SYM13

METALES PESADOS, Pb Y Zn, EN PST Y PM10 DERIVADOS DE LOS JALES DE
LAS MINAS EN PARRAL.
Dr. Luis Miguel Rodríguez Vázquez1*, M.C. María del Carmen Hernández Esparza, Ing.
Luis Manuel Sáenz Macías1, Lic. Ever Ulyses Torres Carrillo1, Dr. Alfredo Campos
Trujillo2, Q. Silvia Miranda2, Ing. Jorge Iván Carrillo Flores2, y Dr. Eduardo Herrera
Peraza2*
1
2
Instituto Tecnológico de Parral
Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV), Chihuahua
*[email protected]; [email protected]
RESUMEN
Para evaluar la calidad del aire en la zona Suroeste de Parral, donde se encuentran uno
de los depósitos de jales de mayor tamaño en la ciudad, se llevo a cabo una campaña
de monitoreo de PST y PM10 con equipos de alto volumen, comprendida del 23 de
Marzo al 8 de Mayo del 2010. Con base en lo establecido en el Código de Regulaciones
Federales de la EPA (40CFR50), se seleccionó el sitio de monitoreo identificado como
“Maquila”. Se analizó el contenido de metales pesados, Pb y Zn, mediante la técnica de
Espectrometría de Emisión por Plasma (ICP). Las concentraciones de PST y PM10
observadas oscilan entre 36 y 331 µg/m3 para PST y, entre 19 y 154 µg/m3 para PM10;
superiores, en varios eventos, a lo establecido en la NOM-025-SSA1-1993. La mayor
concentración de partículas y metales pesados, se detectó el 23 de Abril, motivada por
la erosión de los depósitos de jales. Las concentraciones para PST, PM10, plomo en
PST, y plomo en PM10, fueron 331.73 µg/m3, 154 µg/m3, 0.2681 µg/m3 y 0.1063 µg/m3
respectivamente, en un período de 24h. El plomo detectado en PM10 y PST rebasa de
forma significativa el promedio diario (0.017 µg/m3) del límite de 1.5 µg/m3 establecido
por la EPA para un período de 3 meses, representando un riesgo potencial para la
salud de la población.
Palabras Clave: Metales pesados, Jales mineros, Calidad del aire
INTRODUCCION
Hidalgo del Parral se encuentra ubicado en 26°56’ de latitud Norte y 105°40’ longitud
Oeste a una altitud de 1,652 metros sobre el nivel del mar, en la parte centro Sur del
estado de Chihuahua; tiene una superficie de 1,751 kilómetros cuadrados que
representa el 0.71% de la extensión territorial del Estado. Su territorio es accidentado,
presentando extensiones planas, con las características de la mesa central y lomeríos
continuos y bajas serranías, entre las que se encuentran las de San Patricio, Beta
Grande, El Potrero y Boca Grande y algunos cerros aislados, llamados del Pulpito, La
Cruz, La Iguana, El Sombrero y otros más. Su clima se clasifica como semi-húmedo y
templado, con una temperatura máxima de 36°C y una mínima de -12°C. La
precipitación pluvial media anual es de 489 milímetros con un promedio de 72 días de
lluvia y una humedad relativa de 48%. Los vientos dominantes provienen del suroeste.1
Por décadas la principal actividad económica de la región ha sido la minería, la cual ha
generado grandes residuos derivados de sus procesos.
Hasta hace unos años la minería generaba aproximadamente el 65% de los residuos
industriales que se producían en México2.
Los metales pesados son considerados como elementos traza con una representación
menor al 0.1% en la corteza terrestre, pero de una alta toxicidad, y vida media también
elevada, llegando a alcanzar periodos de entre 1000 y 3000 años de semivida en climas
templados3. Estos metales tienden a acumularse en la superficie del suelo que es
accesible al consumo de las raíces de los cultivos 4. Las plantas cultivadas en suelos
contaminados por lo general absorben más oligoelementos y la concentración de estos
en los tejidos vegetales a menudo está directamente relacionada con su abundancia en
la tierra, específicamente en la condiciones húmedas 5. Concentraciones excesivas de
metales en el suelo podría afectar la calidad de los alimentos, la seguridad de la
producción agrícola, y la calidad ambiental 6.
