fsicas y qumicas se aplican en las industrias de la fabricacin, de la construccin y del producto qumico. Se forma y es fcilmente maleable y dctil.

El plomo es un metal difcilmente movilizable, y bajo condiciones oxidantes la galena da origen a minerales tales como la cerusita y anglesita:

PbS + CO2 + H2O + 2 O2 PbCO3 + SO4-2 + 2 H+

2 PbS + 4 Fe3+ +3 O2 + 2 H2O 2 PbSO4 + 4 Fe2+ + 4 H+

El particulado de plomo relacionado con problemas metalrgicos constituye el problema principal, pero existen otras fuentes que entraan tambin una peligrosidad extrema. En los aos 90 se constat en la ciudad de Antofagasta (Chile) que haban nios que presentaban altos contenidos de plomo en sangre. La fuente del problema pudo ser determinada, y eran minerales y concentrados de plomo que se acumulaban sin proteccin en las instalaciones portuarias (pertenecientes a Bolivia), para su posterior envo. Esto nos lleva a encaminar nuestra mirada tambin no solo a las fundiciones, sino a las zonas donde se acumulan minerales o concentrados de plomo. El particulado fino de plomo (10-100 m) puede ser extremadamente peligroso por las siguientes razones: Se adhiere ms fuertemente a la piel. Es ms soluble que el particulado grueso en el tracto gastrointestinal. Es fcilmente absorbible a travs del sistema respiratorio.

El plomo es un metal carente de valor biolgico, es decir, no es requerido para el funcionamiento normal de los eres vivos. Debido a su tamao y carga, el plomo puede sustituir al calcio (Pb2+: 0.84 ; Ca2+: 0.99

), y adems de manera preferente, siendo su sitio de acumulacin, los tejidos seos. Esta situacin es particularmente alarmante en los nios, que debido a su crecimiento incorporan altas cantidades de calcio. Altas dosis de calcio hacen que el plomo sea "removido" de los tejidos seos, y que pase a incorporarse al torrente sanguneo. Una vez ah puede inducir nefrotoxicidad, neurotoxicidad, e hipertensin. Niveles de plomo en sangre de 0.48 g/l pueden inducir en los nios: Dao durante el desarrollo de los rganos del feto. Dao en el sistema nervioso central. Reduccin de las habilidades mentales e iniciacin de desordenes del

comportamiento. Dao en las funciones del calcio (anteriormente discutido).

En adultos que trabajan en ambientes expuestos a la contaminacin con plomo, el metal puede acumularse en los huesos, donde su vida media es superior a los 20 aos. La osteoporosis, embarazo, o enfermedades crnicas pueden hacer que ste plomo se incorpore ms rpidamente a la sangre. Los problemas relacionados con la sobreexposicin al plomo en adultos incluyen: Dao en los riones. Dao en el tracto gastrointestinal. Dao en el sistema reproductor. Dao en los rganos productores de sangre. Daos neurolgicos. Abortos.

BIBLIOGRAFIA

(BUENOS DIAS PLANETA 2000). (VEGA,1985).