normatividad en méxico para concentraciones de metales bi ... · vanadio 78 1000. estudio de caso:...

Normatividad en México para pregular concentraciones de metales

d bi ólidpesados en biosólidos, agua para riego y sueloriego y suelo

Christina SiebeChristina Siebe

Instituto de GeologíaInstituto de GeologíaLaboratorio de Edafología Ambiental

IntroducciónIntroducción• Los metales pesados se consideran como

elementos potencialmente tóxicos dado que enelementos potencialmente tóxicos, dado que enconcentraciones relativamente bajas afectan a losseres vivos.

• Con el tiempo tienden a acumularse en los suelos,d d d d t l h i l lti lde donde pueden traslocarse hacia los cultivos y elacuífero y así entrar a la cadena alimenticia (Tiller,1989).)

LitogénicasF

Comportamiento de los metales en el ambiente

desechos agroquímicos industria automotores

Litogénicasantropogénicas: Fuentes:

Basura, compostaagua, lodo residualjalesplanta

quelatación materia orgánica

p

absorción

suelometales

solución

precipitación

adsorción

contenido de aguacontenido de sales

actividad

pH

pe

material parental lixiviación

adsorciónArcillasOxi-/hidróxidos

de Fe, Al, Mn

actividadmicrobiana

Temp

acuífero velocidad de infiltración profundidad del

nivel freáticoEn los ecosistemas los suelos funcionan como un sumidero para metales y son importantes reguladores de su biodisponibilidad

nivel freático

d d é l dNormatividad existente en México relacionada con concentraciones de metales pesados

1. NOM‐001‐SEMARNAT: descargas de aguas residuales a cuerpos de agua (y suelos bajo riego)cuerpos de agua (y suelos bajo riego)

2. NOM‐002‐SEMARNAT: descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado y municipales

3 NOM 004 SEMARNAT E ifi i d l d bi ólid3. NOM‐004‐SEMARNAT: Especificaciones de lodos y biosólidos

4. NOM‐087‐ECOL‐SSA1‐2002 (Residuos peligrosos;4. NOM 087 ECOL SSA1 2002 (Residuos peligrosos; clasificación y manejo).

5. NOM‐147‐SEMARNAT/SSA: Criterios para remediar sitios contaminados

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM‐147‐SEMARNAT/SSA1‐2004:

CONCENTRACIONES DE REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS

Contaminante Uso Uso industrialContaminante Uso agrícola/residencial /comercial (mg/kg)

Uso industrial(mg/kg)

Arsénico 22 260sé co 60

Bario 5 400 67 000

Berilio 150 1900

Cadmio 37 450Cromo Hexavalente 280 510

Mercurio 23 310

Níquel 1 600 20 000Plata 390 5 100a a 390 5 00Plomo 400 800

Selenio 390 5 100

Talio 5,2 67

Vanadio 78 1000

Estudio de caso:

Contaminación de suelos y cultivos por el riego con agua residual en elpor el riego con agua residual en el

Valle del Mezquital

C. Siebe, M. Chapela‐Lara y M. Cayetano‐Salazar

Riego con agua residual en el

Valle del Mezquital:

•>90,000 ha

40 3 1 id l i i•40 m3 s‐1 agua residual sin tratamiento

•+ 12 m3 s‐1 escurrimiento superficial

•Maíz y alfalfa

•Riego inició en 1912•Riego inició en 1912.

Suelos con capacidades filtro y amortiguadoras de medianas a altas y muy altas:

Rendzic/ mollic Leptosol

Haplic/calcaricPhaeozemHaplic/calcaricPhaeozem

Pellic/eutric Vertisol

Concentraciones en el agua de riegog g

NOM 001:Concentraciones en

l id lNOM-001: el agua residual(Siebe, 1994)

Pb < 5 0 mgL-1

( , )

Pb 0 1 mgL-1Pb < 5.0 mgL-1

Cu < 0.2 mgL-1

Pb 0.1 mgL 1

Cu 0.12 mgL-1

Zn < 2.0 mgL-1

1

Zn 0.34 mgL-1

Cd < 0 005 mgL-1Cd < 0.01 mgL-1 Cd < 0.005 mgL

0 20 40 60 800

Pb [mg kg -1 ]

