estudio de caracterizacion charcas de oxidacion de juncos

ESTUDIO DE CARACTERIZACION
CHARCAS DE OXIDACION DE
JUNCOS
MUNICIPIO DE
JUNCOS, PUERTO RICO
Preparado por:
CSA G r o u p
CSA Group
Marzo 2007
TABLA DE CONTENIDO
1.0
INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................................1
2.0
DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DEL PROYECTO.........................................................................3
2.1
METODOLOGÍA ...........................................................................................................................6
2.2
OBJETIVOS....................................................................................................................................7
3.0
DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN MUESTREO ...........................................8
3.1
AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS.......................................................................8
3.1.1
CHARCAS DE OXIDACIÓN........................................................................................................9
3.1.2
RÍO...................................................................................................................................................9
3.1.3
AGUAS SUBTERRÁNEAS .........................................................................................................11
3.2
SUELO Y SEDIMENTOS............................................................................................................11
3.2.1
CHARCAS DE OXIDACIÓN......................................................................................................13
3.2.2
RÍO.................................................................................................................................................14
3.2.3
ALREDEDORES ..........................................................................................................................14
4.0
DISCUSIÓN SOBRE ORÍGENES NATURALES DE COMPUESTOS INORGÁNICOS ...16
5.0
CONCLUSIONES.........................................................................................................................21
6.0
RECOMENDACIONES...............................................................................................................24
7.0
REFERENCIAS ............................................................................................................................25
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Concentraciones de Elementos en Suelo de Trasfondo (ASTM DS-64)
Tabla 2. Concentraciones naturales de Arsénico en Rocas, Suelos y Sedimentos
(Smedley & Kinniburgh, 2002)
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.
Localización de Estudio de Caracterización
Mapa Geológico de Estudio de Caracterización
Resultados de Muestreo de Agua
Resultado de Muestreo de Suelo
LISTA DE APÉNDICES
Apéndice A. Documento de la EPA
Apéndice B. “Final Juncos Oxidation Ponds Sampling Activities Report”
(ERTEC 2006)
1.0
Introducción
Desde la década del 1960, la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados (AAA) ha
identificado al Río Valenciano como una fuente de abasto de agua para la Región Este
Central de Puerto Rico. Desde entonces, la AAA ha llevado a cabo estudios que
demuestran la viabilidad de construir una represa en el Río Valenciano y de crear un
sistema seguro de almacenamiento.
En la década del 1970, la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados de Puerto Rico
(AAA) adquirió una propiedad de aproximadamente 600-acres, localizada entre los
barrios Ceiba Sur y Valenciano de los Municipios de Juncos y Las Piedras,
respectivamente. Esta propiedad fue adquirida como parte de los terrenos a ser inundados
en el proyecto del Embalse en el Río Valenciano.
Posteriormente, la AAA pospuso el desarrollo de esta reserva y alquiló una porción de
estos terrenos a los dueños anteriores, permitiendo la construcción y operación de dos (2)
charcas de oxidación para uso agrícola, en una extensión de terreno de aproximadamente
2.8 cuerdas. Investigaciones posteriores conducidas por la AAA y la Junta de Calidad
Ambiental (JCA) demuestran que en estas charcas se depositaron desperdicios
industriales, en violación a las leyes y reglamentos federales y estatales.
En el año 2000, la Autoridad para el Financiamiento de la Infraestructura (AFI)
comisionó iniciar el proceso de planificación ambiental para la construcción de la represa
del Río Valenciano, como parte del Proyecto Acueducto Regional del Este Central. La
AFI comisionó a la compañía ERTEC realizar un estudio detallado de las condiciones
existentes en el área donde ubican las charcas de oxidación y sus alrededores. El estudio
se realizó para determinar el grado y la extensión de los impactos ambientales de suelo y
agua, como producto de las actividades descritas anteriormente. El propósito principal de
este estudio, titulado “Sampling and Analysis Report for Juncos Oxidation Pond
(ERTEC, 2000)”, consistió en identificar y cuantificar los impactos en el suelo,
sedimentos, sub-sedimentos, agua superficial y aguas subterráneas, que pudieran afectar
los recursos de agua potable del área. El estudio reveló que existe contaminación menor
de los sedimentos con metales y concentraciones altas de nutrientes y orgánicos en las
aguas. Este estudio encontró que la mayoría de los compuestos analizados no excedieron
los niveles de acción (“action levels”) establecidos por la Agencia de Protección
Ambiental Federal (EPA, por sus siglas en inglés), por lo que no se consideró un
problema mayor.
En el 2004, la Región 2 de la Agencia de Protección Ambiental Federal (EPA, por sus
siglas en ingles) comisionó a la Junta de Calidad Ambiental (JCA) a realizar una
inspección del área de las charcas de oxidación, con el propósito de caracterizar las
condiciones existentes en el lugar. Este estudio, realizado por la JCA en el 2004,
consistió en muestrear y analizar suelo, sedimentos, sub-sedimentos, agua de las charcas
de oxidación y sus alrededores. Este lugar fue incluido en el pre-listado de la EPA de
lugares contaminados. Luego de una evaluación de los resultados de la investigación de
1
la JCA, la División de Superfondo de la EPA removió el lugar de las charcas de
oxidación del pre-listado de áreas contaminadas (Apéndice A).
En 2006, a solicitud de la JCA, y con el propósito de confirmar los resultados anteriores
utilizando un protocolo de muestreo y análisis aprobado por la propia JCA, se realizó otro
programa de muestreo en esta área. Basándonos en los resultados del muestreo de
ERTEC del 2000 y el de la JCA en el 2004, se prepara el presente Estudio de
Caracterización.
2
2.0
Descripción del Área del Proyecto
El área bajo estudio ubica en el Barrio Ceiba Sur del Municipio de Juncos. La Figura 1,
presenta el plano de localización del lugar. Esta facilidad cubre un área aproximada de
2.8 cuerdas. En el área se encuentran unas estructuras de hormigón abandonadas y dos
charcas de oxidación.
