evaluacin preliminar de contaminantes en escurrimientos pluviales

EVALUACIÓN PRELIMINAR DE CONTAMINANTES EN ESCURRIMIENTOS
PLUVIALES EN LA CIUDAD DE TIJUANA BAJA CALIFORNIA.
José Luis MIJANGOS M. y Fernando T. WAKIDA K.
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja
California, Tijuana Baja California.
Calzada Universitaria # 14418, Mesa de Otay, Tijuana Baja California C.P.
22390, Tel. 01 664 6821033, Fax. 01 664 6822790
[email protected]
Palabras clave: escurrimientos pluviales, nitratos, fosfatos, correlación, demanda
química de oxígeno
RESUMEN
Este trabajo se realizó buscando encontrar indicios del grado de contaminación
producido por los diferentes usos del suelo. De inicio fue condicionado por la
corta temporada de lluvias en Baja California, por lo que se seleccionaron 5
sitios de muestreo en un primer evento conjunto que después se amplio a 8
sitios en eventos posteriores, todos distribuidos por la zona este de la ciudad y
clasificados como residenciales, comerciales e industriales, para cuantificar la
concentración de una gama de aniones inorgánicos en agua de escurrimientos
pluviales y medir algunos parámetros fisicoquímicos relacionados. La primera
recolección se llevó a cabo en octubre del 2005, en un inicio temprano de la
temporada de lluvias seguida de cuatro recolecciones más en los meses de
noviembre del 2005, febrero marzo y abril del 2006 en los finales de la
temporada. Las muestras fueron analizadas mediante un espectrofotómetro y un
digestor de la marca Hach. De acuerdo a los resultados obtenidos se
encontraron en todos los sitios concentraciones variadas de sulfatos, algunas
apreciables (30.0-5600.0 mg/L), fosfatos (0.24-24.6 mg/L), nitratos (0.1-7.3) así
como una demanda química de oxigeno con un amplio rango (414.0-3085.0) y
se midieron otros parámetros. Es notable el hecho de que contrario a lo
esperado algunos parámetros no tienden a disminuir. El estudio indica cierto
grado de contaminación antropogénica.
INTRODUCCIÓN
La ciudad de Tijuana es en la actualidad una urbe muy dinámica con una tasa
de crecimiento poblacional muy alta, el número de empresas que se asientan en
ella va en aumento constante, y más aún el número de sus habitantes. El parque
vehicular crece día a día por la facilidad de adquirir autos usados. Este
crecimiento anárquico, conlleva el aumento de sustancias contaminantes del
ambiente, entre estas aquellas producidas por los diferentes usos de suelo ya
que en la ciudad abundan las gasolineras, talleres mecánicos y llanteras así
como zonas industriales. Debido a que la temporada anual de lluvias en la
región es muy corta, la presencia de sustancias contaminantes en el aire y los
1
suelos de la ciudad de Tijuana puede apreciarse mejor en los escurrimientos
pluviales iniciales que las arrastran.
Aunque existen algunos estudios sobre los niveles de contaminación alcanzados
en el arroyo Alamar (que cruza la ciudad de Tijuana) y también algunos estudios
sobre la contaminación atmosférica, no se conocen estudios realizados en
escurrimientos de agua de lluvia en zonas urbanas de la ciudad, si
consideramos su alto crecimiento industrial y poblacional, es indispensable
entonces conocer el estado actual de la diseminación de sustancias
contaminantes.
OBJETIVO
Evaluar los niveles de ciertos aniones considerados como contaminantes en
agua de escurrimientos pluviales así como de algunos parámetros fisicoquímicos
relacionados.