Los jales son tóxicos para los organismos vivos y son inhibidores de factores ecológicos
afectando el crecimiento de las plantas y el desarrollo de la vida en general 7. El polvo
de los jales mineros puede afectar la salud humana debido a sus características físicas,
además el polvo contiene substancias que son potencialmente peligrosas. Esto se debe
a que algunos contaminantes son más bio-accesibles que otros, y tienen un mayor
potencial para causar problemas de salud 8.
Durante varios meses y en diferentes temporadas del año, se presentan en Parral
varios eventos de vientos fuertes que favorecen el arrastre eólico y la dispersión de
material particulado proveniente de los depósitos de jales de las minas en parral y los
cuales representan una de las principales fuentes de emisión de partículas en la ciudad
con contenido de metales pesados que pueden significar un riesgo potencial para la
salud de la población.
Hasta antes de esta investigación no se contaba con información acerca de la situación
de contaminación del aire por metales pesados en Parral, por lo que, a través de este
estudio se pretende establecer las bases para la generación de información más amplia
referente a este tema, que incentive la generación de propuestas para la solución del
problema.
METODOLOGÍA
Plan de Muestreo
Basados en el Código de Regulaciones Federales de la Agencia de Protección
Ambiental de los Estados Unidos (CFR 40), se seleccionó el sitio de muestreo
identificado como “MAQUILA”, ubicado en la parte Sur-Oeste de la Ciudad, en 26.9258º
Latitud Norte, y 105.696268º Longitud Oeste. La ubicación de los equipos de alto
volumen se encuentra a una distancia de 1.3 Km, aproximadamente, de la principal
fuente de emisión de partículas de la zona (Depósitos de Jales).
Figura 1. Ubicación del Sitio de Muestreo y de los Depósitos de Jales
La toma de muestras se llevó a cabo cada tres días, utilizando como referencia el
calendario de muestreo propuesto por la EPA. El período de muestreo comprendió los
días del 27 de Marzo al 8 de Mayo de 2010, colectándose un total de 15 muestras por
equipo de captación. En el sitio de muestreo se instalaron dos equipos de Alto Volumen,
uno con cabezal para muestreo de Partículas Suspendidas Totales (PST) y uno más
con cabezal para muestreo de Partículas respirables (PM10).
Acondicionamiento y Pesaje de Filtros
Se utilizaron filtros Whatman de Fibra de Cuarzo (FC) de 8’’ por 10’’. Los filtros fueron
sometidos a un proceso de acondicionamiento, antes y después del muestreo, 40% de
Humedad Relativa, y 25ºC, durante un período de 24 horas.
Montaje y Calibración de los Equipos de Alto Volumen
Los equipos fueron instalados y calibrados de acuerdo a las especificaciones marcadas
en la NOM-035-ECOL-1993 y en el Método EPA IO2.1.
Determinación de las concentraciones de Metales Pesados por la Técnica de
Espectrometría de Emisión por Plasma.
Las concentraciones de Plomo y Zinc fueron determinadas utilizando un equipo de
Espectrometría de Emisión por Plasma con detector de masas (ICP-MS), Thermo
Electron.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Concentración de Partículas en el aire
Las concentraciones de material particulado, PST y PM10, supera los promedios
anuales y mensuales establecido como Límites Máximos Permisibles (LMP) por la
NOM-025-SSA1-1993.
3
PST CONCENTRACION DE PST (µg/m )
3
LMPMA LIMITE MAXIMO PERMISIBLE - MEDIA ANUAL (75 µg/m )
3
LMP24h LIMITE MAXIMO PERMISIBLE - 24 h (210 µg/m )
NOM-025-SSA1-1993
MAQUILA
350
3
CONC. PST (µg/m )
300
250
200
150
100
50
-10
02-a
br-10
05-a
br-10
08-a
br-10
11-a
br-10
14-a
br-10
17-a
br-10
20-a
br-10
23-a
br-10
26-a
br-10
29-a
br-10
02-m
ay-10
05-m
ay-10
08-m
ay-10
30-m
ar
27-m
ar
-10
0
PERIODO DE ANALISIS
Figura 2. Concentraciones de PST y LMP según la NOM-025-SSA1-1993.