En el pasado las estructuras encontradas fueron utilizadas como clínica veterinaria y en
las charcas de oxidación se depositaban los desperdicios productos del manejo de esta
clínica, mayormente agrícolas. Sin embargo, los dueños anteriores permitieron el
depósito de desperdicios industriales, provenientes de industrias donde se
manufacturaban refrescos y comestibles.
Las características físicas del área del proyecto se discuten a continuación:
Topografía
La topografía del área es mayormente accidentada y los terrenos circundantes se
consideran mayormente montañosos. La elevación máxima aproximada en el
área bajo estudio es de 105 metros sobre el nivel promedio del mar. La elevación
mínima es de aproximadamente 95 metros sobre el nivel promedio del mar. El
área posee un gradiente hacia el Sur-Suroeste. Los terrenos drenan hacia el Río
Valenciano.
Geología
El área bajo estudio ubica dentro de la Región Aguas Buenas - Juncos, donde
subyacen mayormente rocas intrusivas, volcaniclásticas, lavas y en menor
cantidad rocas metamórficas y calizas. Este complejo de rocas está sobrepuesto
por depósitos superficiales de origen aluvial. En esta Región se pueden encontrar
depósitos de hierro y cobre, entre otros metales.
Conforme con el Servicio Geológico Federal (USGS, por sus siglas en ingles), en
el Cuadrángulo Geológico Preliminar de Juncos, Puerto Rico, realizado por Carl
H. Broedel, 1961 (MAP I-326), el área bajo estudio ubica sobre la formación de
rocas intrusitas conocida como granodiorita (TKgd), como se puede ver en la
Figura 2. Estas rocas intrusitas son de origen plutónico y son regionalmente
asociadas con el Batolito de San Lorenzo.
3
Una breve descripción de esta formación se incluye a continuación:
- TKgd
Granodiorita, roca de color gris claro a rosa claro, de grano
mediano a grueso, compuesta mayormente de los siguientes
minerales; oligoclasa-andesida, feldespato, cuarzos,
plagioclasas, ortoclazas, hornablenda y biotita. También en
menor grado se encuentran los siguientes minerales:
magnetita, apatita, microclima, zirconio, y corundeno.
Localmente se degrada en diorita cuárzica.
Conforme con Carl H. Broedel, en el cuadrángulo geológico de Juncos (USGS,
Mapa I-326) se encuentra el depósito de hierro más grande en Puerto Rico. Varias
investigaciones / exploraciones de minerales se estuvieron realizando en este
cuadrángulo entre los años 1904 al 1951, para buscar yacimientos de minerales.
Como parte de una investigación llevada a cabo en el 1954, por la compañía
Caguas Copper Co., se realizaron análisis espectrográficos a distintas muestras de
rocas del cuadrángulo, donde se detectaron presencia de los siguientes
componentes: aluminio, hierro, magnesio, calcio, potasio, manganeso, titanio,
plata, arsénico, bario, bismuto, cobre, cromo, cobalto, galio, lantano, molibdeno,
níquel, plomo, antimonio, estroncio, escalo, vanadio, tungsteno, cinc y zirconio.
Hidrogeología
El valle del Río Valenciano, donde ubica el área bajo estudio, es uno angosto,
compuesto principalmente de granodiorita. Las cantidades de aluvión en este valle
no son significativas. El agua subterránea ocurre en las zonas fracturadas y
meteorizadas de la granodiorita. Barrenos realizados a los largo del área de la
represa propuesta muestran que el área meteorizada tiene un espesor que varía
entre 0 a 13 pies. Los niveles de agua registrados en los barrenos en el área bajo
estudio muestran que el nivel freático generalmente sigue la topografía del valle y
se encuentra bajo los 12 pies de profundidad. El área de saturación máxima tiene
un espesor de 4.9 pies. El flujo y la gradiente del agua subterránea siguen la
geometría del valle a través de la zona meteorizada, con cantidades menores de
flujo a través de fracturas y juntas en la roca.
2.1
Metodología
El Apéndice B contiene el Informe de las Actividades de Muestreo del Área de las
Charcas de Oxidación de Juncos, Puerto Rico, realizado por la compañía ERTEC durante
el 2006. En este documento se describe los métodos utilizados para ejecutar las
actividades de campo necesarias para la investigación necesaria para este estudio de
caracterización. Esta investigación incluyó los siguientes componentes:
•
Diagrama de localización de los puntos de muestreo
6
•
Accesos al área de muestreo
•
Programa de muestreo de suelo
•
Programa de muestreo de agua subterráneas
•
Programa de muestreo de aguas superficiales en el área de las charcas y en
el Río Valenciano
•
Programa de muestreo de los sedimentos y sub-sedimentos del área de las
charcas y del Río Valenciano.
Los métodos descritos en este documento son consistentes con el Plan de Muestreo
aprobado por la JCA, para este proyecto.
Durante la investigación, la compañía ERTEC realizó el muestreo y la investigación de
campo. La compañía EQ Lab realizó los análisis de las muestras tomadas. La
metodología utilizada por ambas compañías y los resultados de los análisis de las
muestras, se incluyen en el Apéndice B.
2.2
Objetivos
El propósito principal de este Estudio es caracterizar las charcas de oxidación y sus
alrededores para determinar si es necesario establecer un Plan de Acción para la limpieza
del lugar previo al desarrollo del embalse propuesto. Los objetivos específicos de este
Estudio fueron:
•
•
Identificar y cuantificar la ocurrencia de componentes incluidos en “USEPA
Target Compound List (VOC’s and Semi-VOC’s)” y en los “USEPA Target
Analyte List” (Aluminio, Antimonio, Arsénico, Bario, Cromo, Hierro,
Manganeso, Mercurio, Plomo, Talio y Vanadio) en la aguas y suelos tanto en el
área de las charcas de oxidación como en sus alrededores.
