evaluacion de metales pesados en aguas...

EVALUACION DE METALES PESADOS EN AGUAS SUPERFICIALES EN EL AREA DE INFLUENCIA AL EMISARIO SUBMARINO EN EL

CORREGIMIENTO DE PUNTA CANOAS DEPARTAMENTO DE BOLIVAR

RAMOS CASTILLO YADELCY SALAS CORDOBA KENDRY NYLETH

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERIA ARQUITECTURA ARTES Y DISEÑO

PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA CARTAGENA

2015

EVALUACION DE METALES PESADOS EN AGUAS SUPERFICIALES EN EL AREA DE INFLUENCIA AL EMISARIO SUBMARINO EN EL

CORREGIMIENTO DE PUNTA CANOAS DEPARTAMENTO DE BOLIVAR

RAMOS CASTILLO YADELCY SALAS CORDOBA KENDRY NYLETH

Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Químico

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERIA ARQUITECTURA ARTES Y DISEÑO

PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA CARTAGENA

2015

DEDICATORIA

Esta investigación se realizó por la ayuda de Jehová y su hijo Jesucristo quienes hicieron todo para que se diera en el tiempo apropiado, quienes nos ayudaron en los momentos en que más lo necesitamos., y no solo eso nos dieron salud y vida para verlo terminado.

A mis padres Nora Castillo, Carlos Vargas y Jorge Ramos quienes tanto me estimularon, apoyaron y me enseñaron a luchar por lo que solo con esfuerzo se alcanza, a mis maestros que nunca desistieron de enseñarme y continuaron depositando su confianza en mí, a mis compañeros que durante estos cinco años estuvieron de manera incondicional motivándome, a mi compañera Kendry Salas por su confianza, sin ella no hubiese sido posible materializar este sueño, a mi novio Jheferson Guerra quien me acompaño durante todo este esfuerzo para arribar a la meta.

Yadelcy Ramos Castillo

A mi madre Nancy Cordoba y a mi padre Agustín Salas, a quienes les entrego todos mis logros y les doy infinitas gracias por su apoyo, compañía y esfuerzo en la realización de mis estudios; a mi hermano Kenther, a mi tío Leyton y mi tía Francisca mis abuelos y demás familiares por su apoyo incondicional e interés en mi bienestar; no quiero terminar estas palabras sin darle gracias a Yadelcy Ramos por su compañía durante este largo proceso.

Kendry Nyleth Salas Cordoba

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al creador de todo quien nos tiene hoy acá Dios y de manera muy especial a nuestro director de tesis Adalberto Matute Thowinson por su esfuerzo y dedicación, quien con sus conocimientos, su paciencia, motivación y experiencia nos ha apoyado y guiado durante este largo proceso hasta su culminación. Al profesor Vicente Vargas por los valiosos aportes que realizó durante la elaboración de nuestro trabajo. Gracias también a la profesora Sonia Gómez quien en momentos difíciles estuvo ahí regalándonos palabras de ánimo con las que logro ayudarnos a sacar el último esfuerzo con el finiquitaríamos esta tarea, tarea de la cual estamos fue felices. A nuestros compañeros y amigos que por ser tantos no son mencionados este nuevo logro es en gran parte gracias a ustedes. Al Laboratorio de análisis de por permitir la realización de éste trabajo en sus instalaciones.

Logramos concluir con éxito un proyecto que en un principio podría parecer una tarea interminable pero lo hicimos.

Yadelcy Ramos Castillo

Kendry Nyleth Salas Cordoba

CONTENIDO

1. PROBLEMA DE INVESTIGACION ........................................................................... 1

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... 1

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA ........................................................................ 2

1.3 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................ 3

1.4 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 5

1.4.1 Objetivo general ..................................................................................................... 5

1.4.2 Objetivos específicos............................................................................................ 5

2. MARCO DE REFERENCIA ....................................................................................... 6

2.1 ANTECEDENTES ...................................................................................................... 6

2.2 FUNDAMENTOS TEORICOS.................................................................................. 8

2.2.1 Aguas residuales.............................................................................................. 8

2.2.2 Metales pesados ................................................................................................... 12

2.2.3 Algunos metales pesados y los daños que producen a la salud .......... 15

2.2.4 Espectroscopia de absorción atómica ........................................................... 22

2.3 MARCO LEGAL ....................................................................................................... 26

2.3.1 NORMA TECNICA COLOMBIA GESTION AMBIENTAL, CALIDAD DEL

AGUA, MUESTREO, DIRECTRICES PARA EL DISEÑO DE PROGRAMA DE

MUESTREO. NTC-ISO 5667/1:1995. .......................................................................... 26


AGUA, MUESTREO, TECNICAS GENERALES DE MUESTREO NTC-ISO

5667/2:1995 ..................................................................................................................... 28


AGUA, MUESTREO, DIRECTRICES PARA LA CONSERVACIÓN Y MANEJO

DE LAS MUESTRAS NTC-ISO 5667/3:1995 ............................................................. 31

2.3.4 NORMAS NACIONALES ..................................................................................... 34

2.3.5 NORMAS INTERNACIONALES ......................................................................... 53

2.3.6 Análisis de las normas ...................................................................................... 69

2.3.7 Análisis general por contaminante de las normas de Vertimiento ............. 72

2.4 MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................... 78

3. DISEÑO METODOLOGICO .................................................................................... 82

3.1 TIPOS DE INVESTIGACION ....................................................................................... 82

3.2 DISEÑO ADOPTADO ................................................................................................... 82

3.3 ENFOQUE ADOPTADO .............................................................................................. 83

3.4 TECNICAS DE RECOLECCION DE LA INFORMACION...................................... 83

3.4.1 Fuentes Primarias ................................................................................................ 83

3.4.2 Fuentes Secundarias .......................................................................................... 84

3.5 DESCRIPCION METODOLOGICA ............................................................................ 84

3.6 HIPOTESIS..................................................................................................................... 85

3.7 VARIABLES ................................................................................................................... 85

3.8 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES ............................................................. 86

3.9 POBLACION Y MUESTREO ..................................................................................... 87

3.9.1 POBLACION ........................................................................................................... 87

3.9.2 MUESTRAS ........................................................................................................... 87

3.10 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION .......................................................... 88

3.10.1 Área de Muestreo ............................................................................................... 88

3.10.2 Estaciones de muestreo .................................................................................. 89

4. RESULTADOS .................................................................................................... 92

4.1 ZONA GEOGRAFICA .................................................................................................. 92

4.2 ANALISIS CUANTITATIVO Y CUALITATIVO EAA ............................................... 96

4.3 ESTACIONES DE MUESTREO DE ACUERDO CON LA INCIDENCIA DE LAS

AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS PRETRATADAS. ......................................... 100

4.3.1 Estación De Muestreo E1 ................................................................................ 101

4.3.2 Estación De Muestreo E2 ................................................................................. 102



4.4 ANALISIS POR PAISES ............................................................................................ 105

4.4.1 Estación E1A relacionada con los países de referencia ......................... 106

4.4.2 Estación E1B relacionada con los países de referencia ......................... 107








4.4.10 Estación E5B relacionada con los países de referencia ....................... 115

4.5 VERIFICACION DE LA HIPOTESIS DE TRABAJO ............................................. 116

5. CONCLUSIONES .............................................................................................. 118

6. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 119

REFERENCIAS ........................................................................................................ 120

ANEXOS .................................................................................................................. 124

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Contaminantes en las aguas ................................................................ 9

Tabla 2. Composición química de las aguas residuales ................................... 10

Tabla 3. Características del agua residual ....................................................... 11

Tabla 4. La contaminación con mercurio se origina de las siguientes fuentes. 16

Tabla 5. La contaminación con plomo se origina de las siguientes fuentes. .... 18

Tabla 6. Fuentes causantes de la contaminación con cadmio. ....................... 21

Tabla 7. Parámetros generales de las aguas residuales vertidas a cuerpos

hídricos receptores en Colombia. ..................................................................... 51

Tabla 8. Límites permisibles de metales pesados en Aguas costeras en

Colombia. .......................................................................................................... 52

Tabla 9. Límites permisibles de metales pesados en Aguas costeras en el

México ............................................................................................................... 53


hídricos receptores en México. ......................................................................... 55


hídricos receptores en Holanda. ....................................................................... 58

Tabla 12. Límites permisibles de metales pesados en Aguas costeras en

Holanda ............................................................................................................. 59


hídricos receptores en Venezuela. .................................................................... 64

Tabla 14. Características del agua para vertimientos en medio marino costero en

Venezuela ......................................................................................................... 65

Tabla 15. Características del agua residual para vertimientos en Aguas salinas

en Brasil ............................................................................................................ 68


hídricos receptores en Brasil............................................................................. 69

Tabla 17. Comparación de las concentraciones permisibles en mg /L de

metales pesados en aguas residuales de países como Holanda, Venezuela,

Brasil, México y Colombia, de acuerdo con las Normas correspondiente. ....... 71

Tabla 18. Estaciones de muestreo en la zona de estudio. ............................... 89

Tabla 19. Parámetros físicos de la toma de muestra que se realizó por

Estaciones ........................................................................................................ 93

