METALES PESADOS Y CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL EN

RELACIÓN CON EL RIEGO AGRÍCOLA

XVII CONGRESO NACIONAL DE IRRIGACIÓN La irrigación como política pública para la rentabilidad del campo

2-6 de septiembre de 2013, Puerto Vallarta, Jalisco

José Pedro Pérez Díaz

josepedro.perez@colpos.mx

INTRODUCCIÓN

Fig. 1. Distribución del agua en el mundo

oceanos 97.13 %

glaciares y casquetes

polares 2.24 %

agua subterranea 0.61 %

rios y lagos 0.02 %

Aunado a esto, el incremento en la población ha demandado grandes cantidades de agua, como consecuencia se han generado considerables volúmenes de aguas residuales (Rodríguez et al., 2009).

Como respuesta, en méxico se han construido varias plantas de tratamiento con el fin de prevenir la contaminación ambiental.

Debido a que el agua es uno de los factores limitantes para la producción en zonas áridas y semiáridas, se pretende incrementar la productividad del agua en el sector agropecuario mediante la reutilización del agua residual tratada (CONAGUA, 2007).

Sin embargo, una vez que las aguas residuales son tratadas, debe evaluarse su calidad y promover su reúso.

En este sentido, la calidad del agua para su uso en la agricultura, estará determinada por la concentración y tipo de constituyentes disueltos que contenga.

Otra consideración que se debe tener en cuenta, es el contenido de metales pesados, ya que estos pueden acumularse en la capa arable de los suelos agrícolas.

OBJETIVO

Determinar la concentración de los elementos cadmio (Cd), cobre (Cu), cromo (Cr), níquel (Ni), plomo (Pb) y zinc (Zn) en el efluente de la planta de tratamiento. Cuantificar la concentración de los iones calcio, magnesio, sodio, potasio, carbonatos, bicarbonatos, cloruros y sulfatos. Clasificar el agua del efluente de acuerdo con indicadores de salinidad y sodicidad (CE, SE, SP; RAS, PSI y CSR) estimados a partir de la composición iónica.

MATERIALES Y MÉTODOS

El presente trabajo de investigación se llevo a cabo en la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro ubicada en Buenavista, Saltillo, Coahuila.

Las muestras se tomaron en el efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales. El periodo de muestreo fue durante los meses de enero a julio de 2011.

Variables Método

Muestreo NMX-AA-003-SCFI-1980

Análisis de Cu, Cr, Cd, Ni, Pb y Zn; los cationes Ca, Mg, Na

y K

Espectrofotometría de absorción atómica de flama

Análisis de los aniones CO32-,

HCO3-, Cl-, SO4

2- Método volumétrico

(titulación)

pH NMX-AA-008-SCFI-2000

Conductividad eléctrica Puente de conductividad

Validación de los resultados

Las sales son eléctricamente neutras, por lo tanto, la suma de Cationes debe ser igual a la suma de Aniones.

Dado que nuestro trabajo de investigación solo contempla algunos iones, la suma de Aniones y Catines podrá presentar alguna ligera variación aceptable de hasta 5% (APHA, 1998).

E % =| cationesn

i=1 − anionesni=1 |

| cationesni=1 + anionesn

i=1 |× 100 (1)

La concentración de aniones y cationes, en todos los casos se expresó como mmolc L

-1 .

La calidad del agua se determino a partir de la CE y la composición iónica, con estas variables se estimaron los índices de salinidad efectiva, salinidad potencial, relación de adsorción de sodio y carbonato de sodio residual (Richards et al., 1954; Ayers y Westcot, 1987).

Cuadro 1. Resultados del análisis de metales pesados.