00 1 2 3 4

Cd [mg kg -1 ]

Ap

416

2080

8080

8080416

40

20

40

20Ap

Ah1

Ah2Localidad:

65

80

6520

80

60

80

60Ah2

Ah3

Ulapa

TenhéBojayito

Ulapa-TetepangoSJBojay

Juandhó

Acumulación de metales d l l

Zn [mg kg -1 ]

100

profundidad [cm]

C [ k -1 ]

100

profundidad [cm]

Cw

El Salto

intervalo en suelos de temporal de la zona

Texcatepec

80 años bajo riego

pesados en los suelos en función del tiempo bajo riego (Siebe 1994)

20

00 50 100 150 200 250 300

Zn [mg kg 1 ]

20

00 10 20 30 40 50 60 70

Cu [mg kg -1 ]

Ap 4

16

20

65

8080

80

80

65

20

4

16

riego (Siebe, 1994).

60

40

60

40Ah1

Ah2

100

80

100

80Ah3

profundidad [cm]profundidad [cm]

Cw

Contenidos de metales pesados en la capa arable (0-20 cm) en función del tiempo bajo riego (Chapela-) p j g ( p

Lara, 2011)70

250

60

CuVR=0.3749t +12.834, R2 = 0.8690

CuPH=0.3120t + 9.729, R2 = 0.9813

CuLP=0.2642t + 13.082, R2 = 0.9131200

250

ZnVR=1.3898t + 52.1976, R2 = 0.8603

ZnPH=1.1541t + 43.5395, R2 = 0.9714

ZnLP=0.9520t + 59.4795, R2 = 0.8980

mg/k

g)

40

50

mg/k

g)

150

Cobre

(

20

30

Zin

c (m

100

10vertisoles

feozems

leptosoles

50 vertisoles

feozems

leptosoles

Tiempo bajo riego (años)

0 20 40 60 80 100 1200


0 20 40 60 80 100 1200

Tasa de acumulación: Vertisoles > Feozems > Leptosoles

Metales pesados totales en suelos y comparación con valores de referencia de lacomparación con valores de referencia de la

Unión Europea80 350

g/k

g)

60

g/k

g)

200

250

300

Cobre

(m

20

40

Zin

c (m

g

50

100

150

0

Cu = 0.3256t + 11.8547

0

50

100 3.5

Zn = 1.1770t + 53.02

(m

g/k

g)

60

80

o (

mg/k

g)

2.0

2.5

3.0

Plom

o

20

40

Cadm

io

0.5

1.0

1.5

Pb = 0.3119t + 22.5098 Cd = 0.0121t - 0.0243


0 50 100 150 200 2500


0 50 100 150 200 2500.0

Cd 0 0 t 0 0 3

Zn extractable con NH4NO3 de muestras de suelo (Cayetano-Salazar 2012):

150

ZnLP=0.5823t + 33.4155, R2=0.5525 ZnVR=0.3888t + 39.9761, R2=0.4857

(Cayetano-Salazar, 2012):

(g

kg-1

) 100

Zn

50

0

8 CdLP=0.0637t - 0.6895 , R2=0.7691 CdVR=0.04729t - 0.030, R2=0.9204

(g

kg-1

)

4

6

Cd

2

4

VertisolL t l

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

0Leptosol

Metales en tejido de alfalfa (Cayetano-Salazar, 2012)

0 25 Cd =0 0015t + 0 0441 R2=0 71080.20

Pb =0.0003t + 0.0844, R2=0.5712g

kg-1

)

0.15

0.20

0.25 CdLP

0.0015t + 0.0441, R 0.7108 Cd

VR=0.0011t + 0.0535, R2=0.8713

g kg

-1)

0 10

0.15

PbLP

0.0003t 0.0844, R 0.5712

PbVR

=0.001t + 0.0368, R2=0.5631

Cd

(mg

0.05

0.10

Pb (m

g

0.05

0.10

0.00 0.00

8

10 CuLP=0.0315t + 3.7699, R2=0.7399 CuVR=0.0154t + 4.6819, R2=0.4936

80

ZnLP

=0.0773t + 19.0355, R2=0.5729

u (m

g kg

-1)