Tabla 20. Resultados del análisis de espectroscopia de absorción atómica por

llama en el equipo ICE 3000 SERIES AA Spectrometer. ................................. 96

Tabla 21. Resumen de la norma colombiana acerca de vertimientos de aguas

residuales a cuerpos de agua receptoras ......................................................... 97

Tabla 22. Comparación de los resultados de la estación E1A, con relación a las

normas establecidas por cinco países Colombia, Brasil, México, Venezuela y

Holanda. ......................................................................................................... 106

Tabla 23. Comparación de los resultados de la estación E1B, con relación a las


Holanda. ......................................................................................................... 107



Holanda. ......................................................................................................... 108



Holanda. ......................................................................................................... 109



Holanda. ......................................................................................................... 110



Holanda. ......................................................................................................... 111



Holanda. ......................................................................................................... 112



Holanda. ......................................................................................................... 113



Holanda. ......................................................................................................... 114



Holanda. ......................................................................................................... 115

Tabla 32. Verificación de la Hipótesis de trabajo. ........................................... 116

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Comparación de metales pesados (cadmio, mercurio, plomo) en

aguas residuales vertidas a cuerpos receptores en países como Colombia,

Holanda, Venezuela, México y Brasil. .............................................................. 69

Figura 2. Comparación vertimientos de aguas residuales domesticas a cuerpos

de agua receptoras Colombia – Brasil. ............................................................. 72


de agua receptoras Colombia – México. ........................................................... 73


de agua receptoras Colombia – Venezuela. ..................................................... 74


de agua receptoras Colombia – Holanda. ......................................................... 75

Figura 6. Comparación de parámetros físicos, pH, de las aguas residuales

domesticas vertidas a cuerpos de agua receptores en países como Colombia,

Venezuela, México, Holanda y Brasil. ............................................................... 76

Figura 7. Comparación de parámetros físicos, temperatura, de las aguas

residuales domesticas vertidas a cuerpos de agua receptores en países como

Colombia, Venezuela, México, Holanda y Brasil. .............................................. 77

Figura 8. Diagrama de flujo del proceso de toma de Muestras en Agua de Mar

.......................................................................................................................... 91

Figura 9. Lugar donde se realizó el diagnostico en punta canoas en el área

cercana al emisario submarino. ........................................................................ 92

Figura 10. Variación de la Temperatura de acuerdo con la estación o punto de

muestreo correspondiente. ............................................................................... 94

Figura 11. Variación de la Temperatura de acuerdo con la estación o punto de

muestreo correspondiente. ............................................................................... 95

Figura 12. Variación de la Concentración en mg/L de acuerdo con la estación o

punto de muestreo correspondiente, teniendo en cuenta las Normas de

Colombia. .......................................................................................................... 97

Figura 13.Variación de la Concentración en mg/L de acuerdo con la estación o


Venezuela y México. ......................................................................................... 98


punto de muestreo correspondiente, teniendo en cuenta las Normas de Brasil.

.......................................................................................................................... 98



Holanda. ........................................................................................................... 99

Figura 16. Ubicación de las estaciones de muestreo en el lugar de afectación

de las aguas residuales domésticas. .............................................................. 100

Figura 17. Primera Estación de muestreo o E1 localizada en el área delimitada.

........................................................................................................................ 101

Figura 18. Segunda Estación de muestreo o E2 localizada en el área

delimitada. ...................................................................................................... 102

Figura 19. Tercera Estación de muestreo o E3 localizada en el área delimitada.

........................................................................................................................ 103

Figura 20. Cuarta Estación de muestreo o E4 localizada en el área delimitada.

........................................................................................................................ 104

Figura 21. Primera Estación de muestreo o E5 localizada en el área delimitada.

........................................................................................................................ 105

INDICE DE ANEXO

ANEXO A. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ............................................ 124

ANEXO B. PRESUPUESTO .......................................................................... 125

ANEXO C. NORMA TÉCNICA NTC-ISOCOLOMBIANA 5667-1 .................... 126

ANEXO D. NORMA TÉCNICA NTC-ISOCOLOMBIANA 5667-2 .................... 153

ANEXO E. NORMA TÉCNICA NTC-ISOCOLOMBIANA 5667-3 .................... 168

ANEXO F. Mapa de Punta Canoas ................................................................ 182

ANEXO G. Area de Influencia cercana a donde desembocan las aguas

residuales domesticas de Caratgena del departamento de Bolivar. ............... 183

ANEXO H. Recorrido del Emisario Submarino ............................................... 184

ANEXO I. Área de Estudio .............................................................................. 185

ANEXO J. Etiquetas para la toma de muestras de Agua de Mar ................... 186

ANEXO K. Cotización para la aplicación de la Espectroscopia de Absorción

Atómica en las muestras ................................................................................. 187

RESUMEN En el siguiente trabajo se elabora un estudio que evalúa las aguas que se encuentran cercanas al emisario submarino, tubería que descarga las aguas residuales domesticas de la ciudad de Cartagena de Indias, el cual se encuentra ubicado en Punta Canoas en el departamento de Bolívar, el cual se lleva a cabo mediante el cumplimiento de los objetivos específicos. La presencia de metales pesados en las aguas, como Pb, Cu, Zn, Cd, Al, Fe, Ni, Mn y Hg, es alarmante debido a que no presenta ningún tipo posible de degradación química o biológica, además pueden ser acumulados de diversas formas (orgánicas e inorgánicas) y permanecer en los organismos por largos periodos y ser transferidos mediante la cadena alimenticia, causando peligros en la ecología acuática y otros beneficiarios del agua. Esta investigación se basa en el Cadmio, y se analiza por medio de una técnica conocida a nivel mundial, la Espectroscopia de absorción atómica o EAA. En el presente trabajo se realizó por medio del método de espectroscopia de absorción atómica para la determinación de Cadmio presente en agua de mar a la cual es receptora de aguas residuales domesticas Las muestras fueron suministradas por el laboratorio de la Universidad de Cartagena; estas muestras se preservaron en el laboratorio añadiendo HNO3 concentrado hasta obtener un pH < 2 se almacenaron en envases de polietileno y finalmente, fueron conservadas a 4ºC hasta el momento de su análisis. Después de analizadas las muestras se tabularon los parámetros físicos específicamente Temperatura (°C) y pH y posteriormente fueron graficados para observar mejor el comportamiento de tales parámetros de acuerdo con cada estación, las cuales fueron elegidas por la influencia de las descargas. Del mismo modo se tabularon las concentraciones en mg/L, encontradas por el equipo de Espectroscopia de absorción atómica en cada una de las cinco estaciones nombradas con las siguientes siglas E1, E2, E3, E4, E5. Finalmente, se compararon las normas de cinco países entre los que encontramos Colombia, México, Venezuela, Brasil y Holanda los cuales fueron analizados de acuerdo con los límites permisibles de aguas residuales domesticas para el cadmio en cuerpos de aguas receptores, con relación a los resultados generados por la EAA de llama, en las estaciones delimitadas en el corregimiento de Punta Canoas del departamento de Bolívar.

INTRODUCCION

Desde las últimas décadas ha existido gran preocupación por la contaminación en los ecosistemas acuáticos debido a la presencia de metales pesados, los cuales son persistentes en el medio y para los organismos que habitan en dicho medio son potencialmente peligrosos. Los metales pesados son elementos químicos, tales como Plomo (Pb), Cobre (Cu), Zinc (Zn), Cadmio (Cd), Aluminio (Al), Hierro (Fe), Níquel (Ni), Manganeso (Mn) y Mercurio (Hg) que poseen interés ambiental por las repercusiones que éstos tienen con su presencia en los diferentes compartimientos ambientales, como su persistencia sin degradarse, su acumulación y posible transferencia mediante la cadena alimenticia ocasionando riesgos irreversibles en la ecología acuática. Estos metales se derivan de la lluvia acida, sedimentos erosionados y desechos industriales y domésticos, este último es el tema central de la presente investigación. Algunos metales como Cu y Zn, son micro nutrientes beneficiosos para los organismos acuáticos en bajas concentraciones, pero en concentraciones elevadas pueden causar efectos adversos y hasta la muerte de algunas especies. Otros metales, como Hg, se consideran peligrosos debido a que son absorbidos por la biota, es decir, por la flora y la fauna y transferidos a través de la cadena alimenticia. Este proyecto fundamentó su ejecución en la necesidad de conocer la presencia de los metales pesados en aguas residuales cercanas al emisario submarino, como consecuencia de los procesos geoquímicos que ocurren en los suelos inundados, vertimientos de aguas servidas por núcleos poblacionales y de las actividades primarias, que se desarrollan en los alrededores del área de estudio. El objetivo principal de este trabajo es dar a conocer el estado de las aguas cercanas al emisario submarino utilizando la técnica de espectroscopia de absorción atómica teniendo como referente las normas locales acerca de vertimientos a cuerpos de agua receptores. Esta investigación se lleva a cabo por medio de tres capítulos que nos permiten conocer detalladamente la estructura del presente trabajo. En el capítulo uno hace referencia a la descripción del problema. Se expone también las graves repercusiones que causan los metales pesados en fuentes hídricas y la necesidad de conocer los impactos ambientales que producen los metales pesados específicamente cadmio; además se manejan algunos antecedentes básicos de estudios previos en el norte de chile y ejemplos de países que han sufrido altos niveles de contaminación por metales pesados entre los que se encuentra Colombia.