†LMP NOM: límites máximos permisibles establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-1996; ‡ND: no detectado

los valores encontrados de metales pesados, están dentro de los rangos aceptados en la NOM-001-SEMARNAT-1996 para considerarla como apta para riego agrícola. No obstante, Siebe (1994) encontró que los metales pesados tienden a acumularse en la capa arable de los suelos regados con estas aguas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Muestreo Cd Cu Cr Ni Pb Zn

----------------------------------------------- mg L-1 -----------------------------------------------

1 ND‡ ND 0.05 ND 0.1 ND

2 ND ND 0.05 ND 0.1 ND

3 ND ND 0.04 ND 0.1 ND

4 ND ND ND ND ND ND

5 ND ND 0.1 ND ND 0.1

6 ND ND ND ND ND 0.1

7 ND ND ND ND ND 0.1

LMP NOM† 0.1 4.0 0.5 2.0 0.2 10

Muestreo pH CE Ca2+ Mg2+ Na+ K+ CO3

2- HCO3- Cl- SO4

2- E

unidad dS m-1 -------------------------mmolc L-1-------------------------------- %

1 7.6 2.40 5.84 5.76 13.48 0.30 ND‡ 14.93 10.00 0.30 0.29

2 7.2 2.48 5.99 4.94 11.74 0.30 ND 12.72 9.60 0.54 0.23

3 7.4 2.48 5.89 4.94 11.30 0.30 ND 11.20 10.00 1.12 0.24

4 7.6 2.50 6.14 7.41 13.48 0.39 ND 14.72 12.00 0.50 0.35

5 7.6 2.40 5.24 8.23 13.04 0.53 ND 15.96 10.56 0.30 0.41

6 7.6 2.20 3.44 4.80 12.61 0.53 ND 11.64 9.50 0.20 0.10

7 7.8 2.26 3.59 5.30 13.00 0.38 ND 11.32 10.60 0.25 0.24

Promedio 7.5 2.38 5.16 5.91 12.66 0.39 ND 13.21 10.32 0.46 0.27

Cuadro 2. Resultados de la composición iónica del agua. ‡ ND: no detectado

Se obtuvieron valores de pH entre 7.2 y 7.8, lo cual, indica que el agua es ligeramente alcalina. Velázquez et al. (2002) encontraron pH entre 6.9 y 8.6, al respecto, menciona que en condiciones de pH mayores que 8.2, los iones de Ca2+ y Mg2+ se precipitan como carbonatos y la RAS aumenta. La CE medida, se encontró entre 2.20 y 2.50 dS m-1 a una temperatura de 298.15 K, de acuerdo con este indicador, el agua es considerada con salinidad muy alta; Velázquez et al. (2002) encontró valores de 1 a 3 dS m-1 en aguas residuales.

Muestreo SE Criterio SP Criterio

mmolc L-1 mmolc L

-1

1 13.78

Condicionada

10.15

No

recomendada

2 12.04 9.87

3 11.60 10.56

4 13.87 12.25

5 13.57 10.71

6 13.14 9.60

7 13.38 10.72

Cuadro 3. Índices de salinidad y clasificación.

El índice de SE presenta un valor mínimo de 11.60 mmolc L-1 y un máximo de

13.87 mmolc L-1, por lo cual, el agua se clasifica como condicionada para riego

agrícola. De acuerdo con el criterio de SP el agua no es recomendada para riego, ya que se tiene el riesgo de salinización del suelo cuando las sales quedan en solución a bajos niveles de humedad. Rodríguez et al. (2009) reportan los valores de SE y SP en meq L-1, en este estudio, se encontraron valores similares de SE.

Los resultados de RAS y PSI (Cuadro 4) indican que no se tiene peligro de sodificacion del suelo por el uso de esta agua, sin embargo, no se recomienda su uso en sistemas de riego por goteo por los resultados que se tienen del índice de CSR.

Cuadro 4. Índices de sodicidad y clasificación.