200
180
3
CONC. PM10 (µg/m )
160
3
PM10 CONCENTRACION DE PM10 (µg/m )
3
LMPMA LIMITE MAXIMO PERMISIBLE - MEDIA ANUAL (50 µg/m )
3
LMP24h LIMITE MAXIMO PERMISIBLE - 24 h (120 µg/m )
NOM-025-SSA1-1993
MAQUILA
140
120
100
80
60
40
20
27-m
ar-10
30-m
ar-10
02-a
br-10
05-a
br-10
08-a
br-10
11-a
br-10
14-a
br-10
17-a
br-10
20-a
br-10
23-a
br-10
26-a
br-10
29-a
br-10
02-m
ay-10
05-m
ay-10
08-m
ay-10
0
PERIODO DE ANALISIS
Figura 3. Concentraciones de PM10 y LMP según la NOM-025-SSA1-1993.
Durante los primeros días del análisis las concentraciones se mantienen relativamente
bajas debido a la presencia de precipitación pluvial previa al proceso de monitoreo,
principalmente en los días comprendidos entre el 11 y 20 de abril, sin embargo el 23 de
abril se presenta un episodio de vientos moderados, lo suficientemente fuertes para
ocasionar el levantamiento de material particulado de los depósitos de jales, con lo que
se incrementa de manera importante la concentración de partículas en el aire, tanto
para PST como para PM10, al igual que los contenidos de los metales pesados en
dichas partículas. El fenómeno de erosión se evidencia en el análisis grafico que se
realizó de las concentraciones del material particulado Vs. Intensidad del Viento y que
se muestra en la siguiente figura
160
INTV INTENSIDAD DEL VIENTO (m/s)
140
8
120
6
100
80
4
60
3
INTENSIDAD DEL VIENTO (m/s)
3
CONCPART CONCENTRACION DE PM10 (µg/m )
MAQUILA
CONC PM10 (µg/m )
10
40
2
20
02-M
ay-10
05-M
ay-10
08-M
ay-10
29-A
br-10
26-A
br-10
23-A
br-10
20-A
br-10
17-A
br-10
14-A
br-10
11-A
br-10
08-A
br-10
05-A
br-10
30-M
ar
27-M
ar
-10
02-A
br-10
0
-10
0
PERIODO DE ANALISIS
Figura 4. Análisis de las Concentraciones de PM10 Vs. Intensidad del Viento.
Concentración de Metales Pesados en Aire
0.20
3
140
0.18
0.16
120
0.14
100
0.12
0.10
80
0.08
60
0.06
40
0.04
0
0.00
02-A
br-10
05-A
br-10
08-A
br-10
11-A
br-10
14-A
br-10
17-A
br-10
20-A
br-10
23-A
br-10
26-A
br-10
29-A
br-10
02-M
ay-10
05-M
ay-10
08-M
ay-10
0.02
30-M
ar-10
20
27-M
ar-10
3
CONCENTRACION DE PM10 (µg/m )
3
Pb CONCENTRATION DE Pb (µg/m )
MAQUILA
3
PM10 CONCENTRATION DE PM10 (µg/m )
CONCENTRACION DE Pb (µg/m )
160
PERIODO DE ANALISIS
Figura 5. Análisis de las Concentraciones de Pb Vs. PM10.
El comportamiento de las concentraciones detectadas para los metales pesados,
mantiene una estrecha relación con el del material particulado en los días con
condiciones de vientos más fuertes, cuando se produce la erosión, lo cual nos
proporciona indicios para suponer que los metales pesados detectados y el material
particulado en sus fracciones de PST y PM10, provienen de la misma fuente.
Los grados de correlación entre los metales y las dos fracciones de partículas
suspendidas van del 77% para la relación con PM10, hasta 86% para el caso de las
PST. Esto nos indica una clara relación entre las PST y el Plomo y el Zinc, a diferencia
de la comparación con PM10 en la que se presenta un mayor grado de error.
Es importante resaltar que los porcentajes de correlación se ven favorecidos por el
comportamiento presentado en los días 23 y 29, sin poder establecer una relación en
los días anteriores del proceso, por la ausencia o baja concentración de los metales
pesados en proceso de estudio.
El plomo es bioacumulable y representa un riesgo potencial importante de daños a la
salud del ser humano al existir la posibilidad de ser ingerido, inhalado o absorbido vía
dérmica. Se tiene conocimiento de que la constante ingesta y acumulación de plomo en
el organismo puede llegar a causar efectos drásticos en órganos como hígado, cerebro,
bazo y médula ósea9. El Código de Regulación Federal de la EPA establece un Límite
Máximo Permisible de Plomo en aire de 1.5 µg/m3. En las siguientes figuras se observa
la comparación de los datos observados durante el proceso de muestreo con el
parámetro establecido por el 40 CRF 50 10.