MATERIALES Y MÉTODOS
En este trabajo, se seleccionaron inicialmente 5 sitios de muestreo que
posteriormente se ampliaron a 7 y finalmente a 8, distribuidos en la zona este de
la ciudad, clasificándolos como gasolineras, residenciales, comerciales e
industriales, se eligieron cinco eventos pluviales (inicio dos intermedios y final de
temporada de lluvias) para una mejor comparación de resultados. Se tomaron
muestras de 250 ml de escurrimientos pluviales con botellas de plástico
(polipropileno) limpias, enjuagando los frascos varias veces con el agua a
muestrear antes de tomar la muestra procurando no dejar burbujas de aire en su
interior. Las muestras fueron colocadas en hielo y mantenidas en un refrigerador
(5 OC ) para su posterior análisis, no almacenándolas por más de siete días (48
horas máximo para los nitratos). Cada muestreo se acompaño con un blanco de
campo (botella con agua destilada). Las muestras previamente filtradas y a
temperatura ambiente se analizaron midiendo la conductividad y los sólidos
totales disueltos (STD) con un equipo de la marca HACH contra una muestra de
agua destilada (conductividad 5.8 μS/cm, STD 2.3 mg/L), el pH se determinó con
un potenciómetro Corning Scholar 425 calibrado para cada evento con dos
soluciones amortiguadoras (pH 4 y 7). Los demás parámetros se determinaron
utilizando equipo y reactivos de la marca HACH; espectrofotómetro DR-4000,
reactor para demanda química de oxígeno (DQO). Para el análisis de nitratos se
seleccionó el método 8171 HACH (método de reducción de cadmio) que es
utilizado para un rango medio de concentración (0.1 a 10.0 mg/L NO3-). Para los
sulfatos se seleccionó el método 8051 HACH que es sensible en el rango de 2 a
70 mg/L de SO4-2 diluyendo adecuadamente las muestras antes de la aplicación
del método. Los fosfatos se determinaron utilizando uno de dos métodos
elegidos; 8190 para concentraciones bajas (0.06 a 3.50 mg/L PO4-3) y 10127
para concentraciones mayores (1.0 a 100.0 mg/L PO4-3) dependiendo de la
concentración esperada y diluyendo las muestras previamente. La DQO se
determinó en muestras no filtradas homogenizadas, utilizando el método 8000
2
HACH (método de digestión con reactor) y haciendo las diluciones previas
apropiadas.
RESULTADOS
Los resultados obtenidos en las cinco recolecciones se muestran en las
siguientes tablas.
Tabla I. Evento realizado el día 17 de octubre de 2005
PARAMETROS
CONDUCTIVIDAD
(mS/cm)
Solidos Totales
Disueltos (g/L)
Temperatura (oC)
NITRATOS (mg/L)
SULFATOS
(mg/L)
Demanda Química
de Oxígeno (mg/L)
FOSFATOS
(mg/L)
ALTABRISA1
20 DE
NOVIEMBRE2
INDUSTRIAL
OTAY3
BLV.
INDUSTRIAL4
BLV.
BELLAS
ARTES4
2.97
1.18
0.76
0.29
0.15
1.50
0.59
0.38
0.15
0.58
18.4
2.9
18.7
< 0.3
19.4
< 0.3
20
1.4
20.3
2.7
630
49
53
47
79
2135
1330
811
276
2950
11.65
3.44
2.41
0.84
2.4
1.- sitio residencial
2.- sitio comercial
3.- sitio industrial
4.- gasolineras
Tabla II. Evento realizado el día 10 de noviembre de 2005
1.12 1.47 1.25 0.83 0.89
0.52 0.74 0.63 0.42 0.45
7.62 7.28 7.44 7.82 7.7
<
<
<
4.2
4
1.9
0.1
0.1
0.1
5600 900 3100 3100 2200 900
MISION DE LAS
CALIFORNIAS1
BLV. GATO
BRONCO4
SULFATOS (mg/L)
Demanda Química de Oxígeno
(mg/L)
FOSFATOS (mg/L)
BLV.
INSURGENTES4
NITRATOS (mg/L)
BLV. BELLAS
ARTES4
2.24
1.15
7.38
IND. OTAY3
ALTABRISA1
CONDUCTIVIDAD (mS/cm)
Solidos Totales Disueltos (g/L)
pH
20 DE
NOVIEMBRE2
PARAMETROS
0.77
0.39
7.60
< 0.1
1700
1172
414
293
2045 3085
435
2005
16.6
0.42
3.3
15.5
0.24
0.34
0.41
3
Tabla III. Evento realizado el día 27 de febrero de 2006
BLV. BELLAS
ARTES4
4
BLV. GATO
BRONCO4
BLV. GATO
BRONCO
OTAY4
RAMPA BUENA
VISTA1
0.7
1.04
0.66
5.17
4.9
0.32
0.87
7.56
7.42
6.07
18.75
10.28
7.18
6.94
7.04
3.5
140
6.87
3.1
260
6.71
4
150
7.79
< 0.1
1400
7.8
0.9
440
7.25
< 0.1
30
7.31
7.3
160
2050 1630 2507.5 2267.5
537
1432 1240
1.65
2.64
1.45
3.6
4.9
BLV.