RAS Criterio PSI Criterio CSR Criterio

Muestreo mmolc L-1 mmolc L

-1 mmolc L-1

1 5.59

Baja en sodio

6.53

No sódica

3.33 No recomendada

2 4.87 5.59 1.79 Condicionada

3 4.69 5.35 0.37 Buena

4 5.59 6.53 1.18 Condicionada

5 5.41 6.30 2.49 No recomendada

6 5.23 6.07 3.40 No recomendada

7 5.39 6.28 2.42 No recomendada

Rodríguez et al. (2009) encontraron valores de RAS similares y clasifican el agua como de calidad aceptable.

CONCLUSIONES

De acuerdo con los resultados obtenidos bajo las condiciones de la presente investigación, se puede decir que la concentración de metales pesados es muy baja, sin embargo, la aplicación de esta agua, puede generar la acumulación de estos metales en el suelo a largo plazo. Debido a que el agua es altamente salina, se deben tener las precauciones necesarias en su aplicación en la agricultura. En cuanto a los valores de sodio que se encontraron, aunque este predomina en el agua, los indicadores de RAS y PSI no muestran riesgo de sodicidad dado que son aguas bajas en sodio. Por otra parte el índice de CSR indica que el agua no se recomienda para su uso en sistemas riego, principalmente por el riesgo de precipitación de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio, ya que estos pueden ocasionar taponamiento de los emisores.

Por la predominancia de los iones de sodio, bicarbonatos y cloruros, la composición del agua es de tipo bicarbonatada sódica y clorurada sódica. Finalmente, cabe mencionar que el uso de esta agua en la agricultura queda todavía restringido por no considerar en este estudio el aspecto microbiológico, además, es recomendable realizar estudios en el punto de uso y producto final que tenga contacto con estas aguas, de esta manera, evaluar directamente el efecto que pueda producir en los cuerpos receptores.

LITERATURA CITADA

.- Rodríguez O. J. C., J. L. García H., R. D. Valdez C., J. L. Lara M., H. Rodríguez F., C. Loredo O. 2009. Calidad agronómica de efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. Tropical and subtropical agroecosystems. 10 (3): 355-367

.- Comisión Nacional del Agua. 2007. Programa Nacional Hídrico 2007-2012. SEMARNAT. México.

.- Norma Mexicana NMX-AA-003-SCFI-1980. Aguas residuales, muestreo.

.- Norma Mexicana NMX-AA-008-SCFI-2000. Análisis de agua, determinación del pH. Método de prueba.

.- APHA. 1998. Standard methods for examination of water and wastewater. American public health association, American water works association y water pollution control federation. 20ª ed. Washington, D. C. EUA. 1 325 p.

.- Ayers R. S. y Westcot D. W. 1987. La calidad del agua en la agricultura. Estudio FAO riego y drenaje 29. Rev. 1. Roma, Italia. 174 p.

.- Richards L. A., L. E. Allison, J. W. Brown, H. E. Hayward, L. Bernstein, M. Fireman, G. A. Pearson, L. V. Wilcox, C. A. Bower, J. T. Hatcher y R. C. Reeve. 1954. Diagnóstico y rehabilitación de suelos salinos y sódicos. L. A. Richards, editor. Laboratorio de salinidad, departamento de agricultura de los Estados Unidos de América. 172 p.

.- Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996. Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales. .- Siebe, Ch. 1994. Acumulación y disponibilidad de metales pesados en suelos regados con aguas residuales en el distrito de riego 03, Tula, Hidalgo, México. Revista internacional de contaminación ambiental. 10 (1): 15-21. .- Velázquez M. M. A., H. M. Ortega E., A. Martínez G., J. Kohashi S., N. Garcia C. 2002. Relación funcional PSI-RAS en las aguas residuales y suelos del Valle del Mezquital, Hidalgo, México. Terra latinoamericana. 20: 459-464.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro por el financiamiento otorgado para la

realización de este trabajo a través de la dirección de investigación con el proyecto clave 2206,

y al personal del departamento: Ciencias del Suelo.

… Muchas gracias …