El capítulo dos presenta los conceptos fundamentales que enmarcan el proyecto, estas definiciones se hallan en el marco de referencia; el marco legal describe las normas y leyes que respaldan la investigación debido a que los metales pesados deben tener límites permisibles para la preservación de la fauna, flora , recordemos que existe un enlace entre todos los seres vivos el cual conocemos como cadena trófica, proceso de transferencia de sustancias nutritivas a través de las diferentes especies de una comunidad biológica, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente. Y los metales pesados por su capacidad de acumularse causan daños a las especies que se alimenten de este. El capítulo tres muestra la manera en que se desarrolla el proyecto. Además encontramos el tipo de investigación que presenta este proyecto, el enfoque adoptado, tipo y diseño de investigación, población, fuentes de recolección de información, y la manera en que se procesan y analizan las muestras tomadas en Punta Canoas en el departamento de Bolívar. Finalmente, encontramos el capítulo cuatro en donde se exponen los resultados del proyecto los cuales son coherentes con los objetivos específicos planteados y con la metodología planteada.

1

EVALUACION DE METALES PESADOS EN AGUAS SUPERFICIALES EN

EL AREA DE INFLUENCIA AL EMISARIO SUBMARINO EN EL CORREGIMIENTO DE PUNTA CANOAS DEPARTAMENTO DE BOLIVAR

1. PROBLEMA DE INVESTIGACION

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Aunque la presencia natural de metales pesados no debería ser peligrosa (es parte del equilibrio de la naturaleza), desde la revolución industrial, su utilización ha ascendido vertiginosamente, con el correspondiente incremento de emisiones que ellos conlleva. Lo anterior ha quedado evidenciado para plomo, cobre, zinc, los cuales han multiplicado por diez su presencia ambiental entre 1850-1990.1

Ahora bien, lo que hace tóxicos a los metales pesados no son en general sus características esenciales, sino las concentraciones en las que pueden presentarse, y casi más importante aún, el tipo de especie química que forman en un determinado medio, cabe recordar que de hecho los seres vivos “necesitan” en pequeñas concentraciones a muchos de estos elementos para funcionar adecuadamente. Los metales requeridos por el organismo incluyen cobalto, cobre, hierro, manganeso, vanadio, estroncio y zinc. El caso del hierro es notable ya que de este depende la vida del ser humano pues gracias a este existe la formación de hemoglobina en este.2 Existen metales como los mencionados inicialmente que el cuerpo sin duda necesita en cantidades mínimas y que son de vital importancia para la salud humana como el hierro, pero cuando se trata de grandes cantidades estos metales ocasionan daños y deterioros en el bienestar del mismo. La presencia de estos metales denominados pesados es notoria en aguas que proceden de las viviendas, también conocidas como aguas domésticas, por tanto la importancia de analizar este recurso. Todos los metales pesados se encuentran presentes en los medios acuosos el agua químicamente pura no existe en la naturaleza. Aunque sus concentraciones en ausencia de contaminación son muy bajas. Los metales pesados se encuentran en las aguas como coloides, partículas minerales sólidos en suspensión o fases disueltas cationes o aniones complejos las formas coloidales suelen dar lugar a la formación de hidróxido mientras que las partículas sólidas incluyen una gran variedad de minerales. Las fases disueltas

1 Battiston, G., Degetto, S., gerbasi, R., Sbrignadello, G., Tositti, L.(2004). Use of Pb and Cs in the study of sediment pollution in the lagoon of venice. The science of the Ttotal environment. 77,15-23 2 Peñuela, o. (2005). Hemoglobina una molécula modelo para el investigador. Colombia médica. 36, 215-225

2

pueden a su vez ser capturadas por adsorción, absorción en arcilla o hidróxido. Adicionalmente, los compuestos orgánicos pueden constituir fases con gran capacidad de captura de cationes metálicos, que en ocasiones dan lugar a iones extremadamente toxicas como el metilmelcurio (CH3Hg).3 La ciudad de Cartagena localizada en Colombia en el departamento de Bolívar vierte aproximadamente el 40% de sus aguas residuales el corregimiento de punta canoas por medio del emisario submarino y aporta considerablemente en el incremento de la concentración de metales pesados en aguas, peces y sedimentos de esta zona. Lo que puede constituir un aporte significativo. En el corregimiento de Punta Canoas, los niveles de los contaminantes que afectan a los ecosistemas marinos y a la especie humana, están influenciados por las diversas descargas, siendo las principales los contribuyentes procedentes del canal del dique, su cuenca de drenaje, y las aguas residuales domesticas a través del emisario submarino de manzanillo.4 A principios del 2000 aproximadamente el 60% de las aguas residuales de la ciudad desembocaban en la ciénaga de la virgen ocasionando además de malos olores contaminación en este cuerpo de agua.5 Estas actualmente están siendo vertidas en Punta Canoas por medio del emisario submarino. Las aguas que se vierten a Punta Canoa por medio de este poseen metales procedentes de las aguas residuales domésticas y que si los niveles superan los permitidos ocasionan daños en la vida marina cercana y hasta extenderse a cuerpos de aguas que se encuentran interconectados entre sí, recordemos que el agua es una sola, por tal razón se afecta a los cuerpos de aguas que se encuentran aledaños y la vida marina que allí exista. En la presente proyecto se determinaran los niveles de Cd que se encuentra en aguas superficiales una zona que se considera es la más influenciada por las descargas del emisario submarino en el corregimiento de Punta Canoas. Como técnica de análisis, se empleara la espectroscopia de absorción atómica de llama, que al conjugar sensibilidad, rapidez y sencillez, la hacen ser el método preferencial internacionalmente en estos estudios.6 1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA ¿Cómo evaluar la incidencia de metales pesados como el Cd en aguas superficiales aledaños al emisario submarino en el corregimiento de Punta Canoas del Departamento de Bolívar?

3 Salomons, w., Forstner, u. (1994). Metals in the hidrocycle, springer-verlag, berlin-Heidelberg-New York-tokio. 394p. 4 Aguas de Cartagena (2012). Estudio de evaluación de impacto ambiental proyecto de alcantarillado vertiente corregimiento de punta canoas 5 Aguas de Cartagena y Banco Mundial (2014), Restauración del ambiente costero de Cartagena Colombia, página 5. 6 Forstner, u., wittmann, G. (1979). Metal pollution in the environment, springer-verlag, berlin-heidelbrg- new york

3

1.3 JUSTIFICACIÓN Las actividades humanas producen diferentes tipos de vertidos que incrementan la concentración de contaminantes químicos en los sistemas acuáticos. Unas de las sustancias químicas potencialmente más toxicas son los metales pesados. El aporte de estos al ciclo hidrológico procede de diversas fuentes, siendo una de ellas de origen litogénico o geoquímico a partir de los minerales que por la erosión o por lluvias son arrastrados a los sistemas acuáticos. No obstante, actualmente la mayor concentración es de origen antropogénico debido a la actividad humana. Los procesos industriales, los residuos domésticos son fuente importante de contaminación que aporta metales al suelo, al aire y al agua especialmente.7 Frente a la grave problemática ambiental que se presenta por este fenómeno se hizo necesario desarrollar la investigación en este caso la determinación y el análisis de los metales pesados que se encuentran en las aguas superficiales en cercanía con el emisario submarino para establecer los niveles de contaminación en que se encuentra la vida marina que existe allí; ahora bien, los niveles de concentración de metales pesados que actualmente pueden tener las aguas residuales que se encuentran aledañas al emisario no deben superar los permitidos. La importancia que tiene el estudio de metales pesados en aguas residuales vertidas al mar es por su elevada toxicidad, alta persistencia y rápida acumulación por los organismos vivos. Los efectos tóxicos de los metales pesados no se detectan fácilmente a corto plazo, aunque si puede haber una incidencia muy importante a medio y largo plazo. Los metales son difíciles de eliminar del medio, puesto que los propios organismos los incorporan a sus tejidos y de estos a sus depredadores, en los que finalmente se manifiestan. La toxicidad de los metales pesados es proporcional a la facilidad de ser absorbidos por los seres vivos, un metal disuelto en forma iónica puede absorberse más fácilmente que estando en forma elemental, y si esta se halla reducida finalmente aumentan las posibilidades de su oxidación y retención por los diversos órganos.8 Este proyecto involucra uno de los recursos más importante, el agua, en donde habita gran parte de la vida que si bien sabemos necesitan pequeñas trazas de metales pesados como vanadio, zinc, etc., pero no en elevadas cantidades que pueden ser perjudiciales para las especies, estuarios y bahías sumamente productivos fundamentales para el medio marino y por extensión para la vida humana.