INSURGENTES
BLV.
INDUSTRIAL4
CONDUCTIVIDAD
(mS/cm)
Solidos Totales Disueltos
(g/L)
pH
NITRATOS (mg/L)
SULFATOS (mg/L)
Demanda Química de
Oxígeno (mg/L)
FOSFATOS (mg/L)
20 DE
NOVIEMBRE2
PARAMETROS
24.6
5.05
1.- sitio residencial
2.- sitio comercial
3.- sitio industrial
4.- gasolineras
Tabla IV. Evento realizado el día 10 de marzo de 2006
BLV. BELLAS
ARTES4
4
BLV. GATO
BRONCO4
BLV. GATO
BRONCO
OTAY4
RAMPA BUENA
VISTA1
0.38
0.09
0.43
0.96
0.73
0.06
0.77
0.2
0.06
0.22
0.49
0.38
0.04
0.39
5.56
0.4
90
5.36 5.34
0.3 < 0.1
11
100
5.96
1.7
230
5.97
1.4
170
5.59
0.2
20
5.43
0.9
210
430
162.5 1112.5
1.85
0.12
452.5
90
2.5
0.08
BLV.
INSURGENTES
BLV.
INDUSTRIAL4
CONDUCTIVIDAD
(mS/cm)
Solidos Totales Disueltos
(g/L)
pH
NITRATOS (mg/L)
SULFATOS (mg/L)
Demanda Química de
Oxígeno (mg/L)
FOSFATOS (mg/L)
20 DE
NOVIEMBRE2
PARAMETROS
1175 3897.5
2.9
2.61
1.81
4
Tabla V. Evento realizado el día 04 de abril de 2006
RAMPA BUENA
VISTA1
MISION DE LAS
CALIFORNIAS1
CONDUCTIVIDAD (mS/cm) 0.26 0.23 0.35 1.72 1.59
Solidos Totales Disueltos
0.14 0.13 0.18 0.87 0.83
(g/L)
6.01 6.02 5.9 5.84 6.03
pH
<0.1 0.9 <0.1 5.7
1.4
NITRATOS (mg/L)
0
0
20
490
290
SULFATOS (mg/L)
Demanda Química de
355 170 840 2825 707.5
Oxígeno (mg/L)
1.2
1.0
5.6 3.35
7.9
FOSFATOS (mg/L)
BLV. GATO
BRONCO
OTAY4
BLV. GATO
BRONCO4
BLV.
INSURGENTES4
BLV. BELLAS
ARTES4
BLV.
INDUSTRIAL4
20 DE
NOVIEMBRE2
PARAMETROS
0.29
0.62
0.81
0.15
0.32
0.42
6.21
5.96
5.91
<0.1
0.7
< 0.1
10
130
270
505
2.4
1332.5 1587.5
4.8
13.8
1.- sitio residencial
2.- sitio comercial
3.- sitio industrial
4.- gasolineras
DISCUSIÓN
Para la selección de sitios de muestreo se tomaron en cuenta las siguientes
consideraciones a) sitios posiblemente mas contaminados; gasolineras con
trafico intenso, pluviales en sitios industriales, b) sitios medianamente
contaminados; pluviales en áreas comerciales con trafico elevado, c) sitios poco
contaminados; pluviales en áreas residenciales mayormente con tráfico local
moderado. Se monitorearon cinco eventos pluviales separados esperando
encontrar diferencias significativas relacionadas con el uso del suelo y con el
hecho de una mayor limpieza de este conforme avanzara la temporada de
lluvias. Algunos sitios no pudieron muestrearse durante todos los eventos por la
combinación del relieve y la poco agua de lluvia caída en el área, se presentan
un conjunto de figuras que muestran el comportamiento de las concentraciones
de los contaminantes en tres sitios con diferente uso de suelo, estos son: 20 de
noviembre (comercial), Bellas Artes (gasolinera) y rampa Buena Vista
(residencial). En las figuras 1, 2 y 3 se muestra el comportamiento de la
conductividad y los STD de los tres sitios observando una tendencia a la
disminución de acuerdo a lo esperado y a pesar de que entre el evento 2 y 3
hay un intervalo de 109 días. La presencia de nitratos en bajas concentraciones
en todos los sitios puede deberse a que este anión, muy soluble en agua haya
sido transportado en la atmósfera por la humedad del aire y depositado en el
suelo por la lluvia (Fig. 4). En los demás gráficos correspondientes a otros
5
parámetros se observan variaciones que pueden estar relacionadas con
contaminación antropogénica, por ejemplo se observa en el sitio Bellas Artes
una correlación apreciable entre los niveles de fosfatos y sulfatos lo que sugiere
una fuente común para ambos contaminantes en ese punto(Fig. 5).