Confirmar la presencia y concentración, si alguna, de compuestos previamente
detectados.
7
3.0
Discusión de Resultados Obtenidos en Muestreo
Durante el Estudio se recolectaron muestras de 24 puntos, entre las que se encuentran
aguas superficiales, aguas subterráneas, sedimentos y sub-sedimentos. Para facilitar el
análisis y la comparación de estos resultados en esta sección discutiremos la metodología
general de los trabajos realizados para cada componente de muestreo.
3.1
Aguas Superficiales y Subterráneas
Los análisis de las muestras de agua tomadas se compararon contra los parámetros
“Preliminary Remediation Goals (PRG’s)” de la EPA para agua potable, ya que no
existen parámetros comparativos para aguas crudas y/o superficiales. También se
utilizaron los Estándares de Calidad de Agua de la JCA (Inventario de Calidad de Agua y
Listado de Aguas “Impares”, JCA Mayo 2004) para comparar los resultados de agua
superficial y aguas subterráneas. Como resultado de los análisis realizados encontramos
lo siguiente:
Los compuestos orgánicos volátiles no fueron detectados en ninguna de la muestras. Los
siguientes compuestos orgánicos semi-volátiles fueron detectados (resultado es mayor al
nivel de detección del método analítico), pero no excedieron los criterios comparativos
establecidos:
•
Di(2-ethylhexyl)phthalate
o Muestra de agua SS-1 (a 6 pies de profundidad6 pies de profundidad)
Los siguientes compuestos inorgánicos se detectaron (resultado es mayor al nivel de
detección del método analítico) en los análisis de las muestras de agua:
•
•
•
•
•
Aluminio
Arsénico
Bario
Cromo
Hierro
•
•
•
•
•
Plomo
Magnesio
Manganeso
Mercurio
Vanadio
Para facilitar la discusión de los resultados, comenzaremos presentando los resultados de
las muestras de las aguas superficiales en las charcas y el río y las aguas subterráneas.
Los resultados se compararon con las muestras obtenidas en el Estudio realizado por
ERTEC, 2000. La Figura 3 muestra las tablas comparativas con los resultados obtenidos
en este muestreo (2006) y los datos obtenidos en el estudio del 2000 (ERTEC).
8
3.1.1
Charcas de Oxidación
•
•
•
•
•
3.1.2
En la charca de oxidación principal se muestrearon tres (3) puntos (SS-1,
SS-4 & SS-8) y un (1) punto en la charca secundaria (SS-10). Se tomaron
muestras entre 0.33 pies y 1.4 pies (10%) de profundidad, entre 1.2 pies y
7.0 pies (50%) de profundidad y entre 3.0 pies y 12.6 pies (90%) de
profundidad, respectivamente, en todos los puntos.
Los resultados de los análisis de las muestras en la charca principal
demostraron que los mismos se encontraban bajo los límites de detección
o por debajo de los criterios comparativos de los PRG’s para agua potable.
Los análisis de las muestras tomadas en la charca secundaria demostraron
que los parámetros de aluminio, hierro, manganeso y vanadio excedieron
los criterios comparativos establecidos en los PRG’s para agua potable en
las muestras tomadas a 1.66 pies (50%) de profundidad y a 3.00 pies
(90%) de profundidad.
Comparando estos resultados con los obtenidos en el muestreo realizado
por ERTEC (2000), se encontró que para la mayor parte de los parámetros
estudiados hubo una disminución considerable de las concentraciones de
metales presentes en las aguas superficiales de las charcas. La Figura 3
incluye los resultados analíticos de ambos muestreos.
La disminución de las concentraciones de metales adjudica al proceso de
oxidación natural que ocurre en estos tipos de ambientes. Aquí los metales
se oxidan, se unen y se precipitan formando otros compuestos. Una
descripción más detallada de este proceso se describe en la Sección 4.0 de
este documento.
Río
•
•
•
•
Se muestrearon cuatro (4) puntos a lo largo del cauce del Río Valenciano
(SS-9, SS-12, SS-14 y SS-15).
Los resultados de los análisis de las muestras se encontraron bajo los
límites de detección o por debajo de los criterios comparativos
establecidos por los PRG’s.
Comparando estos resultados con los obtenidos en el muestreo realizado
por ERTEC (2000), se encontró que en la gran mayoría de los puntos hubo
un aumento en las concentraciones de metales en las aguas superficiales
del río, incluyendo en la muestra tomada aguas arriba del área donde
localizan las charcas. Sin embargo, NO se sobrepasaron los criterios
comparativos de PRG’s para agua potable en ningún parámetro.
Este incremento en las concentraciones se adjudica a las actividades
humanas que están ocurriendo aguas arriba del área bajo estudio,
relacionadas con deforestación, construcciones, actividades agrícolas,
urbanismo, entre otras. Para evitar que estas actividades afecten el área y,
por ende, la calidad del agua, se está preparando un Plan de Manejo de la
Cuenca del Río Valenciano.
9
3.1.3
Aguas Subterráneas
•
•
•
•
3.2
Se tomaron muestras de agua subterránea en cinco (5) pozos de monitoría
existentes (MW-1, MW-2, MW-3, MW-6 y MW-BG). Las estaciones de
muestreo se localizaron en los alrededores de ambas charcas y la estación
de trasfondo (MW-BG) al Noreste del área de las charcas de oxidación.
Los análisis de las muestras tomadas en los pozos de monitoría
demostraron que los parámetros de aluminio, arsénico, cromo, hierro,
plomo, manganeso y vanadio excedieron los criterios comparativos
establecidos en los PRG’s para agua potable. Cabe destacar que las
concentraciones más altas de estos parámetros fueron observadas en la
muestra de trasfondo (MW-BG).
Comparando estos resultados con los obtenidos durante el muestreo
realizado por ERTEC (2000), se encontró que en la gran mayoría de las
estaciones de muestreo se observa un aumento en las concentraciones de
metales en las aguas subterráneas, incluyendo en la muestra tomada en la
estación de trasfondo.