7 Rodríguez, R. (2013). Estudio de la contaminación por metales pesados en la cuenca del Llobregat. Tesis doctoral. Universidad politécnica de Catalunya 8Barreiro, R. (199). Estudio de metales pesados en medio y organismos de un ecosistema de ria (pontedeume, A Coruña). Departamento de biología fundamental. Tesis de doctor en biología. Universidad de Santiago de Compostela.

4

El proyecto es pertinente porque guarda relación con la política de la universidad debido a que en esta se fomenta la investigación básica y aplicada, que hace referencia a producir nuevos conocimientos y a comprobar aquellos que forman parte del saber y de las actividades del hombre referidos a contextos específicos.9 La investigación apunta a los metales pesados que se hallan en las aguas superficiales aledañas al emisario, ahora bien, el problema que se resuelve en la misma es de tipo ambiental específicamente con el entorno marino que perjudica y beneficia a todos los que residen en el corregimiento actualmente para no tener que enfrentar crisis de salud pública o que los recursos se agoten por el mal uso, perjudicando en gran manera la sostenibilidad de la ciudad. En el corregimiento de Punta Canoas, los niveles de los contaminantes que afectan a los ecosistemas marinos y a la especie humana, están influenciados por las diversas descargas que recibe, siendo las principales los aportes del canal del dique y su cuenca de drenaje, y las aguas residuales domesticas a través del emisario submarino de manzanillo. La necesidad de controlar la contaminación que provocan los metales pesados es cada vez más común. Se ha demostrado científicamente que la exposición a metales pesados puede causar algunos de los problemas ambientales como la degradación y muerte de vegetación, ríos, animales e incluso, de daños directos en el hombre, este proyecto es viable o factible porque soluciona una problemática en la que indirectamente está implicado el hombre, además porque permite conocer con que niveles de concentración están desembocando las aguas residuales de Cartagena e identificar si son los permitidos o los sobrepasan, para poder tomar las medidas necesarias para conservar o restaurar la calidad del medio y, en nuestro caso particular, determinar el impacto del emisario submarino sobre los niveles de contaminación en el corregimiento de Punta Canoas de Bolívar.

9 Proyecto Educativo Bonaventuriano (PEB), Consejo de gobierno pág. 62

5

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo general Evaluar los niveles de concentración de metales pesados en este caso cadmio (Cd) en aguas superficiales aledaños al emisario submarino en el corregimiento de Punta Canoas, usando como técnica la espectroscopia de absorción atómica, para el diagnóstico de los metales pesados en el cuerpo de agua.

1.4.2 Objetivos específicos Establecer la zona geográfica, para el diagnóstico en los metales con mayor influencia. Elaborar un plan de muestreo en la zona establecida donde desembocan las aguas residuales de Cartagena de acuerdo con las normas establecidas NTC-ISO 5667/1:1995, NTC-ISO 5667/2:1995 y NTC-ISO 5667/3:1995. Ejecutar el plan de muestreo y preservación de las muestras tomadas en Punta Canoas donde se vierten las aguas residuales domesticas de Cartagena, Bolívar para su caracterización fisicoquímica. Determinar las variables que afectan las aguas superficiales tanto cualitativos como cuantitativos este último por medio de espectroscopia de absorción atómica. Identificar la repercusión que tiene los resultados de la investigación en las aguas que se encuentran alrededor del emisario submarino.

6

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 ANTECEDENTES

Estudios recientes del norte de Chile han demostrado que la población indígena de América Latina puede haber sufrido arsenicismo hace 7.000 años causada por alta exposición de arsénico (As) de origen geogénica en agua potable y en los alimentos, sin embargo no fue hasta 1913 cuando los primeros casos de intoxicación humana como fueron descritos desde la localidad de Bell Ville, en la llanura Chaco - Pampeana , en Argentina y relacionados con ( Al) igual que en el agua potable de las aguas subterráneas (Goyenechea,1917). Hubo pocos estudios en la llanura Chaco - Pampeana en las décadas siguientes. Sin embargo, hubo que esperar hasta el final de la década de 1950 y los inicios de la década de 1960 que el problema de las aguas subterráneas y superficiales contaminadas principalmente por geogénica Como se ha detectado en otros países de América Latina, es decir, en México y Chile. Sin embargo, a principios del siglo XXI, los resultados de alta concentraciones de As en los recursos hídricos en los países latinoamericanos aumentaron considerablemente. Los ejemplos de países en los que se detectó altos niveles de contaminación por metales pesados en aguas (sin incluir las geotérmicas) detectado o reportado desde finales de la década de 1990 son El Salvador (1998), Nicaragua (1996 /2000), Brasil (1998 /2000), Bolivia (2001), Cuba ((1985) 2002), Ecuador (2005), Honduras (2006), Uruguay (2005 / 06), Colombia (2007) y Guatemala (2007).10 Por otra parte, en la cuenca del Haihe es en una zona de alta densidad de población y de desarrollo económico rápido, y es una de las cuencas de los ríos más contaminados de China. El examen de los metales pesados (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb y Zn) en aguas y sedimentos de la superficie que recubre los ríos se llevó a cabo en siete cuencas de la cuenca. Concentraciones de Cd de que cubre las aguas del río superan los valores estándar de calidad ambiental chinos para las aguas superficiales (> 0.010 mg / l) en el 90 % de las estaciones. En sedimentos de río de superficie , las concentraciones medias de Cd , Co, Cr , Cu , Mn, Ni , Pb y Zn en la cuenca eran 0,364 , 13,4 , 81,9 , 53,3 , 435 , 27,8 , 20,0 y 256 mg / kg, respectivamente . Cd, Zn y Cu fueron los elementos más antropogénicamente enriquecidos, como se indica por el factor de enriquecimiento (EF) valores > 1,5; Valores de la FE fueron más altos para estos metales en la Zi Ya Él (ZYH) y Zhang Wei (ZWH) cuencas. Cd en sedimentos fluviales superficiales mostró un alto potencial de riesgo ecológico (PER) en las cuencas ZYH y ZWH. El PER total debido a todos los metales estudiados fue alta en muchas estaciones, especialmente en las cuencas ZYH y ZWH. Los resultados indican que la contaminación por metales pesados en

10 Adriano, 2001D. AdrianoTrace elements in terrestrial environments: biogeochemistry, bioavailability, and risks of metals: chapter 7: arsenic (2nd ed.)Springer, Berlin, Germany (2001), pp. 220–256

7

los ríos de la cuenca del Haihe se debe considerar en el desarrollo de estrategias de gestión de cuencas para proteger el medio ambiente acuático En el río y los sedimentos de lagunas de la cuenca Jacarepaguá, Río de Janeiro, Brasil. Se observó la aparición de translocación fase de metal de la reducible a la oxidable para el Fe, Mn y Ni, desde el ambiente fluvial a la lagunar. Cu se asocia principalmente con la fase oxidable mientras Zn y Pb se asociaron principalmente con la fase reducible en ambos entornos. Se ha demostrado que la formación de sulfuro de metal y la complicación por complejos orgánicos son aspectos muy importantes en términos de reducción de la toxicidad. Por medio de una metodología de evaluación de riesgo, sobre la base de los datos disponibles de sedimentos, se demostró que el sistema lagunar se expone a un potencial de riesgo ecológico y de bajo que el Zn era el metal de mayor preocupación con respecto a la contaminación del sistema.11 La contaminación de los sedimentos por metales representa riesgos para los ecosistemas costeros y se considera que es problemático para las operaciones de dragado. En Brasil, existen diferencias en sedimentología a lo largo de los grandes ecosistemas marinos en relación con la distribución de metales. El objetivo fue evaluar el grado de Al, Fe, Hg, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb y Zn en los sedimentos de la contaminación de las zonas portuarias en el noreste (Mucuripe y Pecém) y sureste (Santos) Brasil a través de los análisis geoquímicos y las calificaciones de calidad de sedimentos. Las concentraciones de metales que se encuentran en estas zonas portuarias fueron más altos que los observados en la plataforma continental o los valores de fondo en ambas regiones. En el noreste, los metales se asociaron con carbonato, mientras que en Santos, que se asociaron con el barro. Los análisis geoquímicos mostraron enriquecimientos en Hg, Cd, Cu, Ni y Zn, y una simple aplicación de las directrices internacionales de calidad de sedimentos no para predecir sus impactos, mientras que el uso de los valores específicos del sitio que se deriva de los enfoques geoquímicos y eco toxicológicos parecía ser más apropiarse de la gestión de los sedimentos dragados.12 El presente estudio evaluara la cantidad de metales pesados provenientes de las aguas residuales domesticas tales como Cd, Pb, Hg, Cu, etc. teniendo en cuenta que a este cuerpo de agua desemboca efluente del canal del dique, probablemente se encuentren trazas de estos y otros metales. Además, La incidencia de los metales pesados que existen en pequeñas trazas en sistemas biológicos dan lugar a que los organismos se afecten, por tal razón se eligió Cd para la investigación en los efluentes procedentes de las aguas

11 Acevedo et al., 1988 H.L.P. Acevedo, H.M. Fernandez, V.P. Melo Study of heavy metal pollution in the tributary rivers of the Jacarepaguá Lagoon Rio de Janeiro state, Brazil through sediment analysis U. Seeligre, L.D. de Lacerda, S.R. Patchineelam (Eds.), Metals in Coastal Environment of Latin America, Springer-Verlag, Berlin (1988), pp. 21–29 12 Abessa et al., 2008 D.M.S. Abessa, R.S. Carr, E.C.P.M. Sousa, B.R.F. Rachid, L.P. Zaroni, Y.A. Pinto, M.R. Gasparro, M.C. Bícego, M.A. Hortellani, J.E.S. Sarkis, P. MunizIntegrative ecotoxicological assessment of a complex tropical estuarine system T.N. Hoffer (Ed.), Marine Pollution: New Research, Nova Science, New York (2008), pp. 125–159

8

residuales domesticas pretratadas y finalmente vertidas en Punta Canoas. Aparte de ser estudiado con frecuencia los residuos domésticos lo producen.

