Recoleccion Hierro manganeso

DISTRIBUCIN, CONCENTRACIN Y ORIGEN DE HIERRO Y MANGANESO EN LAS AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERRNEAS DE LA CUENCA ALTA

Y MEDIA DEL RO SONORA, NOROESTE DE MXICO

Janeth RUELAS GONZLEZ y Rodrigo GONZLEZ ENRQUEZ

Instituto Tecnolgico de Sonora. Dpto. Ciencias del Agua y Medio Ambiente.5 de Febrero 818 Sur, C.P. 85000 Cd. Obregn,

Sonora. Tel/Fax: (644)4100923. E-mail: [email protected]; [email protected]

Palabras clave: Metales pesados, actividades mineras, calidad del agua.

RESUMEN En el Noroeste de Mxico, la cuenca del ro Sonora es de gran importancia para el estado de Sonora, ya que se concentra la mayor parte de la poblacin, hay un mayor desarrollo industrial y crecimiento econmico de la regin. Lo anterior ejerce una fuerte presin sobre los recursos naturales, principalmente el agua, cuya demanda est aumentando. El ro Sonora tiene como destino final las presas El Molinito y La Abelardo L. Rodrguez, esta ltima cuando dispone de almacenamientos apropiados ha sido utilizada para abastecer dos plantas potabilizadoras de la ciudad de Hermosillo, adems de la recarga de los pozos que estn en el acufero. La principal fuente de abastecimiento de agua para las poblaciones en la cuenca es el mismo ro Sonora y sus afluentes, permitiendo que se desarrollen las actividades agropecuarias, industriales y urbanas, para esto es necesario contar con efluentes que no representen un riesgo para la salud, sin embargo, estudios reportan la presencia de metales pesados en estas aguas, siendo una de las principales causas las actividades mineras que se desarrollan en la regin de Cananea, explotando metales como el Cu y Mo, as como la recuperacin de ciertos minerales como sulfuros de cobre, molibdeno, calcosita, calcopirita y molibdenita generando desechos industriales que contaminan aguas y sedimentos de los ros, as como zonas aledaas. Es por ello que se han encontrado concentraciones de metales pesados como Cu, Fe, Mn, Pb y Zn en los sedimentos del Ro Sonora obtenindose altas concentraciones de cobre, hierro y manganeso.

INTRODUCCIN

El agua es el solvente ms abundante, y es capaz de incorporar una gran cantidad de sustancias al estar en contacto con los terrenos por los cuales circula; es por eso que debido a las prcticas del uso de la tierra tienen impactos importantes, tanto en la disponibilidad como en la calidad de los recursos hdricos. Kiersch (2000) reporta que indirectamente, el uso de la tierra podra afectar las concentraciones de metales pesados, en las aguas superficiales y subterrneas, incrementando la movilidad de los metales de origen humano o geolgico en el suelo, adems que podran ser transferidos a las masas de agua mediante