Los resultados de trasfondo muestran que las concentraciones de estos
metales son de procedencia natural en la zona. Este aumento en las
concentraciones de metales se atribuye al proceso natural de
descomposición de la roca, al meteorizarse, y a la composición de ésta.
Esto ocasiona que los metales, los cuales son parte de la roca madre,
ganen acceso al sistema de aguas subterránea durante el proceso de
recarga del acuífero.
Suelo y Sedimentos
En esta sección discutiremos los resultados obtenidos en las muestras de sedimentos y
sub-sedimentos del área de las charcas y el río y las muestras de suelo del área de los
alrededores. Los resultados se compararon con las muestras obtenidas por ERTEC
(2000). La Figura 4 muestra las tablas comparativas con los resultados obtenidos en este
muestreo (2006) y los obtenidos en el estudio del 2000 (ERTEC).
Los análisis de las muestras de suelo, sedimentos y sub-sedimentos tomadas se
compararon contra los estándares o criterios de PRG’s y los de “Soil Screening Levels
(SSL’s)”. Como resultado a los análisis realizados encontramos:
•
•
Los compuestos orgánicos volátiles no fueron detectados en ninguna de la
muestras.
Los siguientes compuestos orgánicos semi-volátiles fueron detectados (resultado
es mayor al nivel de detección del método analítico), pero NO se encontraron
sobre los criterios comparativos establecidos:
•
Di(2-ethylhexyl)phthalate
o Muestra de suelo MW-BG (8-10”)
11
•
Tolueno
o Muestra de sedimentos SS-1
o Muestra de sub-sedimento SUB-4 (DUP)
•
Nitrobenceno
o Muestra de suelo MW-2 (4-6’)
No se encontró evidencia de migración, tanto vertical como horizontal, de estos
compuestos en la zona. Por su característica volátil, se atribuye la presencia de estos
componentes a una contaminación cruzada durante el proceso de muestreo.
Los compuestos inorgánicos que se detectaron (resultado es mayor al nivel de detección
del método analítico) en los análisis de las muestras de suelo y sedimentos fueron:
•
•
•
•
•
Aluminio
Arsénico
Bario
Cromo
Hierro
•
•
•
•
•
Plomo
Magnesio
Manganeso
Mercurio
Vanadio
Los resultados de los análisis de las muestras de sedimentos, sub-sedimentos y suelos se
discuten a continuación:
3.2.1
Charcas de Oxidación
•
•
•
•
En las charcas de oxidación se muestrearon tres (3) puntos en la charca
principal (SS-1, SS-4 y SS-8) y un (1) punto en la charca secundaria (SS10). Se tomaron muestras de sedimentos y sub-sedimentos,
respectivamente, en todos los puntos (SUB-1, SUB-4, SUB-8 y SUB-10,
respectivamente).
Los análisis de las muestras tomadas en la charca principal demostraron
que en la mayoría de las estaciones las concentraciones de metales estaban
por debajo de los límites de detección o por debajo de los criterios
comparativos de los PRG’s. El único parámetro que se excedió fue el de
arsénico, en las muestras SS-1, SS-4, SUB-1, SUB-4 y SUB-4 (DUP). Sin
embargo, las concentraciones encontradas no excedieron los criterios
comparativos establecidos para este parámetro en los SSL’s.
Los resultados de los análisis de las muestras tomadas en la charca
secundaria demostraron que la mayoría de los parámetros analizados se
encontraron bajo los límites de detección o estaban por debajo de los
criterios comparativos establecidos en los PRG’s.
Comparando estos resultados con los obtenidos durante el muestreo
realizado por ERTEC (2000), se encontró que para la mayoría de los
parámetros analizados se observa una disminución considerable en las
13
•
3.2.2
Río
•
•
•
3.2.3
concentraciones de metales presentes en los sedimentos y sub-sedimentos
de ambas charcas.
El aumento en las concentraciones del parámetro de arsénico en varias de
las muestras de sedimentos y sub-sedimentos de la charca principal
obedece al proceso de atenuación natural de este metal. El arsénico,
durante el proceso de atenuación natural pasa por un proceso de oxidación,
durante el cual se une a otros metales, tales como hierro, lo que hace que
el mismo se precipite y se acumule. Esto ocasiona que existan áreas
donde este metal se concentre. Una descripción más detallada de este
proceso se incluye en la Sección 4.0 de este documento.
Se muestrearon cuatro (4) puntos a lo largo del cauce del Río Valenciano
(SS-9, SS-12, SS-14 y SS-15).
Los análisis de las muestras demostraron que los mismos se encontraban
bajo los límites de detección o por debajo de los criterios comparativos
establecidos por los PRG’s.
No se puede realizar una comparación con el muestreo realizado por
ERTEC (2000), ya que en éste año no se tomaron muestras de suelos,
sedimentos y/o sub-sedimentos en el área del río.
Alrededores
•
•
•
•
Se tomaron muestras de suelo en ocho (8) puntos alrededor de las charcas,
incluyendo dos (2) estaciones de trasfondo (S-3, S-10, S-15, S-24, MW-2,
MW-6, BG-01 y MW-BG). Estas muestras se tomaron a profundidades
entre: (0-2’), (2-4’), (4-6’), (6-8’), (8-10’) y (10-12’). Las muestras de
trasfondo se tomaron en un área al Norte de la propiedad (BG-01) y al
Noreste de las charcas de oxidación (MW-BG)
Los análisis demostraron que el parámetro de arsénico excedió los
criterios comparativos establecidos en los PRG’s en todas las muestras
tomadas. Sin embargo, el límite de arsénico establecido en los SSL’s fue
excedido solamente en las muestras tomadas en el punto S-24, entre las
profundidades (2-4’), (4-6’), (6-8’) y de (8-10’). En las muestras de
trasfondo (BG-1 y MG-BG) se observan concentraciones de arsénico
relativamente altas (3.07 mg/kg – 68.6 mg/kg) en comparación con los
demás estaciones muestreadas, con excepción de la estación S-24.