4

6

n (m

g kg

-1)

25

30 ZnVR

=0.0610t + 19.3494, R2=0.4805

0 20 40 60 80 100 120

C

0

2

0 20 40 60 80 100 120

Zn

15

20

Vertisol Leptosol

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Metales en grano de maíz (Cayetano-Salazar, 2012)

0.008

0.010 CdLP=2.87e-5t + 0.0038, R2=0.4529

d (m

g kg

-1)

0.004

0.006

Cd

0 000

0.002

0.000

25

30

Zn (m

g kg

-1)

10

15

20

Z

0

5

10

Vertisol Leptosol

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Comparación con umbrales reportados por la OMS (1996)

Alfalfa:

Cd Pb Cu Zn Mn Fe

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg kg‐1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

0 02 0 02

En este estudio

0.02 –

0.23

0.02 –

0.26 3.5 – 8.3 13 – 31 24 – 60 60 ‐ 140

LMP (WHO, 1996) 0.5 10 20 50 30 1000

Grano de maíz (mg/kg):

Tratamiento Cu Zn Mn Pb Cd Fe

100 años

riego** 1.40 21 0.007

0 años riego** 1.72 17 0.003

LMP (WHOLMP (WHO,

1996) 20 50 30 10 0.5 1000

Conclusiones del estudio de caso:Conclusiones del estudio de caso:

• El consumo de alfalfa y grano de maíz no representa• El consumo de alfalfa y grano de maíz no representaactualmente un riesgo para la salud humana, debido a que lasconcentraciones de los metales Pb, Cd, Cu y Zn son menores al lí it á i i ibl t bl id l WHO 1996los límites máximos permisibles establecidos por la WHO, 1996.

• De seguir con esta práctica los contenidos de Cu, Zn y Pb enDe seguir con esta práctica los contenidos de Cu, Zn y Pb entejido de alfalfa rebasarían los LMP entre los 515 - 995, 400 -500 y 14 200 – 33 050 años de riego respectivamente.

El sistema de manejo actual no es sustentable a largo plazo:Entrada de metales > salida de metales (absorción por el Entrada de metales salida de metales (absorción por el

cultivo)

Concentración de metales en agua de riego que se tendrían que alcanzar para que el balance de masas sea de cero.

MetalVR LP

mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

Cu alfalfa 0.008 ± 0.0004 0.006 ± 0.001

Zn alfalfa 0.032 ± 0.002 0.025 ± 0.001

Pb alfalfa 1.06E‐4 ± 2.40E‐5 1.08E‐4 ± 5.49E‐6

Cu maíz 0 0018 ± 0 0002 0 0016 ± 0 0003Cu maíz 0.0018 ± 0.0002 0.0016 ± 0.0003

Zn maíz 0.025 ± 0.006 0.017 ± 0.003

Tiempo estimado en que se alcanzarían los LMP de metalesTiempo estimado en que se alcanzarían los LMP de metales pesados establecidos por la (WHO, 1996), si las

concentraciones de metales en el agua se mantienen a los ni eles act ales

VR LP

niveles actuales.

Metal

Tiempo (años)

Cd alfalfa 406 304

Cu alfalfa 995 515

Zn alfalfa 500 400

b lf lfPb alfalfa 14 200 33 050

C t ió d t l d i t d íConcentración de metales en agua de riego que se tendríaque alcanzar para que el balance de masas sea de cero,considerando que la concentración en los cultivos es igual alos límites establecidos por la WHO, 1996.