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procesos erosivos. Navarro y Sabater (2004) comentan que los metales llegan a los cursos de agua a travs de mltiples vas. Mientras que una fraccin se retiene en suelos y sedimentos. Otra circula libremente por el agua de los ros, embalses y lagunas. Estudios de contaminacin por metales pesados que se realizan en cuerpos de agua, ya sean de origen natural o artificial, se considera prioritariamente el contenido de estos contaminantes en la fase acuosa. Los contaminantes inorgnicos que se detectan comnmente incluyen nitrato, sulfato cloro, hierro y manganeso, los cuales se pueden originar de muchas fuentes especialmente de las derivadas de la actividad minera (McQuillan et al., 2000). La exposicin de los minerales sulfurosos al aire, agua, procesos microbianos y oxidacin produce drenaje cido de mina, caracterizado por su alta acidez y a la alta cantidad de metales pesados disueltos, principalmente hierro, manganeso y aluminio (Gamonal, 2003). El 4.7% de la corteza terrestre est compuesta de hierro (Alonso et al. 2004). La concentracin de hierro en mantos acuferos puede variar de 1 g/L a 2 mg/L y puede tener su origen en minerales ferrosos de rocas y suelos; en cambio el manganeso se encuentra abundantemente en rocas metamrficas, sedimentarias y en una cantidad muy pequea de rocas gneas (Valdivia, 1997). Pia y Ramrez (2001) reportan que en Mxico y en el mundo gran parte de las fuentes de abastecimiento de agua subterrnea se ven afectadas por la presencia de hierro (Fe) y manganeso (Mn), los cuales se encuentran en forma soluble, que al oxidarse, ya sea al momento de la cloracin o con el oxgeno del aire, se precipitan generando un color oscuro que provoca un rechazo de los consumidores, manchan la ropa, obstruyen tuberas, accesorios y bombas. Hasta el momento no se conocen efectos nocivos para la salud de estos elementos, sin embargo, las concentraciones elevadas de manganeso pueden acelerar el crecimiento biolgico de ciertas bacterias del gnero Sphaerotilus y Leptothrix en los sistemas de distribucin y contribuir a los problemas de sabor y olor en el agua, as mismo aumentan la demanda de cloro u otros oxidantes aplicados en la desinfeccin. La presencia de hierro tambin origina incrustaciones duras -ms de 5 ppm pueden ser txicas para las plantas y ms de 0.5 ppm son nocivas o molestas-(Custodio y Llamas 1996, Madigan 2004). Estudios realizados por Alonso et al. (2004) encontraron concentraciones de 2.2 mg/L de hierro en el agua de abastecimiento en un municipio de Oaxaca, Mxico, los cuales se atribuyen fundamentalmente a la generacin de residuos orgnicos por la actividad agroindustrial de la zona. Adems Pia y Ramrez (2001) reportan la presencia de estos elementos en diferentes partes de Mxico en donde la concentracin, principalmente de manganeso, en el agua cruda ha llegado a ser de hasta 2.5 mg/L sobrepasando el lmite mximo permisible de 0.15 mg/L de manganeso y 0.3 mg/L de hierro, establecido por la NOM-127-SSA 1-1994 de agua para uso y consumo humano. En el Noroeste de Mxico la cuenca del Ro Sonora es de gran importancia estratgica para el estado de Sonora, debido a que en ella se concentra la mayor

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parte de la poblacin siendo el centro de mayor desarrollo industrial y crecimiento econmico. Lo anterior ejerce una fuerte presin sobre los recursos naturales, principalmente el agua, cuya demanda va en aumento, a la par del crecimiento descrito. Debido a lo anterior, la principal fuente de abastecimiento de agua para las poblaciones en la cuenca es el mismo Ro Sonora y sus afluentes, los ros Bacanuchi, San Miguel de Horcasitas y El Zanjn, los cuales sirven para que se desarrollen las actividades agropecuarias, industriales y urbanas (Gmez et al., 1990). Para satisfacer stas necesidades es necesario contar con efluentes que no representen un riesgo para la salud, sin embargo, algunos estudios reportan la presencia de metales pesados en el agua proveniente de estos ros, siendo una de las principales causas las actividades mineras que se desarrollan en la regin de Cananea, explotando principalmente metales como el Cu y Mo, as como la recuperacin de ciertos minerales como sulfuros de cobre, molibdeno, calcosita, calcopirita y molibdenita los cuales generan desechos industriales que contaminan aguas y sedimentos de los ros, as como de las zonas aledaas (SARH,1984 citado por Gmez et al.1990, Prez,1993). Es por ello, que estudios realizados por Gmez et al. (1993) han encontrado concentraciones de metales pesados como Cu, Fe, Mn, Pb y Zn en los sedimentos del Ro Sonora obtenindose altas concentraciones de cobre, hierro y manganeso. Actualmente el Ro Sonora tiene como destino final la presa Abelardo L. Rodrguez Lujn, la cual es utilizada como abastecimiento de agua de la ciudad de Hermosillo y alrededores, por un lado por medio de ella se recarga el acufero de los pozos de abastecimiento y por otro, se alimenta a dos plantas potabilizadoras de esta ciudad (Gmez et al., 1990). Por lo antes descrito Gmez et al. (1997) dice que se han hecho anlisis del agua de la presa antes mencionada para conocer la calidad del agua siendo los elementos encontrados como hierro, nquel y manganeso excedieron los lmites mximos permitidos, por lo que el agua de la presa no se puede considerar como adecuada para el abastecimiento de agua potable. Adems Villalba et al. (1997) menciona que las zonas de influencia de los ros Sonora y San Miguel son las que ms influyen en la concentracin de todos los metales pesados estudiados en este cuerpo de agua.