Comparando estos resultados con los obtenidos durante el muestreo
realizado por ERTEC (2000) se encontró que para la mayoría de los
metales analizados, con excepción de arsénico, se observa una
disminución considerable, comparando ambos resultados con los criterios
establecidos en los PRG’s.
El arsénico en la zona es de ocurrencia natural y su presencia en las
muestras obtenidas se adjudica a los procesos naturales de erosión y
14
meteorización de la roca del área, la cual es una granodiorita. Una
descripción más detallada de este proceso se incluye en la Sección 4.0 de
este documento.
15
4.0
Discusión sobre Orígenes Naturales de Compuestos Inorgánicos
En la naturaleza existen todo tipo de elementos, componentes y compuestos presentes en
distintas concentraciones. El área donde ubica el proyecto no es la excepción, como lo
demuestran los resultados analíticos obtenidos durante los muestreos realizados por
ERTEC (2000) y por CSA (2006). Dentro de los componentes encontrados están:
aluminio, arsénico, bario, hierro, manganeso y vanadio. La presencia de estos metales en
esta zona está altamente relacionada con la geología del área, como lo indica Carl H.
Broedel, en el Cuadrángulo Geológico Preliminar de Juncos, Puerto Rico (USGS, Mapa
I-326, 1961).
Durante la formación de las rocas, varios elementos, incluyendo metales, forman uniones
con otros para formar minerales. Estos elementos se encuentran en la masa magmática.
Una vez el flujo magmático pasa a formar parte del proceso de formación rocosa, los
mismos se unen y se comienza a formar combinaciones de minerales, los cuales a su vez
comienzan a formar distintos tipos de rocas, dependiendo los factores químicos y físicos
presentes al momento durante este proceso. Durante el ciclo de las rocas, estos minerales
sufren cambios y alteraciones de su estructura, debido a cambios químicos, físicos, de
presión y por meteorización (David J. Vaughan, 2006).
La distribución de estos metales en la naturaleza y su efecto en la salud humana ha sido
motivo de continuos estudios, de aquí que se hayan establecido varios parámetros para
minimizar el impacto de los mismos en la salud humana. Una de las organizaciones que
se ha mantenido estudiando esto es la ASTM Internacional. Esta es una organización
internacional sin fines de lucro que crea normas para productos, materiales, etc., las
cuales son utilizadas por agencias, compañías y público en general alrededor del Mundo.
Conforme con el ASTM DS-64, estos elementos (metales) están presentes en los suelos
nativos a concentraciones mayores que las establecidas por los PRG’s, como lo
demuestra la siguiente tabla.
Tabla 1. Concentraciones de Elementos en Suelo de Trasfondo
(ASTM DS-64)
Compuesto
Aluminio
Arsénico
Bario
Cromo
Hierro
Plomo
Manganeso
Talio
Vanadio
Rango
(ppmw)
700 - >100,000
<0.1 – 97
10 – 5000
1 – 2000
100 - >100,000
<10 – 700
<1 – 7000
No disponible
<7 – 500
Concentraciones Máximas
Detectadas
Suelo/Sedimento/
Sub-sedimento
(mg/Kg)
44,466 (Suelo)
68.6 (Suelo)
118 (Sedimento)
10.3 (Sub-sedimento)
43,405 (Suelo)
7.32 (Suelo)
5354 (Suelo)
3.83 (Sedimento)
99.2 (Suelo)
Concentraciones Máximas
Detectadas
Agua Subterránea/Aguas
Superficiales
(mg/L)
155 (Agua Subterránea)
0.269 (Agua Subterránea)
1.87 (Agua Subterránea)
0.159 (Agua Subterránea)
186 (Agua Subterránea)
0.069 (Agua Subterránea)
7.9 (Agua Subterránea)
No detectado
0.43 (Agua Subterránea)
16
Ninguna de las concentraciones de estos elementos encontradas durante el muestreo de
este estudio excedieron las concentraciones establecidas en esta tabla.
Entre los elementos presentes en los alrededores del área bajo estudio se encontró
arsénico en concentraciones en exceso a los criterios comparativos establecidos en los
PRG’s. En los últimos años ha surgido una preocupación con las concentraciones de este
elemento y la salud. En esta sección se incluye una breve descripción de este metal, sus
usos y los efectos a la salud (Smedley & Kinniburgh, 2002).
El área donde ubica el proyecto ha sido afectada por la actividad humana, principalmente
por la actividad agrícola. Esto ocasiona que ocurran los procesos de meteorización de la
roca y erosión de los suelos. Estas actividades afectan la movilidad de arsénico en la
zona.
Se ha detectado presencia de arsénico en otros lugares en la Isla; en la Zona Central, el la
Zona Oeste y en la Zona Este. Esto se debe a las formaciones de rocas ígneas que afloran
en estas zonas. Esto se demuestra en el Informe de Inventario de Calidad de Agua de la
JCA, de mayo de 2004, donde se detectó presencia de arsénico en la mayoría de los
cuerpos de agua. La presencia de arsénico en estas áreas se debe a: erosión por
exposición de los suelos, labores agrícolas, procesos industriales, entre otros. En estas
áreas se localizan la mayoría de los embalses de agua cruda de la Isla, tales como Río
Guayanilla, Río Grande de Arecibo, Río Culebrinas, Río La Plata, Río Grande de Loiza,
Río Guajataca, Río Tanamá, Río Caonillas, Río Espíritu Santo, Río Humacao, Río
Fajardo, Río Portugués, Río Grande de Patillas, Río Maunabo, entre otros.
