Evaluación de la movilidad del plomo y zinc en depósitos

EVALUACION DE LA MOVILIDAD DE PLOMO Y ZINC EN DEPOSITOS SECOS
ATMOSFERICOS EN EL NORTE DE LA CIUDAD DE MEXICO
1
Julio Flores Rodriguez, 2Mabel Vaca Mier, 1 Raymundo López Callejas, 1Abelardo
González Aragón, 1Raúl Hachec Luna y 3Maricela Hernández Tavera
1
Universidad Autónoma Metropolitana, Azcapotzalco, División de CBI, Departamentos
de C. Básicas y Energía, Avenida San Pablo 180, Delegación Azcapotzalco, 02200
México D.F., Tel. 53-18-90-42, Fax 53-18-90-42, E-mail jfr@hp9000a1.uam.mx .
2
Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Ingeniería, Grupo de
Tratamiento y Reúso, Ciudad Universitaria, México, D. F., 04510
3
Centro Interdisciplinario de Investigación y Estudios sobre Medio Ambiente y
Desarrollo-IPN, Av. Othón de Mendizabal 485, Col. Nva. Industrial Vallejo, 07700
México D.F., Tel. 55-86-93-70, Fax. 57-52-08-18, E-mail maricelahdz@starmedia.com
RESUMEN
Las muestras estudiadas fueron polvos atmosféricos depositados en los techos de la
Unidad Azcapotzalco de la Universidad Autónoma Metropolitana en la Delegación
Azcapotzalco. Se llevaron acabo 6 campañas de muestreo en 1996 y 4 en 1999. Para
la determinación de metales totales, las muestras fueron digeridas con mezcla de
HNO3-HClO4 (10:1), los análisis se llevaron acabo por espectroscopía de absorción
atómica. Se encontraron concentraciones de plomo entre 400 y 550 mg/kg, valores
inferiores a los reportados para polvos recolectados en la calle del mismo sitio. En el
caso del zinc se obtuvieron concentraciones entre 1000 y 2000 mg/kg, valores
superiores a los reportados para polvos de la calle. La movilidad de los metales se
llevó acabo utilizando el método de extracciones consecutivas. El perfil del plomo
mostró que 20 % del plomo total se solubiliza a pH 5.5, que es el que corresponde a
los eventos de lluvia ácida; alrededor del 50 % se moviliza en condiciones reductoras.
En zinc mostró una mayor movilidad, 50 % de este metal se solubiliza a pH 5.5. La
baja proporción de plomo y zinc en la fracción residual muestra el origen
antropogénico de estos metales en los depósitos secos atmosféricos.
INTRODUCCIÓN
La contaminación por metales pesados es uno de los problemas más graves que se
presentan las zonas urbanizadas debido al carácter tóxico y la persistencia de estos
compuestos (Albert, 1997). En zonas con alto grado de urbanización, como la Ciudad
de México, existen múltiples fuentes de emisión de metales al ambiente. Los vehículos
de motor emiten cantidades de metales en forma de partículas, ya sea durante la
combustión de los carburantes, por corrosión de las piezas metálicas, mediante la
degradación de las llantas o durante la fuga de aceites lubricantes (Morrison, 1985).
Las industrias de pinturas y las no ferrosas también son fuentes importantes de
metales particulados. Los metales emitidos a la atmósfera pueden quedarse
suspendidos en el aire por tiempos más o menos largos en forma de aerosoles o bien
precipitarse, esto depende del tamaño y densidad de las partículas. Las partículas
atmosféricas contaminadas con metales pueden ser arrastradas durante las lluvias
(deposito húmedo) o bien depositarse en los techos de las construcciones (depósitos
secos) o sobre las calles. En la ciudad de México se han llevado acabo algunos
estudios de metales en aerosoles (Salazar et al., 1981) y en polvos recolectados en las
calles (Flores y Thévenot, 1998), sin embargo, existe poca información sobre los
metales contenidos en los depósitos secos. En este trabajo se presentan los
resultados del estudio de plomo y zinc en depósitos secos recolectados en el norte de
la Ciudad de México.