El objetivo de de este trabajo es determinar la distribucin y el origen del hierro y manganeso en las aguas superficiales y subterrneas de la cuenca alta y media del Ro Sonora. Para ello se llev a cabo un muestreo distribuido de la calidad de agua mediante las concentraciones de Fe y Mn, en relacin con la geologa y con las actividades antrpicas (principalmente minera).

MATERIAL Y MTODOS Localizacin del rea de estudio La cuenca del Ro Sonora se encuentra situada en la porcin centro-septentrional de Sonora y al oeste en la Regin Hidrolgica 9 (RHS, 1970); el rea total de la cuenca es de 28,885 km2. La parte alta y media de la cuenca, que corresponde a

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la superficie de la zona de estudio es de 21,185 km2, abarcando las subcuencas de los ros Sonora (12,615 km2, no incluye la parte baja de la cuenca que se localiza en la Costa de Hermosillo), El Zanjn (4,350 km2) y San Miguel de Horcasitas (4,220 km2), con una precipitacin media anual de 376 mm y una pendiente general que va, de fuerte en el extremo norte, a baja en el suroeste de la cuenca (INEGI, 1993). El ro Sonora inicia su recorrido en las cercanas de Cananea con rumbo general al sur hasta terminar en la presa Abelardo Rodrguez Lujan, al este de Hermosillo (SIGE, 2000). La zona Este del Distrito de Riego No. 51 se ubica en la parte baja de esta cuenca (ver Fig. 1).

Figura 1. Ubicacin del Estado de Sonora, Mxico y la cuenca del Ro Sonora con sus principales afluentes los ros Bacanuchi, San Miguel de Horcasitas y El Zanjn. El estudio incluye a los diferentes usos con el fin de tener una muestra representativa para las diferentes demandas, pero con un enfoque mayor para el consumo humano, debido al impacto que los metales contenidos en el agua pueden generar a la salud. Para representar a los acuferos profundos y someros, el estudio incluye una clasificacin de pozos y norias. Seleccin de los pozos El muestreo se realiz en 175 pozos, norias o manantiales. En stos se incluyeron a todos los pozos que abastecen de agua potable a las comunidades de la cuenca. Para asegurar un diseo representativo de todos los aprovechamientos de la zona de estudio, la muestra se distribuy espacialmente por toda la cuenca alta y media, considerando zonas de acuferos tanto someros como profundos.

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Toma de muestras Se establecieron dos perodos de muestreos durante el 2005: el primero antes de que iniciara el perodo de lluvias durante los meses de Septiembre-Octubre, y el segundo despus del perodo de lluvias, el cual corresponde a Noviembre-Diciembre; generndose 380 muestras para anlisis de metales (ver Fig. 2).

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a) Sitios de monitoreo de aguas superficiales y lluvias b) Sitios de monitoreo de agua subterrneas.

Figura 2. Localizacin de sitios de monitoreo de aguas superficiales y subterrneas en la cuenca del ro Sonora. El monitoreo 1 corresponde al perodo de lluvias (sept.-octubre de 2005) y el monitoreo 2 corresponde al perodo de estiaje (noviembre-diciembre de 2005).

Parmetros de Campo In situ, se midi Conductividad elctrica, pH, oxgeno disuelto y temperatura de las muestras de agua con un medidor multiparmetros modelo multi-340i, adems para la toma de las muestras se utiliz una sonda Bailer de PVC doble vlvula de 3.5X36 pulgadas. En el muestreo de los aprovechamientos de aguas subterrneas en donde se contaba con equipo de bombeo se hizo un purgado del triple del volumen de agua para que pudiera ser contenida en el ademe del pozo o noria y en los sitos donde no hubo equipo de bombeo se utiliz una bomba sumergible porttil para el purgado y colecta de las muestras. Esto se hizo para asegurar que la muestra fuera representativa de los acuferos. Algunas instancias como USA EPA (1982), NCASI (1982), Clasasen (1982), Gillham et al (1983); Barcelona et al (1985); EPRI (1987) Nielsen (1991) citados por Puls and Powel (1993) mencionan que para obtener una muestra lo ms representativa del ambiente subterrneo es necesario purgar los pozos, en la mayora de los casos esto con el fin de estabilizar los parmetros tales como CE y pH principalmente.