Arsénico (As) es un elemento del grupo Va de la tabla periódica, el cual puede
combinarse fácilmente con muchos elementos y tiene la habilidad de cambiar de color,
comportamiento, reactividad y toxicidad. El arsénico no entra fácilmente como sustituto
en las estructuras de los minerales más comunes que forman las rocas. El arsénico es
encontrado mayormente como mineral donde el As ocurre como un anión, dión (As2) o
como un anión de arsénico sulfúrico (AsS); estos aniones están unidos a metales tales
como hierro, cobalto o níquel (ej. FeAs2, FeAsS, CoAsS). También puede ocurrir en
componentes menores en el mineral sulfúrico común conocido como pirita, común en las
rocas ígneas y conocido como oro de tontos. Cuando estos minerales primarios son
expuestos en o cercano a la superficie de la Tierra, ocurren alteraciones ocasionadas por
las reacciones con la atmósfera y el agua produciéndose óxidos de arsénico simples o
fases más complejas que contienen varios metales combinados con arsénico, oxígeno y
otros aniones. Un gran número de minerales de arsénico secundario son producidos de
esta manera. En la Tabla 2 se muestran las concentraciones naturales de arsénico en las
rocas, sedimentos y suelos.
17
Tabla 2. Concentraciones naturales de Arsénico en Rocas, Suelos y
Sedimentos (Smedley & Kinniburgh, 2002)
Tipo de
rocas/suelos/sedimentos
Basalto
Andesita
Granito
“Slate / phyllite”
Lodolitas / “marine shale”
Areniscas
Calizas / dolomitas
Evaporitas
Carbón
Sedimentos
de
río
(promedio anual)
Sedimentos en las márgenes
continentales
Suelos orgánicos
Suelos sulfatados ácidos
(Canadá)
Concentración Promedio
de As (mg/kg)
2.3
2.7
1.3
18
3-15
4.1
2.6
3.5
-5
Rango de concentración
de As (mg/kg)
0.18-113
0.5-5.8
0.2-15
0.5-143
<490
0.6-120
0.1-20.1
0.1-10
0.3-35,000
--
--
2.3-8.2
13
--
2-36
1.5-45
El arsénico se encuentra en forma natural en pequeñas concentraciones. El mismo se
encuentra en los suelos y minerales, y puede acceder el aire, el agua y los suelos a través
de polvo que es arrastrado por los vientos y por las escorrentías. El arsénico en la
atmósfera proviene de varias fuentes: erupciones volcánicas, microorganismos que
liberan metil-arsénicos y la actividad humana.
La mayoría del arsénico es encontrado junto con minerales de azufre como la arsenopirita
(AsFeS), el realgar y la orpimenta. Ninguno se extrae como tal debido a que son
productos secundarios del proceso de refinamiento de los yacimientos de otros metales,
como cobre y plomo.
Arsénico es un componente extremadamente difícil de convertir en un producto soluble
en agua o volátil y es un componente de movilidad natural relativamente limitada (Peggy
A. O’Day, 2006). Esto básicamente significa que grandes concentraciones no ocurrirán
en un lugar específico. Arsénico no se puede mover fácilmente si está inmóvil. Debido a
las actividades humanas, mayormente a través de la minería y fundación, el arsénico
naturalmente inmóvil se moviliza y puede que se encuentre en lugares que naturalmente
no existía.
El arsénico normalmente no reacciona con agua en ausencia de aire. No reacciona con
aire seco, pero cuando entra en contacto con aire húmedo forma una capa. Un ejemplo de
un compuesto de arsénico que reacciona con agua es la orpimenta Este es un compuesto
amorfo de arsénico. El mecanismo de reacción es el siguiente:
18
As2S3 + 6H2O -> 2H3AsO3 + 3H2S
En agua, el arsénico participa de reacciones de oxidación y reducción, coagulación y
adsorción. La adsorción de arsénico por partículas finas en agua y la precipitación con
aluminio o con hidróxidos de hierro ocasiona que el arsénico entre en los sedimentos.
Luego de un tiempo, arsénico se puede disolver nuevamente y como consecuencia de una
reacción de reducción.
Como mencionáramos antes, el elemento arsénico es relativamente insoluble, aún cuando
compuestos que contengan arsénico se puedan disolver de manera más sencilla. Los
compuestos de arsénico son abundantes en la corteza terrestre. El arsénico proveniente
de rocas meteorizadas y de suelos se disuelve en el agua subterránea. Las concentraciones
de arsénico en el agua subterránea son particularmente altas en áreas de actividad
geotermal. En ecosistemas acuáticos el arsénico inorgánico derivado de las rocas, como
lo son el trióxido de arsénico (As2O3), la orpimenta (As2S3), la arsenopirita (AsFeS) y el
realgar (As4S4) prevalece.
Hoy en día, concentraciones altas de arsénico son encontradas en las aguas superficiales y
subterráneas en distintas partes del mundo, lo cual representan un peligro potencial para
la salud humana. Debido a que arsénico típicamente está presente en las aguas naturales a
bajas concentraciones (de micromolar a nanomolar), su comportamiento de adsorción y
liberación de las superficies de los minerales juega un papel importante en las
regulaciones de las concentraciones de arsénico en las aguas subterráneas y superficiales;
la no-predictibilidad de las concentraciones de arsénico no tiene un patrón definido.
Arsénico se encuentra como arsenitos y arseniatos en la naturaleza. Ambos, arsenitos y
arseniatos, poseen una fuerte dependencia de pH durante el proceso de adsorción, lo que
lo hace afín con hidróxido de hierro y minerales de oxi-hidróxido. Las superficies de
estos óxidos de hierro en los minerales detríticos son fuertes y son agentes adsorbentes
importantes de arsénico en aguas subterráneas, lo que lo ha convertido en una técnica de
remediación para la remoción de arsénico. Otros minerales adsorbentes, como las
arcillas, los oxi-hidróxidos de aluminio y los óxidos de manganeso, también pueden
adsorber arsénico.