METODOLOGÍA
Sitio de estudio y muestreo
Las muestras fueron recolectadas en el techo del Edificio B de la Unidad Azcapotzalco
de la Universidad Autónoma Metropolitana, que se encuentra localizada en la
Delegación Azcapotzalco en el norte de la Ciudad de México, en el cruce del Eje 5
Norte y avenida San Pablo. En la tabla I se encuentran las características del aforo
vehicular del sitio.
Tabla I. Características del sitio de estudio.
EJE
Autos/hora
2,479
Microbuses/hora
295
Autobuses/hora
297
Motocicletas/hora
10
Camiones/hora
193
Bicicletas
Uso del suelo
Flora
1
tránsito
eucaliptos
Se llevaron a cabo dos campañas de muestreo una en el mes de noviembre de 1995
(16, 22, 26, 29 y 30) y otra en 1999 (26 de abril, 21 de mayo, 21 de junio y 8 de julio).
Las muestras fueron recolectadas utilizando una aspiradora de mano y transportadas
al laboratorio en bolsas de polietileno. Las muestras fueron tamizadas en malla de 1
mm para eliminar las macropartículas, secadas a 100 C durante 3 horas y guardadas a
4 C hasta antes de tratarlas y analizarlas.
Limpieza de material y preparación de muestras
Todo el material fue lavado de acuerdo con el método reportado por Flores (1988). Se
emplearon reactivos suprapuros Merck y agua destilada y deionizada. Para la
extracción de los metales se procedió a una digestión con HNO3-HClO4 conforme al
método descrito por Flores y Thévenot (1988).
Esquema de especiación
Se utilizó el esquema de especiación descrito por Flores (1992), el cual se resume en
la tabla II.
Tabla II. Esquema de especiación
FRACCIÓN (SÍMBOLO)
REACTIVOS
Hidrosoluble (HIDRO)
Agua a pH 7
Intercambiable (INTER)
Acetato de amonio a pH 7*
Acido-soluble (AS)
Acetato de sodio a pH 5 con ácido acético
Reducible (RED)
NH2 OH en ácido acético al 25 %
Oxidable (OXI)
H2O2/HNO3 /Acetato de amonio
Residual (RES)
HNO3/HClO4
Análisis de las muestras
Se determinaron las concentraciones de plomo, cobre y manganeso por
espectroscopia de absorción atómica (espectrofotómetro Varian Spectra 200), por el
método de flama y utilizando curvas de calibración. En la tabla III se muestran los
límites de detección experimentales y las incertidumbres analíticas. Todas las
muestras se trataron por duplicado.
Tabla III. Límites de detección e incertidumbre analítica.
Metal
Límite de detección
Incertidumbre analítica
(mg/L)
(%)
Plomo
0.1
1.07
Cobre
0.03
0.60
Manganeso
0.02
1.63
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Metales Totales
Plomo
En la tabla IV se presentan los resultados obtenidos de las concentraciones de plomo
total. Ahí se observa que los resultados obtenidos en cada campaña son
homogéneos, alrededor de 500 mg/kg y 120 mg/kg para las campañas de 1995 y
1999 respectivamente. En 1999 se aprecia una disminución considerable de las
concentraciones de plomo con respecto a 1995. Esto puede deberse a las condiciones
meteorológicas, ya que la campaña de 1999 se llevó acabo durante la época de
lluvias. De hecho, entre el 29 y 30 de noviembre de 1995 ocurrió un evento pluvial lo
que probablemente explica la disminución de la concentración.
Tabla IV. Plomo total (mg/kg) en depósitos secos atmosféricos
en el norte de la Ciudad de México.