2.2 FUNDAMENTOS TEORICOS

2.2.1 Aguas residuales13

Agua que desprende la comunidad una vez ha sido contaminada durante los diferentes usos para los cuales ha sido empleada. Esta clase de aguas está compuesta por el agua residual doméstica, aguas residual industrial, infiltración y aportaciones incontrolados y aguas pluviales olas cuales serán definidas a continuación:

a) Agua residual doméstica: son procedentes de zonas residenciales o instalaciones comerciales, públicas y similares.

b) Aguas residual industrial: agua residual en la cual predominan vertidos industriales

c) Infiltración y aportaciones incontroladas: agua que entra tanto de

manera directa como indirecta en la red de alcantarillado. La infiltración hace referencia al agua que penetra en el sistema a través de juntas defectuosas, fracturas y grietas, o paredes porosas

d) Aguas pluviales: agua resultante de la escorrentía superficial

Por otro lado, La contaminación de un cuerpo de aguas depende de la cantidad y calidad del vertimiento así como del tamaño de la fuente y su capacidad de asimilación. Los cuerpos hídricos de Colombia son receptores de vertimientos de aguas residuales y su calidad se ve afectada principalmente por los vertimientos no controlados provenientes del sector agropecuario, doméstico e industrial. Existen otros tipos de contaminantes que pudieran ser imperceptibles y pueden llegar a generar mucho daño en el ambiente marino en el que se den, entre ellos encontramos la energía térmica, iones de hidrogeno, etc. Precisamente en la Tabla 2 encontramos detalladamente las composiciones que tienes las aguas residuales de manera general, y en la Tabla 1 los impactos ambientales de diferentes parámetros los cuales cambian a medida que trascurre el tiempo, estos contaminantes se exponen a continuación

13 METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento, vertido y reutilización. Tercera edición Madrid: MCGRAW- HILL, Vol. 1, 1998. 505p.

9

Tabla 1. Contaminantes en las aguas

CONTAMÍNATES

PARÁMETRO TÍPICO

DE MEDIDA

IMPACTO AMBIENTAL

Energía térmica

Temperatura

Reduce la concentración de saturación de oxígeno en el agua, acelera el crecimiento de organismos acuáticos

Iones hidrogeno

Ph

Riesgos potencial para organismos acuáticos

Fuente: ROMERO R., Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y principios de diseño. Primera edición. Santa fe de Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería 2000. P. 25

10

Tabla 2. Composición química de las aguas residuales

Fuente: SEOANEZ C., Mariano. Aguas residuales urbanas: tratamientos

naturales de bajo costo y aprovechamiento. Segunda edición Madrid: Mundi-

Prensa, 1999 p 30-36.

COMPOSICIÓN

QUIMICA

Solidos

Clasificación

según su

composición

Solidos orgánicos

Solidos

inorgánicos

Clasificación

según su

presentación

Solidos

sedimentables

Solidos

suspendidos

Diluciones

coloidales

Solidos disueltos

Gases

Oxígeno disuelto

Ácido sulfhídrico

Anhídrido carbónico

Metano

Otros gases

Líquidos

Las aguas residuales urbanas

próximas a una industria pueden

contener líquidos específicos

11

Tabla 3. Características del agua residual

CARACTERISTICAS PROCEDENCIA

Propiedades

físicas

Color

Aguas residuales

domésticas, degradación

natura de materia

orgánica

Olor

Agua residuales en

descomposición, residuos

industriales

Solidos

Agua de suministro,

aguas residuales

domesticas e industriales,

erosión del suelo,

infiltración y conexiones

incontroladas

Temperatura

Aguas residuales

domesticas industriales y

comerciales.

Constituyentes

químicos

Orgánicos

Carbohidratos

Aguas residuales


comerciales.

Grasas

animales,

aceites y grasa

Aguas residuales


comerciales.

Pesticidas Residuos agrícolas

Fenoles Vertidos industriales

Proteínas

Aguas residuales


comerciales.

Contaminantes

prioritarios

Aguas residuales


comerciales.

Compuestos

orgánicos

Aguas residuales


12

Constituyentes

químicos

volátiles comerciales.

Otros Degradación natural de

materia orgánica

Cloruros

Aguas residuales

domésticas, de

suministro, infiltración de

aguas subterráneas

Metales

pesados

Vertidos industriales y

domésticos

Nitrógeno Residuos agrícolas y

aguas residuales

domesticas

pH Aguas residuales


comerciales.

Contaminantes

prioritarios

Aguas residuales


comerciales.

Azufre

Agua de suministro,

aguas residuales

domesticas comerciales e

industriales

Gases

Composición de residuos

domésticos, agua de

suministro; infiltración de

agua superficial(metano y

oxigeno)

Fuente: METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento,

vertido y reutilización. Tercera edición Madrid: MCGRAW- HILL, Vol. 1, 1998.

505p.

2.2.2 Metales pesados

De los más de 100 elementos conocidos por el hombre, la gran mayoría son metales, por lo que no es de extrañar que las posibilidades de contaminación

13

metálica en el ambiente sean numerosas. Hay que tener presente que la corteza terrestre contiene muchos de los metales pesados que desde la edad de hierro han desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de la civilización. El problema surge cuando prolifera su uso industrial y su empleo creciente en la vida cotidiana termina por afectar a la salud. De hecho, el crecimiento demográfico en zonas urbanas y la rápida industrialización han provocado serios problemas de contaminación y deterioro del ambiente sobre todo, en los países en vías de desarrollo.14 Los metales pesados son unas de las formas de contaminación más peligrosas del medio ambiente. Esta se explica primero, porque no presenta ningún tipo posible de degradación química o biológica, además pueden ser bioacumulados de diversas formas (orgánicas e inorgánicas) y permanecer en los organismos por largos periodos. Los metales como el Cu, Pb, Hg, etc., se caracterizan por su alta conductividad eléctrica, y a medida que se desplazan hacia los metales preciosos (Au, Hg y Ag) sus óxidos metálicos se hacen más estables que los hidróxidos correspondientes; además forman complejos con diferentes iones y moléculas. Su toxicidad es debido a su alta afinidad con los grupos amino y sufidril. Al reaccionar dichos metales con estos grupos, se forman complejos metálicos y las enzimas pierden toda su efectividad para controlar las reacciones metabólicas.

Los metales pesados existen en el ambiente como resultado de procesos naturales y como contaminantes derivados de las actividades humanas; son estables y persistentes en ambientes acuáticos. La importancia de metales como el Zn, Fe, Cu, Y Mn es que son esenciales para el metabolismo de organismos, el problema con ellos es la estrecha frontera entre la necesidad y la toxicidad. Otros metales pesados como El Cd, Hg, Cr y Pb pueden tener un nivel similar de toxicidad, incluso en bajas concentraciones bajo condiciones dadas; por lo que ellos requieren supervisión en sistemas de tratamiento de aguas.15 Dentro de los metales pesados se distinguen dos grupos:

Los Micronutrientes: necesarios para el desarrollo de la vida de determinados organismos, son requeridos en pequeñas cantidades o cantidades traza y pasado cierto umbral se vuelven tóxicos. Dentro de este grupo se encuentran As, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Se, V, Zn. Metales pesados no esenciales: metales cuya presencia en determinadas cantidades en los seres vivos, provocan disfunciones en sus organismos.

14 Vaalgama, s. (2007). The effect of urbanization on Bay, Helsinki city, as reflected by sediment geochemistry. Marine pollution bulletin. 48(2007) 650-662 15 CAMPOS, Hernando. Los metales pesados, su contaminación y efectos tóxicos. Revista contaminación ambiental. 1987. Medellín (Colombia), pp. 63-70.