Otro factor que esta presente en las condiciones ambientales es el papel que juegan los
microorganismos en los procesos de oxidación y reducción de los compuestos
inorgánicos, tales como: arsénico, nitrógeno, hierro y manganeso.
Nuevos
microorganismos que utilizan arsenitos y arseniatos como base para su metabolismo han
sido descubiertos, lo que juega un papel importante en regular la cinética de las
reacciones de oxidación y reducción en el medio ambiente. Recientes estudios
demuestran los roles de control importantes que juegan el hierro y el sulfuro en la toma y
liberación de arsénico en soluciones, y la interrelación compleja de los procesos de
adsorción y liberación, cambios en los estados de oxidación y la estabilización de los
minerales, y la razón de estos procesos como medio en las actividades microbiológicas en
los ambientes superficiales y subterráneos.
19
Este proceso de atenuación natural se pudo observar en los resultados obtenidos en las
muestras de agua superficial obtenidas en el área bajo estudio, como se demuestra en la
Figura 3.
A través de la historia de la humanidad el arsénico ha estado presente en una u otra
forma. El mismo ha sido utilizado tanto como un medicamento y como un veneno, en la
metalurgia, para decoración y pigmentación, en pirotecnia, en las guerras y en la
agricultura. El compuesto de arsénico se utiliza en la fabricación de tipos especiales de
cristales, como un preservativo de madera y en los últimos años, como el semiconductor
arseniato de galio, el cual posee la habilidad de convertir corriente eléctrica en luz láser.
El arseniato AsH3 se ha convertido en un gas impurificante importante en la industria de
las microfichas. Arseniato de cobre (Cu3(AsO4)2.4H2O) es aplicado como pesticida en la
vinicultura, pero su uso esta actualmente prohibido en muchas naciones. Paxita (CuAs2)
es un insecticida y fungicida.
El arsénico es utilizado en distintas formas y puede ganar acceso a los distintos tipos de
cuerpos de aguas. Grandes cantidades de arsénico liberadas por actividades volcánicas y
por actividades de microorganismos son relativamente pequeñas cuando las comparamos
con las cantidades liberadas por ejemplo por la combustión de combustible fósil. El
arsénico metálico es procesado en plomo o en aleaciones de cobre, para aumentar la
dureza.
El arsénico ha sido y sigue siendo utilizado con propósitos médicos. En el siglo 19
soluciones acuosas de arsénico potásico (conocido como solución Fowler) era aplicado
para tratar condiciones de asma bronquial crónica y otras enfermedades. En los
comienzos del siglo 20 otros compuestos de arsénico fueron utilizados para tratar el
sífilis. Actualmente se esta estudiando el efecto del arsénico en tratar o curar la
enfermedad del sueño y leucemia.
A pesar de su efecto tóxico, las uniones de arsénico inorgánico ocurren naturalmente en
pequeñas cantidades. Los humanos pueden exponerse a arsénico a través de las comidas,
el agua y el aire. La exposición, también, puede darse a través de la piel cuando entra en
contacto con suelo o agua que contengan arsénico. Los niveles de arsénico en la comida
son relativamente bajos. El arsénico es un elemento traza (“trace element”) esencial para
los animales, y quizás para los humanos, aún cuando la cantidad máxima que se requiere
es menor que 0.01 mg/día (miligramos por día).
La remoción de arsénico del agua se puede realizar de varias maneras. Entre las opciones
actuales existentes se encuentran: remoción por intercambio de iones; filtración a través
de membranas; coagulación con hierro y aluminio. El agua potable contiene mayormente
arsénico inorgánico (arsenito o arseniato), de forma tal que se puede determinar las
concentraciones de arsénico totales. El distinguir entre el tipo de arsénico es irrelevante.
El remover arsénico de los suelos puede lograrse mediante la siembra de helechos para
bio-remediación.
20
5.0
Conclusiones
Basado en lo anteriormente expuesto, se puede concluir lo siguiente:
1. Se utilizaron los criterios comparativos de PRG’s para agua potable, como
medida de comparación, ya que no existen parámetros para aguas crudas.
2. La mayoría de las concentraciones de metales estaban por debajo de los
limites de detección del método analítico utilizado o estaban por debajo de los
criterios comparativos de los PRG’s para agua potable en las muestras
tomadas en las aguas superficiales (charcas y río).
3. En el área bajo estudio no se detectó la presencia de arsénico en las aguas
superficiales, las cuales incluye el área de las charcas de oxidación y el río. Sí
se detectó la presencia de arsénico en las aguas subterráneas del área,
incluyendo en las muestras de trasfondo, obtenidas de varios pozos de
monitoría.
4. Comparando estos resultados con los obtenidos durante el muestreo realizado
por ERTEC (2000), se encontró que en la gran mayoría de las muestras
obtenidas hubo una disminución considerable en las concentraciones de
metales presentes en las aguas superficiales de las charcas.
5. Las concentraciones de los parámetros presentes en las muestras de agua
superficial de las charcas están por debajo de los criterios comparativos de
PRG’s, con excepción de hierro, manganeso y vanadio, los cuales se
detectaron en las muestras de agua tomadas en la segunda charca a 1.66 pies
(50%) de profundidad y a 3.0 pies (90%) de profundidad. Los criterios de
comparación utilizados son para agua potable y no para aguas crudas.
6. La ubicación de las charcas permite que el agua de escorrentía de los
alrededores gane acceso a las mismas, lo que ocasiona que los sedimentos
sean arrastrados hacia éstas. Esto especialmente ocurre en la segunda charca,
ya que la misma ubica en una zona baja del área. La presencia de metales,
entre ellos hierro, manganeso y vanadio, es típica de la formación geológica
de la zona.
7. Los análisis de las muestras de aguas subterráneas tomadas en los pozos de
monitoría demostraron que los parámetros de aluminio, arsénico, cromo,
hierro, plomo, manganeso y vanadio excedieron los criterios comparativos
establecidos en los PRG’s para agua potable. Cabe destacar que
concentraciones más altas fueron observadas en la muestra tomada en la
estación de trasfondo (MW-BG). Esto confirma la presencia natural de estos
metales en la zona.