1.4
1. 4
1.2
1. 2
1
1
0.8
1
CONDUCTIVIDAD
(mS/cm)
2
Solidos Totales
Disueltos (g/L)
0.6
3
0.4
CONDUCTIVIDAD
(mS/cm)
Solidos Disueltos
Totales (g/L)
0.8
0.6
0.4
4
0.2
5
0.2
0
0
EVEN T OS P LU VI A L ES
E V E NT OS P LUV I ALE S
Fig. 1 Sitio 20 de Noviembre
Fig. 2 Sitio Bellas Artes
4.5
4
1
0.9
3.5
0.8
3
0.7
2.5
CONDUCTIVIDAD
(mS/cm)
0.6
0.5
Solidos Disueltos
Totales (g/L)
0.4
20 de noviembre
Bellas Artes
2
1.5
1
0.3
0.5
0.2
0
0.1
EVENTOS PLUVIALES
0
EVENTOS PLUVIALES
Fig. 3 Sitio Buena Vista
Fig. 4 Comportamiento de los nitratos en dos
de los sitios
6
18
16
y = 0.0037x + 3.1988
R2 = 0.8093
FOSFATOS (mg/L)
14
12
10
8
6
4
2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
SULFATOS (m g/L)
Fig. 5 Correlación entre fosfatos y sulfatos en el sitio Bellas Artes
Mientras que en el sitio 20 de noviembre (comercial) no se observa correlación
(Fig. 6) y en el sitio Buena Vista (residencial) la línea de correlación aunque
buena, presenta una pendiente negativa, esto es que mientras uno de los
contaminantes tiende a aumentar el otro disminuye (Fig. 7).
4
6
3.5
5
y = -0.0008x + 2.1142
R2 = 0.0715
2.5
F O S F A T O S (m g /L )
F O S F A T O S ( m g /L )
3
2
1.5
1
4
3
y = -0.0402x + 10.582
R2 = 0.8111
2
1
0.5
0
0
0
200
400
600
800
1000
SULFATOS (mg/L)
Fig. 6 Sin correlación entre fosfatos
y sulfatos en el sitio 20 de
noviembre
0
50
100
150
200
250
SULFATOS (mg/L)
Fig. 7 Correlación entre fosfatos y
sulfatos en el sitio Buena Vista
7
CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos se encontraron en todos los sitios
concentraciones de nitratos( 0.1-7.3 mg/L) bajo los limites internacionales
permisibles (nivel máximo 10 mg/L como N, USEPA), otros en cambio como los
sulfatos (30.0-5600.0 mg/L) y los fosfatos ( 0.24-24.6 mg/L) los rebasan en
varios sitios (nivel máximo 250 mg/L SO4-2, USEPA; 5 mg/L como P, Comunidad
Económica Europea) así como valores de pH (6.7- 7.8), conductividad (0.83-5.17
mS/cm ) y demanda química de oxígeno ( 414.0-3085.0 mg/L). Estos valores
indican cierto grado de contaminación.
El estudio mostró que las concentraciones de algunos de estos parámetros son
altas en varios sitios y que su valor de sitio en sitio no disminuye
apreciablemente de un evento pluvial a otro, si no que son necesarias varias
lluvias para observar una disminución aunque no su desaparición, los valores
son indicativos de una contaminación temprana lo que sugiere un constante
monitoreo para mejor control de sus emisiones.
BIBLIOGRAFÍA
Makepeace, D. K., Smith, D. W., Stanley, S.J. (1995). Urban Stormwater
Quality: Summary of Contaminant Data. Critical Reviews in Environmental
Science and Technology. 25 (2): 93-139.
Bradford, W. L.. (1977). Urban Stormwater pollutant loadings: a statistical
summary through 1972. J. Water Pollut. Control Fed.,. 49 (4): 613.
(2002) water Analysis Handbook, HACH Company, Loveland, Colorado,
U.S.A. 61p, 579-584p, 743-749p, 875-886p, 965-969p
8