0.12
1.5
3
PbPM10 Pb EN PM10 (µg/m )
LMP DE Pb EN AIRE
3
1.5 (µg/m )/3meses
0.10
3
CONC. Pb (µg/m )
0.08
0.06
0.04
0.02
-10
02-a
br-10
05-a
br-10
08-a
br-10
11-a
br-10
14-a
br-10
17-a
br-10
20-a
br-10
23-a
br-10
26-a
br-10
29-a
br-10
02-m
ay-10
05-m
ay-10
08-m
ay-10
30-m
ar
27-m
ar
-10
0.00
PERIODO DE ANALISIS
Figura 6. Concentración de Plomo en PM10 Vs. LMP EPA 40 CFR 50.
Las concentraciones de Plomo en PM10 (0.1063 µg/m3), así como en PST (0.2681
µg/m3), corresponden a un período de muestreo de 24h, mientras que el límite
establecido por el CFR está determinado para un período de tres meses. Tomando
como base de comparación el promedio diario para el límite de 1.5 µg/m3/3 Meses que
establece la EPA (0.017 µg/m3), es posible dimensionar la influencia de los eventos de
emisión de partículas de los depósitos de jales, en las concentraciones de plomo en el
aire.
3
PbPM10 Pb EN PARTICULAS PM10 (µg/m )
0.12
3
PROM PROMEDIO DIARIO DE Pb EN AIRE (0.017 µg/m )
EPA 40 FCR 50
0.11
0.10
0.09
3
CONC. Pb (µg/m )
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
-10
02-a
br-10
05-a
br-10
08-a
br-10
11-a
br-10
14-a
br-10
17-a
br-10
20-a
br-10
23-a
br-10
26-a
br-10
29-a
br-10
02-m
ay-10
05-m
ay-10
08-m
ay-10
30-m
ar
27-m
ar
-10
-0.01
PERIODO DE ANALISIS
Figura 7. Concentración de Plomo en PM10 Vs. Promedio diario referido al LMP EPA 40
CFR 50.
CONCLUSIONES
Se logro establecer el panorama general planteado al inicio de la investigación en
referencia al contenido de metales pesados en partículas suspendidas en el aire en
Hidalgo del Parral, Chihuahua.
Las condiciones meteorológicas, intensidad y dirección del viento permitieron reconocer
las zonas más susceptibles de ser afectadas por la dispersión de dichos contaminantes
a partir de la principal fuente de emisión identificada como los depósitos de jales de la
mina la Esmeralda.
Estas zonas se ubican hacia la parte Norte y Noreste del punto de emisión. Cuando los
vientos circulan en dirección contraria uno de los puntos de principal afectación dados
los altos contenidos de metales pesados como plomo y zinc en el aire, es la presa
Parral, ubicada en dirección Suroeste de los jales lo cual debe ser cuidadosamente
analizado ya que este cuerpo de agua representa una de las principales fuentes de
abastecimiento de agua potable a toda la parte Oeste de la ciudad.
Es evidente que la precipitación pluvial juega un papel importante en la atenuación de
las concentraciones de material particulado suspendido en la atmosfera y con ello de
los metales pesados derivados no solo de los depósitos de jales sino también de
algunas otras posibles fuentes aún no identificadas.
La evidencia visual y los resultados obtenidos del análisis de las muestras colectadas,
aunado a las relaciones establecidas entre las concentraciones de metales pesados y
las partículas suspendidas, confirman que para este periodo de análisis y la zona en
que se llevo a cabo el experimento, la principal fuente de emisión es representada por
los depósitos de los jales.
Las comparaciones realizadas con los parámetros establecidos con la normatividad
vigente, para el caso de partículas suspendidas y el Plomo, revelan un problema que
puede derivar en afectaciones a la salud de la población y de su entorno bajo
condiciones meteorológicas específicas.
AGRADECIMIENTOS
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT) por haber
proporcionado los fondos para el desarrollo de este trabajo; al Centro de Investigación
en Materiales Avanzados (CIMAV) de la Ciudad de Chihuahua por el soporte técnico y
científico, así como por su hospitalidad; a los alumnos de la carrera de Ingeniería
Química del Instituto Tecnológico de Parral, que colaboraron en los procesos de
monitoreo.
REFERENCES
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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