1995
1999
Noviembre 16
519 ± 0.37
Abril 26
101 ± 1.66
Noviembre 22
513 ± 8.44
Mayo 21
143 ± 1.21
Noviembre 26
538 ± 67.4
Junio 8
No se realizó
Noviembre 29
509 ± 2.03
Junio 21
121 ± 5.44
Noviembre 30
431 ± 66.9
Julio 8
133 ± 5.21
Estos valores son más elevados que concentraciones reportadas para partículas de
suelos no contaminados en Canadá, 25 mg/kg (Canadian Council of Ministers of the
Environment, 1991) y en Holanda, 30 mg/kg (Ministry of Housing, 1991), lo que
muestra el origen antropogénico del metal. En Polonia se ha reportado un promedio de
356 mg/kg en depósitos secos (Kozark et al., 1993). Las concentraciones de Pb en los
depósitos secos tienden a ser menores que las observadas en polvos de la calle.
Hernández y Domínguez, (1994) reportaron de 400 y 1000 mg/kg y García y Ramírez
(1999) han encontrado 473, 1237, 948, 1292 mg/kg en polvos de algunas calles de la
Ciudad de México.
Zinc
En la tabla V se muestran los resultados obtenidos de la concentración total de zinc en
las muestras recolectadas. A diferencia del plomo, se observa que los datos ya no son
tan homogéneos ni en 1995 ni en 1999. Sin embargo, se aprecia una disminución de
las concentraciones de este metal en el último año, debido, probablemente al efecto de
las lluvias. Hernández y Domínguez (1995) reportaron, en polvos de la calle,
concentraciones de zinc entre 400 y 700 mg/kg y García y Ramírez (1999) valores
entre 450 y 100 mg/kg. Estos valores tienden a ser inferiores a los encontrados en este
trabajo para los depósitos secos, lo que indica, que los polvos atmosféricos son una
fuente importante de contaminación por zinc.
Tabla V. Zinc total (mg/kg) en depósitos secos atmosféricos
en el norte de la Ciudad de México.
1995
1999
Noviembre 16
1719 ± 124
Noviembre 22
1296 ± 2.013 Mayo 21
863 ± 32.8
Noviembre 26
1490 ± 1.93
Junio 8
No se realizó
Noviembre 29
1511 ± 16.6
Junio 21
697 ± 25.4
Noviembre 30
1112 ± 128
Julio 8
1088 ± 124.6
Abril 26
870 ± 26.3
Especiación de metales tóxicos
El estudio de especiación sólo se llevó acabo en las muestras recolectadas en 1995.
Plomo
En la Figura 1 se muestran los resultados obtenidos de la especiación del plomo
contenido en los depósitos secos atmosféricos Ahí se aprecia que los perfiles de
especiación de los días 16, 22, 26 y 29 de noviembre son muy similares. Se observa
que alrededor del 25 % del plomo se encuentra en la fracción ácido-soluble, lo que
significa que 25 % del plomo total en los depósitos secos podría solubilizarse por un
efecto de lluvia ácida. Alrededor del 50 % de este metal se encuentra en la fracción
reducible, es decir, la proporción de plomo que se liberaría en condiciones reductoras,
como puede ser su estancia en el drenaje cuando estos polvos son arrastrados por las
aguas de lluvia y que posteriormente decantan en los ductos del drenaje. Es
importante señalar que menos del 20 % del plomo se encuentra en la fracción residual
que es la más estable, lo que indica el carácter antropogénico de este metal.
La muestra del 30 de noviembre es diferente a las otras, su perfil de especiación indica
que 60 % del plomo se encuentra en la fracción ácido-soluble y el resto en la fracción
reducible, esto significa que este metal es potencialmente más móvil en esta muestra
que en las demás. Esta diferencia podría deberse al efecto de la lluvia sobre las
partículas atmosféricas.
100%
HIDRO
INT
AS
RED
OXI
RES
90%
80%
Porcentaje
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Nov 16
Nov 22
Nov 26
Nov 29
Nov 30
Fecha
Figura 1. Especiación de plomo (%) en depósitos secos atmosféricos.
El perfil de especiación del plomo en los depósitos secos atmosféricos es diferente al
reportado por Flores et al. (1998) para los polvos de la calle, en este caso presenta
alrededor del 10 % del plomo en las fracciones hidrosoluble e intercambiable, además,
alrededor del 50 % de este metal se localiza en la fracción ácido soluble, es decir, que
por un efecto de lluvia ácida se movilizaría más del 50 % del plomo contenido en este
tipo de muestras.