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Se colect un litro de muestra que fue envasada en botellas de plstico y preservada con cido ntrico de alta pureza (HNO3 para anlisis de metales) para mantener la muestra a un pH menor de 2 (AWRRC, 1995). Durante el transporte las muestras se mantuvieron refrigeradas (4 C). Anlisis de la calidad del agua La concentracin de Fe y Mn fue determinada por tcnicas de absorcin atmica mediante un espectrofotmetro SpectrAA 220 modelo Varian, con un lmite de deteccin de 0.002 ppm para Mn y 0.006 ppm para Fe.

RESULTADOS Y SU DISCUSIN En la Fig. 3 se puede observar que en los muestreos de agua superficial en el que monitoreo 1 que corresponde al inicio del perodo de lluvias se observa como en la parte alta de la cuenca los niveles en el contenido de hierro estn dentro de norma en comparacin con la parte baja, la cual corresponde a las presas de El molinito y La Abelardo L. Rodrguez en donde se aprecia una alta concentracin del metal quedando fuera de norma, la cual establece que la concentracin mxima permitida para hierro es de 0.3 mg/L segn la NOM-127-SSA 1-1994 de agua para uso y consumo humano, y los resultados que se obtuvieron fueron de 1.907 mg/L hasta 235 mg/L, estudios realizados por Villalba et al (1997) que en los sedimentos de la ltima presa anteriormente mencionada es esta zona la que ms influye en la concentracin de metales pesados, seguida por la desembocadura de los ros Sonora y San Miguel y en menor grado por la zona industrial. Adems se observa una tendencia a concentrarse los metales mayormente en meses correspondientes a cualquiera de los perodos principales de lluvia (verano o invierno). Una vez que se ha terminado el perodo de lluvias en el monitoreo dos se observa la mayor concentracin del metal en la parte alta en donde hay un mayor problema con metales pesados obtenindose concentraciones de 1.558 mg/L y de hasta 80.525 mg/L estas concentraciones pueden deber a que en la parte norte de la cuenca se encuentra la mayor concentracin de minas y una de las principales es la Compaa minera de Cananea la cual posee una baja capacidad de almacenamiento, lo cual ocasiona que rebase su lmite de capacidad al recibir los desechos provenientes de los diferentes procesos de extraccin, por lo que sus excedentes son liberados al cauce del ro Sonora y Bacanuchi, as mismo es importante aadir las precipitaciones pluviales que se presentan en sta zona, incluyendo algunas nevadas con sus respectivos deshielos Gmez et al.(1990). Los resultados que se aparecen en la Fig. 4 corresponde al muestreo de agua subterrnea, en el monitoreo 1 se puede ver la elevada concentracin de hierro en la parte alta de la cuenca con una concentracin de 12.35 mg/L y en la parte baja de la misma se obtuvo una concentracin de 0.423 mg/L. Al finalizar el perodo de lluvias se observa una zona ms amplia que rebasa los lmites permitidos en las zonas antes mencionadas, si bien las cantidades determinadas no llegan hasta los valores anteriormente mencionados, estos si rebasan lo establecido siendo estos valores de 2.797 mg/L.

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SIMBOLOGA




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a) Monitoreo 1 al inicio del perodo de lluvias b) Monitoreo 2 al trmino del perodo de lluvias

Figura 3. Hierro, Fe mg/L en agua superficial.

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Figura 4. Hierro, Fe mg/L en agua subterrnea En la Fig. 5 el comportamiento del manganeso es parecido al del hierro, ya que se sobrepasa el lmite de 0.15 mg/L segn la NOM-127-SSA 1-1994 de agua para uso y consumo humano, este lmite se rebas al obtenerse valores de 1.413 mg/L. En el monitoreo 2 al concluir el perodo de lluvias la concentracin de manganes

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neso se excede en la parte alta obtenindose valores desde 0.596mg/l que a pesas sobre pasan la norma hasta 42.910 mg/L. En la Fig. 6 el contenido de Mn en el perodo del monitoreo 1 los valores alcanzados fueron desde 0.146 mg/L (sobre pasa ligeramente la norma) hasta 0.41 mg/L. En comparacin con el monitoreo 2 al finalizar el perodo de lluvias el cual registr una expansin de la mancha contaminante con registro de 5.80 mg/L.

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Figura 5. Manganeso, Mn mg/L agua superficial

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Figura 6. Manganeso, Mn mg/L agua subterrnea

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REFERENCIAS

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