14

Resultan altamente tóxicos y presentan la propiedad de acumularse en los organismos vivos. Son principalmente: Be, Cd, Hg, Ni, Pb, Sb, Sn y Ti.16 Entre los numerosos contaminantes que son introducidos como desechos a los ecosistemas acuáticos, y cuyo número es calculado por los expertos en más de un millón, se incluyen aquellos no son directamente dañinos, al hombre, pero también los que como los pesticidas, los hidrocarburos aromáticos policíclicos, la materia radiactiva y los metales pesados, si pueden afectar directamente la vida humana conduciendo desenlaces fatales como los envenenamientos por mercurio ocurridos en la había japonesa de Minamata en la década del 50 y en Irak en 1972, o por cadmio, también en Japón y con más de cien muertes hasta 1965. Como metales pueden considerarse aquellos elementos químicos caracterizados por su brillo peculiar, por formar cationes en disolución, por tener óxidos e hidróxidos con carácter básico y por actuar solo como reductores, propiedades derivadas de sus estructuras electrónicas, con bajas energías de ionización y pequeñas electronegatividades.17 Las formas iónicas de interés en este proyecto, como el Cd (Cd), cobalto (Co), cobre (Cu), manganeso (Mn), mercurio (Hg), níquel (Ni), plomo (Pb) y zinc (Zn), pueden ser tóxicas para la flora, la fauna terrestre y acuática. Además de ser tóxicas, son acumulables por los organismos que los absorben, los cuales a su vez son fuente de alimentación en las redes trófica y son transferidos a cada uno de sus eslabones según casas en 1994.

Se plantea el uso del término “elemento traza” para designar aquellos elementos que existen en pequeñas concentraciones en los sistemas biológicos. Aunque, para propósitos prácticos, los términos de metales trazas, trazas inorgánicas, metales pesados, micro elementos y micronutrientes, son empleados comúnmente como sinónimos. También se consideran como

metales trazas los que se encuentran en concentraciones < 100𝜇𝑔/𝑔 (base seca) en la flora y la fauna marina.18 En las aguas residuales generalmente se determinan aquellos elementos que pueden encontrarse en desechos específicos. Para los organismos, aparecen como prioritarios Zn, Cu, Cd, Pb y Hg. Y en sedimentos la situación es parecida, métales como el Cu, Pb y Zn son los más estudiados, seguidos de Mn, Ni, Fe, Cd, y Cr y en la minoría de los casos Co, V, Al y Ag. Hg es bastante investigado aunque frecuentemente en forma aislada.19 Los metales pesados han sido transportados por procesos naturales a través del ciclo hidrológico desde la primera ocurrencia de agua en el planeta. Bien

16 GALAN, E., ROMERO, A, “Contaminación de suelos por Metales Pesados”(2008), Universidad de Sevilla, Facultad de Química. 17 Forstner, u., wittmann, G. (1979). Metal pollution in the environment, springer-verlag, berlin-heidelbrg- new york 18 Eisler.R. (1981). Trace metal concentrations in marine organism. Pergamon press, New York. 19 Suárez., Reyes, R. (2006) la incorporación de metales pesados en las bacterias y su importancia para el ambiente. Interciencia. 27, 160-164

15

mediante la atmosfera, los metales solubles (lluvias y aguas marinas) o los asociados al material particulado, suelos y sedimentos.20

2.2.2.1Importancia de analizar los metales pesados

La importancia que tiene el estudio de metales pesados en aguas y sedimentos es por su elevada toxicidad, alta persistencia y rápida acumulación por los organismos vivos. Los efectos tóxicos de los metales pesados no se detectan fácilmente a corto plazo, aunque si puede haber una incidencia muy importante a medio y largo plazo. Los metales son difíciles de eliminar del medio, puesto que los propios organismos los incorporan a sus tejidos y de éstos a sus depredadores, en los que se acaban manifestando. La toxicidad de estos metales pesados es proporcional a la facilidad de ser absorbidos por los seres vivos, un metal disuelto en forma iónica puede absorberse más fácilmente que estando en forma elemental, y si esta se halla reducida finamente aumentan las posibilidades de su oxidación y retención por los diversos órganos.21 2.2.3 Algunos metales pesados y los daños que producen a la salud

2.2.3.1 MERCURIO (Hg) Elemento químico, es el Tercer elemento del grupo IIB en la tabla periódica,

tiene un número atómico de 80, peso atómico de 200.59 g/mol; El mercurio

existe en varias formas: elemental (o metálico) e inorgánico (al que la gente se

puede ver expuesta en ciertos trabajos); u orgánico (como el metilmercurio, que

penetra en el cuerpo humano por vía alimentaria). Estas formas de mercurio

difieren por su grado de toxicidad y sus efectos sobre los sistemas nervioso e

inmunitario, el aparato digestivo, la piel y los pulmones riñones y ojos.

El mercurio, presente de forma natural en la corteza terrestre, puede provenir

de la actividad volcánica, la erosión de las rocas o la actividad humana. Esta

última es la principal causa de las emisiones de mercurio, procedentes sobre

todo de la combustión de carbón en centrales eléctricas, calefacciones y

cocinas, de procesos industriales, de la incineración de residuos y de la

extracción minera de mercurio, oro y otros metales.

Una vez liberado el mercurio al medio, ciertas bacterias pueden transformarlo en metilmercurio. Este se acumula entonces en peces y mariscos (se entiende por bioacumulación una concentración de la sustancia más elevada en el organismo que en su entorno). El metilmercurio pasa también por un proceso de bioamplificación. Los grandes peces depredadores, por ejemplo, tienen más probabilidades de presentar niveles elevados de mercurio por haber devorado a muchos peces pequeños que a su vez lo habrán ingerido al alimentarse de

20 Salomons, w., forstner, u. (1994). Metals in the hidrocycle, springer-verlag, berlin-heidelberg-new york-tokio. 394p. 21 Welz, B. Atom-Absorptions Spektroskopie. Verlag Chemie, Weinheim. 1983.

16

plancton. Para la OMS, el mercurio es uno de los diez productos o grupos de productos químicos que plantean especiales problemas de salud pública.

Considerado un contaminante global. Proviene principalmente de la

desgasificación de la corteza terrestre, las emisiones volcánicas y la

evaporación de las masas de agua. Es utilizado en pilas, lámparas y

termómetros. También se usa en industrias químicas las principales fuentes de

emisión de mercurio son la fabricación de cloro en celdas de mercurio,

producción de metales no ferrosos y la combustión de carbón mineral (plantas

generadoras de energía eléctrica a base de la incineración de carbón). Es

toxico y no se lo encuentra naturalmente en organismos vivos. Algunos

procesos biológicos naturales pueden generar compuestos metilados de

mercurio que se acumulan en los organismos vivos, especialmente en peces.

El metil mercurio es muy toxico y provoca enfermedades neurológicas. La

principal ruta de ingreso a los seres humanos es por la cadena alimentaria.22

Cuando los peces que se encuentran en aguas contaminadas de este metal lo

ingieren, por el ciclo de la alimentación finalmente el Hg termina en los seres

humanos ocasionando graves perjuicios en la salud humana.

Tabla 4. La contaminación con mercurio se origina de las siguientes fuentes.

Pilas

Instrumentos de medidas como termómetros, barómetros

Lugares de trabajo con productos con plomo

Lámparas

Productos para aclarar la piel y otros cosméticos

Productos farmacéuticos

Fuente: ANÓNIMO, OMS “Mercurio y la salud” Nota descriptiva N°361

Septiembre de 2013.

22 Schinitman,n. (2008). Metales pesados, ambiente y salud.http://ecoportal.net/content/view/full/37424

17

2.2.3.2 PLOMO (Pb) Generalidades

Elemento químico, Pb, Quinto elemento del grupo IVA en la tabla periódica; número

atómico 82 y peso atómico 207.19. El plomo es un metal pesado (densidad

relativa, o gravedad específica, de 11.4 s 16ºC (61ºF)), de color azuloso, que

se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico, se funde con

facilidad, se funde a 327.4ºC (621.3ºF) y hierve a 1725ºC (3164ºF). Las

valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque

de los ácidos sulfúrico y clorhídrico. Pero se disuelve con lentitud en ácido

nítrico. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así

como sales metálicas del ácido plúmbico. El plomo forma muchas sales, óxidos

y compuestos organometálicos.

El Plomo es un metal blando que ha sido conocido a través de los años por

muchas aplicaciones. Este ha sido usado ampliamente desde el 5000 antes de

Cristo para aplicaciones en productos metálicos, cables y tuberías, pero

también en pinturas y pesticidas. El plomo es uno de los cuatro metales que

tienen un mayor efecto dañino sobre la salud humana. Este puede entrar en el

cuerpo humano a través de la comida (65%), agua (20%) y aire (15%).23

Las comidas como fruta, vegetales, carnes, granos, mariscos, refrescos y vino

pueden contener cantidades significantes de Plomo. El humo de los cigarros

también contiene pequeñas cantidades de plomo.

El Plomo puede entrar en el agua potable a través de la corrosión de las

tuberías. Esto es más común que ocurra cuando el agua es ligeramente ácida.

Este es el porqué de los sistemas de tratamiento de aguas públicas son ahora

requeridos llevar a cabo un ajuste de pH en agua que sirve para el uso del

agua potable. Que nosotros sepamos, el Plomo no cumple ninguna función

esencial en el cuerpo humano, este puede principalmente hacer daño después

de ser tomado en la comida, aire o agua.24

El plomo proviene de fuentes naturales y antropogénicas. Puede ingresar a la organismo por vía oral el agua, alimentos, o por vía respiratoria la tierra y polvillos desprendido de viejas pinturas contiendo plomo. Entre sus características más relevante están maleabilidad, ductilidad y se le puede dar forma con facilidad. Así mismo, es uno de los metales no ferrosos que más se recicla, se emplea en aleaciones, bacterias, compuestos y pigmentos, revestimientos para cable, proyectiles y municiones. La exposición a este metal puede tener diversos efectos en humanos. Los niveles altos de exposición

23 Química medioambiental (2005) (Environmental Chemistry). Autor: John Wright. 2003. 24 Química de los elementos (1997) (Chemistry of the Elements). Autores: Greenwood y Earnshaw..