Zinc
En la figura 2 se muestran los resultados de las especiación de zinc en los depósitos
secos atmosféricos. Ahí se aprecia que los perfiles de especiación del zinc son muy
similares entre sí para los diferentes días. A diferencia del plomo se observa que más
del 25 % del zinc se encuentra en la fracción intercambiable y alrededor del 40 % en la
fracción ácido-soluble, lo que significa una movilización del 75 % zinc total por un
efecto de lluvia ácida. Es importante señalar que menos del 10 % se encuentra en la
fracción residual.
HIDRO
100%
INT
AS
RED
90%
80%
Porcentaje
70%
OXI
RES
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Nov 16
Nov 22
Nov 26
Nov 29
Nov 30
Fecha
Figura 2. Especiación (%) de zinc en depósitos secos atmosféricos
CONCLUSIONES
Los depósitos secos atmosféricos presentan concentraciones importantes de plomo y
zinc, estos polvos contaminados representan un riesgo para la salud considerando que
pueden ser ingeridos directamente o bien contaminar los alimentos que se expenden
en las calles sin ninguna protección. Por otro lado también representan un riesgo para
el ambiente debido a que pueden ser arrastrados por el agua durante la lluvia o bien
depositarse sobre la flora y el suelo.
Los resultados de la especiación tanto de plomo como el zinc muestran una alta
movilidad de estos metales bajo condiciones de acidez ligera, por lo que los eventos
de lluvia ácida no sólo representan un problema por su carácter corrosivo, sino
también pueden liberar al ambiente cantidades importantes de plomo y zinc,
contenidos en los depósitos secos atmosféricos.
REFERENCIAS
Albert, L. (1997). Introducción a la Toxicología Ambiental, Centro Panamericano de
Ecología Humana y Salud - OPS - OMS - Gobierno del Estado de México
Canada Council of Minsters of the Environment (1991) Interim Canadian Environmental
Quality Criteria for Contaminated Sites. Report CCMEEPC-534, Winnipeg, Manitoba
Flores, J. y Thévenot (1988). Etude de spéciation chimique des métaux lourds dans les
eaux pluviales: toxicité et traitabilité. Etude de faisabilité, UPVM-RESEAU-CONACyT,
84 p
Flores, J. (1992). Les métaux tóxiques dans les eaux pluviales en milieu urbain:
Caracteristiques physico-chimiques. Tesis de doctorado, Universidad Paris XII-Val de
Marne, Francia, 229 p.
Flores, J., Vaca, M., López, R. y Barceló, M. (1998). Caracterización de metales
tóxicos en polvos de la Ciudad de México, Rev. Int. Contam. Ambient:, 14(2), 93-100.
García, A. y Ramírez, L. (1999) Modelo del aforo vehicular y la contaminación de
polvos de las avenidas con metales tóxicos, Proyecto Terminal de Ingeniería
Ambiental, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, 73 páginas y anexos.
Hernández, T. y Domínguez, J. (1995) Evaluación de la aportación por diversas
fuentes de metales contenidos en polvos de zonas urbanas de la Delegación
Azcapotzalco, Proyecto Terminal de Ingeniería Ambiental, Universidad Autónoma
Metropolitana-Azcapotzalco, 115 páginas y anexos.
Kozark, Z., Niecko, J. y Kozark, D. (1993) Precipitation of heavy metals in the Leczna Wlodawa Lake region, The Science of the Total Environment, 133, 183-192.
Ministry of Housing, Physical Planning and Environment, Directorate General for
Environmental Protection (Netherlands) (1991). Environmental Standars for soil and
Water, Leidschendam.
Morrison, G. M. P. (1985). Metal speciation in urban runoff. Tesis de Doctorado,
Middlesex University, Londres. 316 p.
Salazar, S., Bravo, J. L. y Falcón, Y. (1981). Sobre la presencia de algunos metales
pesados en la atmósfera de la ciudad de México. Geof. Int. 20, 41-54.
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