MetalVR LP

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L

Cu alfalfa 0.03 0.021

Zn alfalfa 0.075 0.053

Pb lf lf 0 015 0 011Pb alfalfa 0.015 0.011

Cu maíz 0.027 ± 0.004 0.020 ± 0.003

Zn maíz 0.067 ± 0.009 0.050 ± 0.008

NOM‐004:LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PARA METALES PESADOS EN BIOSOLIDOSLIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PARA METALES PESADOS EN BIOSOLIDOS

CONTAMINANTE EXCELENTES BUENOS mg/kg en(determinados en forma total)

mg/kg en base seca

BUENOS mg/kg en base seca

A é i 41 75Arsénico 41 75

Cadmio 39 85

Cromo 1 200 3 000

Cobre 1 500 4 300

Plomo 300 840

Mercurio 17 57e cu o

Níquel 420 420

Zinc 2 800 7500Zinc 2 800 7500

• Para alcanzar un equilibrio entre entradas y salidas en alfalfa dePara alcanzar un equilibrio entre entradas y salidas en alfalfa demanera inmediata las concentraciones de metales en el agua deriego tendrían que ser menores a 0.006 mg/L para Cu, menor a0.025mg/L de Zn y en plomo la concentración debería de ser menorg y pa 1.06e-4 mg/L. En maíz las concentraciones de Zn tienen que sermenores a 0.017 mg/L y en Cu menores a 0.016 mg/L.

• Es probable que estas concentraciones se logren una vez que operela macroplanta de tratamiento, sin embargo, se aplicarán entonceslos biosólidos a los sueloslos biosólidos a los suelos.

• Las NOM 004 y 147 permiten concentraciones que rebasani ifi ti t l l d f i i t i lsignificativamente los valores de referencia internacionales para

contenidos totales en suelo.

• Con contenidos en el suelo cercanos al LMP estipulado en la NOM147, los LMP en cultivos establecidos por la OMS se rebasarían.

E i li ifi l i id dEs necesario ampliar y especificar la normatividad mexicana relacionada con concentraciones de

l d i bi l bmetales pesados en matrices ambientales, sobre todo en el suelo, y con base en éstas establecer las

ól l i á i i iblno sólo las concentraciones máximas permisibles en agua/biosólidos/composta, sino sobre todo

l ( / i ) á i i id dlas cargas (masa/tiempo)máximas permitidas de los “mejoradores” de suelo.

¡GRACIAS POR SU ¡GRACIAS POR SU

ATENCIÓN!

Propiedades de los suelos (Siebe, 1994).p ( )

Property: Leptosols Phaeozems Vertisols pH (CaCl2) 6.86-8.09 7.44-8.02 6.86-8.38 Electric Conductivity [mS/cm]

0.41-3.13 0.49-3.4 0.28-2.22 (8.22-40.06)*

Soil Organic Matter [%] 1.7 - 3.3** 3.1-6.4

1.6-4.5 1.2-3.3 ** 3.8-5.5

CEC 20 2-26 3** 16 3-31 0 24 7-35 9**CEC [cmolc/kg]

20.2-26.328.3-35.4

16.3-31.0 24.7-35.936.9-43.5

Calcium Carbonate [%] 1.2-17.9 0.2-15.0 0-3.4 Clay [%]

18.6-39.0 10.5-33.9 34-60

Texture Sandy loam to sandy Sandy loam to clay Loamy clay to claye tu e Sa dy oa to sa dyclay loam

Sa dy oa to c ayloam

oa y c ay to c ay

* soils with groundwater table near the surface** soils under rain fed agriculture

Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

Fraccionamiento de metales pesados:


Aplicación de biosólidos a suelos:

En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 p gm3/s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada.

El tratamiento generaba 222 176 t de lodos

81% de éstos se vertían en cuerpos de agua

19% se trataban ‐> biosólidos/o incineraban


NORMA OFICIAL MEXICANA NOM‐147‐SEMARNAT/SSA1‐2004:

CONCENTRACIONES DE REFERENCIA DE CONTAMINANTES SOLUBLES

Contaminante Concentración (mg/L)

Arsénico 0 5Arsénico 0.5

Bario 10,000

Berilio 0.122

Cadmio 0.100

Mercurio 0.020

Níquel 1.100

Plata 0.500

Plomo 0 500Plomo 0.500

Selenio 0.100

normatividad en méxico para concentraciones de metales bi ... · vanadio 78 1000. estudio de caso:...

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