18

pueden afectar la síntesis de hemoglobina, la función renal, el tracto gastrointestinal, las articulaciones y el sistema nervioso.

Fuentes de contaminación

El plomo solía ser muy común en la gasolina y pintura de casas en los Estados

Unidos. Los niños que viven en ciudades con casas viejas tienen mayor

probabilidad de tener niveles altos de plomo. De hecho hay lugares existen

lugares de trabajo que usan plomo tal es el caso de las fábricas de baterías. El

contacto de plomo puede ser por medio de agua potable, comidas y bebidas

contaminadas, con juguetes, medicinas tradicionales, cosméticos y con la

tierra, polvo, agua, aire de las cercanías de minas y fundiciones.25

Aunque a la gasolina y la pintura ya no se les agrega plomo debido a que se le

elimino en 1977, dicho elemento aún es un problema de salud. El plomo está

en todas partes, incluyendo la suciedad, el polvo, los juguetes nuevos y la

pintura de casas viejas, pero infortunadamente no se puede ver, detectar con el

gusto ni oler.26

Tabla 5. La contaminación con plomo se origina de las siguientes fuentes.

Pinturas: Pintura casera antes de 1978.La pintura a base de plomo es

muy peligrosa cuando se está quitando o lijando, ya que estas

acciones liberan polvo de plomo diminuto al aire.

Gasolinas

Lugares de trabajo con productos con plomo

Contaminación de aguas, suelos, comidas y bebidas: Suelo

contaminado por décadas de emisiones de los carros o años de

raspaduras de pinturas de las casas. Por esto, el plomo es más común

en los suelos cerca de las autopistas y las casas.

Alimentos, cosméticos, remedios, joyas, juguetes importados:

Los niños reciben plomo en el cuerpo cuando se llevan objetos de

plomo a la boca, en especial si se tragan el objeto. También pueden

recibir el veneno del plomo en los dedos al tocar un objeto de plomo

que despide polvo o se está pelando, y luego cuando se llevan los

25 Pedro A Poma, Profesor en Medicina Clínica. University of Illinois. Chicago, EE UU, (2008) Intoxicación por plomo en humanos Lead effects on humans

26 Woolf AD, Goldman R, Bellinger DC. Update on the clinical management of childhood lead poisoning.Pediatr Clin North Am

19

dedos a la boca o si ingieren alimento posteriormente.

Soldaduras y tuberías: El plomo se puede encontrar en el agua

potable en casas cuyos tubos hayan sido conectados

con soldadura de plomo. Aunque los nuevos códigos de la

construcción exigen soldadura libre de plomo, este elemento aún se

encuentra en algunos grifos modernos.

Contenedores y latas

Efectos del plomo27

El plomo afecta todos los órganos y sistemas. Actúa como agonista o antagonista de las acciones del calcio y se relaciona con proteínas que poseen los grupos sulfidrílicos, amina, fosfato y carboxilo. El nivel sanguíneo de plomo materno aumenta el riesgo fetal y de alteraciones neurológicas en los recién nacidos. Los embarazos con niveles elevados de plomo en la sangre tienen un riesgo mayor de partos prematuros, abortos espontáneos, muertes fetales y de recién nacidos con peso bajo para su edad gestacional.

En niños, se ha asociado la exposición al plomo con ausencias más frecuentes a la escuela, menor rendimiento escolar, intervalos de reacción prolongados y coordinación mano-ocular disminuida. La inmadurez fisiológica de fetos e infantes (hasta la edad de 36 meses) aumenta el riesgo de que el plomo penetre al sistema nervioso central, lo que puede resultar en alteraciones neurológicas o de conducta permanentes. El plomo también puede afectar los sistemas renal, endocrino y sanguíneo. No existe un nivel de plomo en sangre que se pueda considerar inocuo en niños. La ausencia de síntomas no excluye el envenenamiento por plomo. Algunos estudios sugieren que el plomo continúa ejerciendo efectos negativos en la conducta social juvenil. Los efectos inmediatos del plomo son neurológicos, pero el envenenamiento en la infancia puede conducir más tarde a problemas renales, hipertensión arterial y problemas de la reproducción.

2.2.3.3 CADMIO (Cd) Elemento químico relativamente raro, símbolo Cd, Segundo elemento del grupo

IIB de la tabla periódica; número atómico 48; tiene relación estrecha con el

zinc, con el que se encuentra asociado en la naturaleza. Es un metal dúctil, de

color blanco argentino con un ligero matiz azulado. Es más blando y maleable

que el zinc, pero poco más duro que el estaño. Peso atómico de 112.40 y

27 Pedro A Poma, Profesor en Medicina Clínica. University of Illinois. Chicago, EE UU, (2008) Intoxicación por plomo en humanos Lead effects on humans

20

densidad relativa de 8.65 a 20ºC (68ºF). Su punto de fusión de 320.9ºC (610ºF)

y de ebullición de 765ºC (1410ºF) son inferiores a los del zinc.

El cadmio es una sustancia natural en la corteza terrestre; es un metal pesado

que se obtiene como subproducto del procesamiento de metales como el zinc (Zn) y el

cobre (Cu).Generalmente se encuentra como mineral combinado con otras

sustancias tales como oxígeno (óxido de cadmio), cloro (cloruro de cadmio), o

azufre (sulfato de cadmio, sulfuro de cadmio). Todo tipo de terrenos y rocas,

incluso minerales de carbón y abonos minerales, contienen algo de cadmio. La

mayor parte del cadmio que se usa en los Estados Unidos es extraído durante

la producción de otros metales como zinc, plomo y cobre. El cadmio no se

oxida fácilmente, y tiene muchos usos incluyendo baterías, pigmentos,

revestimientos para metales, y plásticos.

Respirar altos niveles de cadmio produce graves lesiones en los pulmones y

puede producir la muerte. Ingerir alimentos o tomar agua con niveles de cadmio

muy elevados produce seria irritación al estómago e induce vómitos y diarrea.

El cadmio puede acumularse en los riñones a raíz de exposición por largo

tiempo a bajos niveles de cadmio en el aire, los alimentos o el agua; esta

acumulación puede producir enfermedades renales. Lesiones en los pulmones

y fragilidad de los huesos son otros efectos posibles causados por exposición

de larga duración. En animales a los que se les dio cadmio en la comida o en el

agua se observaron aumento de la presión sanguínea, déficit de hierro en la

sangre, enfermedades al hígado y lesiones en los nervios y el cerebro. No

sabemos si estos efectos ocurren en seres humanos expuestos a cadmio a

través de los alimentos o del agua. Contacto de la piel con cadmio no parece

constituir un riesgo para la salud ya sea en animales o seres humanos.

El cadmio entra al agua y al suelo de vertederos y de derrames o

escapes en sitios de desechos peligrosos.

Se adhiere fuertemente a partículas en la tierra.

Parte del cadmio se disuelve en el agua.

No se degrada en el medio ambiente, pero puede cambiar de forma.

Las plantas, peces y otros animales incorporan cadmio del medio ambiente.

21

El cadmio permanece en el organismo por largo tiempo y puede acumularse después de años de exposición a bajos niveles.

El Departamento de Salud y Servicios Humanos (DHHS) ha determinado que

es razonable predecir que el cadmio y los compuestos de cadmio son

carcinogénicos28

Tabla 6. Fuentes causantes de la contaminación con cadmio.

Se utilizan pigmentos a base de cadmio para la fabricación de los productos que se menciona a continuación.

Pinturas

Tintes

Plásticos

Cerámica

Fabricación de baterías níquel- cadmio

Quema de combustibles fósiles

Generación de polvos por el proceso de fabricación de cemento y

fertilizantes fosfatados

Las primeras cuatro formas de contaminación mencionadas anteriormente se

generan por medio de la utilización de pigmentos a base de cadmio para la

fabricación de productos terminados.

Estas actividades industriales son consideradas como una gran fuente de

emisión a la atmósfera y de contaminación para mantos acuíferos y suelos. Los

ríos contaminados con Cd pueden irrigar tierras de cultivos, además de que el

Cd es capaz de combinarse con otros elementos y formar compuestos tales

28 Anónimo, Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades en inglés ATSDR. (1999). Reseña Toxicológica del Cadmio. Atlanta, GA: Departamento de Salud y Servicios Humanos de los EE.UU., Servicio de Salud Pública.

.

22

como cloruros, óxidos, sulfuros y de esta manera unirse fuertemente a las

partículas del suelo.

A nivel mundial se ha estimado que el uso de Cd en la actividad industrial se ha

incrementado de 18400 toneladas en 2003 a 20400 toneladas en el 2007

(Moulis y Thévenod 2010). Se considera que la mayor cantidad de Cd en el

suelo proviene del uso de fertilizantes de fosfatos para la agricultura, lo cual

produce que se acumule a lo largo de la cadena alimenticia en plantas y

animales. Es por ello que la Agencia para Sustancias Tóxicas y Registro de

Enfermedades (ATSDR), tiene al Cd catalogado entre los 275 materiales más

peligrosos (ATSDR 2007). 29

Efectos del Cadmio sobre la salud

El Cadmio puede ser encontrado mayoritariamente en la corteza terrestre. Este siempre ocurre en combinación con el Zinc. El Cadmio también consiste en las industrias como inevitable subproducto del Zinc, plomo y cobre extracciones. Después de ser aplicado este entra en el ambiente mayormente a través del suelo, porque es encontrado en estiércoles y pesticidas. Una exposición a niveles significativamente altas ocurren cuando la gente fuma. El humo del tabaco transporta el Cadmio a los pulmones. La sangre transportará el Cadmio al resto del cuerpo donde puede incrementar los efectos por potenciación del Cadmio que está ya presente por comer comida rico en Cadmio. Otra alta exposición puede ocurrir con gente que vive cerca de los vertederos de residuos peligrosos o fábricas que liberan Cadmio en el aire y gente que trabaja en las industrias de refinerías del metal. Cuando la gente respira el Cadmio este puede dañar severamente los pulmones. Esto puede incluso causar la muerte. El Cadmio primero es transportado hacia el hígado por la sangre. Allí es unido a proteínas para formar complejos que son transportados hacia los riñones. El Cadmio se acumula en los riñones, donde causa un daño en el mecanismo de filtración. Esto causa la excreción de proteínas esenciales y azúcares del cuerpo y el consecuente daño de los riñones. Lleva bastante tiempo antes de que el Cadmio que ha sido acumulado en los riñones sea excretado del cuerpo humano. Otros efectos sobre la salud que pueden ser causados por el Cadmio es el posible daño en el ADN o desarrollo de cáncer.

2.2.4 Espectroscopia de absorción atómica

2.2.4.1 Antecedentes

Uno de los precursores en la espectroscopia fue Isaac Newton, quien a principios de

1600 observó y estudió el comportamiento de la luz solar cuando esta atraviesa

29 MARTÍNEZ , K.; SOUZA, V.; BUCIO , L.; GÓMEZ, L.; GUTIÉRREZ, M. (2013). Cadmium: effects on health. Cellular and molecular response.

23

por un prisma. En 1831, J.F. Herschel demostró, que las sales de diferentes metales producen distintas coloraciones a la flama cuando las sales disueltas o en forma directa son puestas en contacto con ésta. Así por ejemplo la sales de calcio dan a la flama un color naranja, las de sodio un color amarillo, las de potasio un color violeta, las de cobre un verde azulado, las de estroncio un color verde amarillo, etc. Estas observaciones fueron corroboradas posteriormente por otros investigadores sugiriendo que de esta forma podría identificarse el metal formador de la sal en un compuesto químico específico. Fue entonces que en 1840 Kirchhoff y Bunsen establecieron los principios teóricos de la absorción atómica, basados en estudios que realizaron acerca del fenómeno de auto absorción en el espectro de los metales alcalinos y alcalinos térreos. Finalmente, Kirchhoff entrego la base de la espectroscopia de absorción atómica (EAA) al formular su ley general, que se muestra a continuación:

« Cualquier materia que pueda emitir luz a una cierta longitud de onda también absorberá luz a esa longitud de onda».

El significado práctico de esto fue recién desarrollado en 1955 por el australiano Walsh, apareciendo los primeros instrumentos comerciales a principios de 1960.30

Desde entonces la EAA es una Técnica empleada a nivel mundial para la cuantificación de metales pesados, su uso nacional e internacionalmente se deben a cualidades como: bajos límites de detección, amplio intervalo de concentración y prácticamente ausencia de interferencias espectrales, también posee sencillez, efectividad y bajo costo relativo son otras importantes características a considerar. Su mayor aplicación es en el análisis de líquidos.31 A comienzos del siglo XX no se conocían en su totalidad los elementos de la tabla periódica y por lo general se incidía en errores, al dar por descubiertos elementos nuevos por medio de la EAA, cuando realmente eran elementos ya conocidos. Gracias al desarrollo de la espectroscopia cuando se creía haber encontrado algún elemento nuevo, se observaba su espectro. Si este ya coincidía con los elementos ya conocidos se descartaba la novedad del elemento, si por el contrario no coincidía con ninguno de los espectros de elementos ya conocidos la prueba era inobjetable y se consideraba uno más de la lista de elementos químicos.

30 Slavin, M. (1978) Atomic Absorption Spectroscopy. John Wiley & Sons, New York. 31 Skoog, D., West, D, Holler, f, (1995). Química analítica mc Graw-Hill, sexta edición. México.

24

2.2.4.2 Fundamentos teóricos32

El término espectroscopia quiere decir la observación y el estudio del espectro, o registro que se tiene de una especie tal como una molécula, un ion o un átomo, cuando estas especies son excitadas por alguna fuente de energía que sea apropiada para el caso. La espectroscopia de átomos se puede dividir en tres clases:

1. Espectroscopia de Emisión Atómica ( EEA)

2. Espectroscopia de Absorción Atómica (EAA)

3. Espectroscopia de Fluorescencia Atómica (EFA)

Espectroscopia de absorción atómica de llama: La espectroscopia de absorción atómica (EAA), tiene como fundamento la absorción de radiación de una longitud de onda determinada. Esta radiación es absorbida selectivamente por átomos que tengan niveles energéticos cuya diferencia en energía corresponda en valor a la energía de los fotones incidentes. La cantidad de fotones absorbidos, está determinada por la ley de Beer, que relaciona ésta pérdida de poder radiante, con la concentración de la especie absorbente y con el espesor de la celda o recipiente que contiene los átomos absorbedores. Aunque a lo largo del desarrollo de la EAA se han utilizado diferentes combinaciones de gases para producir la reacción de combustión en el quemador (ejemplo: oxígeno-acetileno, aire-hidrógeno, oxígeno-hidrógeno, etc.), las únicas combinaciones que hoy en día se emplean con fines prácticos son las flamas: aire-propano, aire-acetileno, óxido nitroso-acetileno. El tipo de flama utilizada para esta investigación fue de Aire- Acetileno (C2H2).

2.2.8.2 Descripción de la técnica de EAA33

La técnica de absorción atómica en flama o llama en una forma concisa consta de lo siguiente: la muestra en forma líquida es aspirada a través de un tubo capilar y conducida a un nebulizador donde ésta se desintegra y forma un rocío o pequeñas gotas de líquido. Las gotas formadas son conducidas a una flama, que entrega la energía suficiente para evaporar el solvente y descomponer los compuestos químicos resultantes en átomos libres en su estado fundamental. Estos átomos absorben cualitativamente la radiación emitida por la lámpara y la cantidad de radiación absorbida está en función de su concentración. La señal de la lámpara una vez que pasa por la flama llega a un monocromador, que tiene como finalidad el discriminar todas las señales que acompañan la línea de interés.

32 Slavin, M. (1978) Atomic Absorption Spectroscopy. John Wiley & Sons, New York. 33 Van Loon, J.C. Analytical Atomic Absorption Spectroscopy. Academic Press, New York. 1980.

25

La amplia versatilidad de la espectroscopia de absorción atómica está dada por los más de 60 elementos determinables, los cuales incluyen todos los que interesan en los estudios de contaminación ambiental por metales y que podrán determinarse en cualquier tipo de muestra, siempre que esta reciba el tratamiento adecuado, el cual dependerá de su estado físico, las concentraciones absolutas y relativas de los analitos y las posibles interferencias debida a la matriz o introducidas en el tratamiento.34 Los componentes básicos de un equipo de absorción atómica son:

Figura 1. Instrumentación de la EAA.

34 González, H. (1997). contaminación del ambiente acuático por metales pesados. apuntes para un curso pre simposio. universidad de panamá

Fuente Radiante

(lampara de catodo hueco)

Atomizador

(Nebulizador y Quemador)

MonocromadorDetector

AmplificadorRegistrador de presentacion

26

2.3 MARCO LEGAL Las Normas utilizadas para el desarrollo del muestreo que se realizaran en Punta Canoas donde son vertidas las aguas residuales domesticas de Cartagena por medio del emisario submarino después de hacerles un tratamiento primario son la NTC-ISO 5667/1:1995, NTC-ISO 5667/2:1995 y NTC-ISO 5667/3:1995 las cuales se explicaran con más detalle a continuación.

2.3.1 NORMA TECNICA COLOMBIA GESTION AMBIENTAL, CALIDAD DEL AGUA, MUESTREO, DIRECTRICES PARA EL DISEÑO DE PROGRAMA DE MUESTREO. NTC-ISO 5667/1:1995. 35

2.3.1.1 Requisitos Sin pretender enumerar todas las razones específicas para las que se requiere muestreo y programas de análisis, esas razones se p

evaluacion de metales pesados en aguas...

Documents