8. La mayoría las concentraciones de metales no se detectaron o estaban por
debajo de los criterios comparativos de los PRG’s en las muestras tomadas en
los sedimentos y sub-sedimentos del área de las charcas y el río. El único
parámetro que se excedió fue el de arsénico en dos puntos del área de la
charca principal (SS-1 y SS-4), sin embargo, estas concentraciones no
excedieron el límite establecido en los SSL’s. La presencia de arsénico en
estos dos lugares de muestreo se debe al proceso de atenuación natural que ha
21
estado experimentando esta área, donde el mismo se oxida junto con otros
metales y se precipita.
9. Los resultados de las muestras de sedimento y sub-sedimentos obtenidos en la
charca secundaria mostraron la NO presencia de arsénico.
10. Comparando estos resultados con los obtenidos durante el muestreo realizado
por ERTEC (2000) con este muestreo, se observó una disminución
considerable en las concentraciones de la mayoría de los metales presentes en
los sedimentos y sub-sedimentos de las charcas.
11. Los resultados de los análisis de las muestras de suelo en los alrededores
demostraron que el parámetro de arsénico excedió los criterios comparativos
establecidos en los PRG’s en todas las muestras tomadas. Sin embargo, el
límite de arsénico establecido en los SSL’s fue excedido solamente en las
muestras tomadas en el punto S-24, entre las profundidades (2-4’), (4-6’), (68’) y de (8-10’). Comparativamente, con excepción de el punto S-24, las
muestras de trasfondo (BG-1 y MW-BG) demostraron concentraciones de
arsénico relativamente altas, comparadas con los demás puntos.
12. Comparando estos resultados con los obtenidos durante el muestreo realizado
durante el 2000 (ERTEC) con este muestreo, se encontró que la gran mayoría
de las concentraciones de metales, con excepción de arsénico, ha ocurrido una
disminución considerable de los mismos.
13. El punto S-24 está localizado en la zona más baja del área bajo estudio y
recibe la influencia de las escorrentías y del agua subterránea del área. El agua
subterránea sigue el patrón de flujo de las aguas superficiales, establecido por
la topografía del área.
14. Aún cuando el punto S-24 se encuentra aguas debajo de la charca secundaria,
la misma no mostró presencia de arsénico, por lo que la presencia de arsénico
en el punto S-24 proviene de los alrededores y no del área de las charcas.
15. Durante el muestreo se confirmó que el agua superficial, tanto de las charcas
como del río, no contiene presencia de arsénico. Esto demuestra que no existe
una interrelación directa vertical hacia arriba entre el agua subterránea y el
agua superficial del área. En el área el nivel freático se encuentra por debajo
de los 12 pies de profundidad en todas los puntos de muestreo de suelo
realizados en los alrededores, incluyendo el punto S-24.
16. El nivel freático por debajo de los 12 pies de profundidad en el área puede
deberse a la existencia de pozos de extracción de agua potable en la zona de
Juncos-Gurabo. Durante este Estudio se encontró que el nivel freático varió
entre 12 y 26 pies de profundidad.
17. La presencia de arsénico en las aguas subterráneas y en el subsuelo de los
alrededores sugiere que el arsénico es de origen natural, ya que todas las
muestras de trasfondo posee resultados relativamente más altos. Esto sigue el
patrón descrito en el ASTM DS-64 y estudios de caracterización realizados en
la zona del cuadrángulo de Juncos (USGS, Mapa I-326), lo que indica que la
presencia de arsénico está en conformidad con la geología del área.
18. El flujo de aguas subterráneas sigue el patrón de las aguas de escorrentía de
Noreste a Suroeste, en dirección al Río Valenciano. Lo que indica que las
muestras localizadas al Noroeste y Norte no tienen relación hidráulica con las
22
charcas, por lo que la presencia de metales en las muestras de trasfondo es de
procedencia natural.
19. En el caso del estudio, ninguna de las aguas superficiales mostró presencia de
arsénico.
20. En el área del proyecto no se detectó presencia de arsénico en el agua
superficial, aún cuando existe presencia de arsénico en el agua subterránea, lo
que sugiere que está ocurriendo dilución, junto con atenuación natural, de
arsénico en la zona. El proceso de atenuación natural precipita el arsénico al
combinarse con otros metales, tales como hierro, lo que promueve la
remoción de arsénico del agua subterránea. Conforme con los PRG’s, el factor
de dilución de arsénico en aguas subterráneas es de 29, lo que disminuye la
concentración de éste. La EPA en su Guía de Cumplimiento con los
Estándares de Agua Potable Revisados, de agosto 2002, indica que una de las
opciones para remediar arsénico en aguas superficiales, cuando el mismo se
detecte, es por dilución.
21. La atenuación natural en el área de las charcas se demuestra comparando los
resultados obtenidos en los muestreos de 1999 y 2006. En el área de los
alrededores también se puede observar el proceso de atenuación natural, ya
que aún cuando algunos de los criterios de comparación aumentaron, en
términos generales los mismos han disminuido. Los parámetros de
comparación que aumentaron están relacionados con las actividades de
atenuación natural discutidos previamente.
22. La presencia de contaminantes tanto en las muestras de agua subterránea
como de suelos en las muestras de trasfondo sugieren que los mismos son de
origen natural, debido a la geología del área. Esto es una condición que no
solamente es de esta área, como se indica en los estudios realizados por el
USGS (Mapa I-326), sino que es una condición natural de nuestra Isla, como
se demuestra en los resultados del Informe de Calidad de Agua de la JCA
realizado en mayo 2004.
23. Ninguna de las concentraciones de los contaminantes encontrados durante este
muestreo sobrepaso los límites establecidos en el ASTM-64.
24. Conforme con los resultados obtenidos durante este muestreo no es necesario
establecer un Plan de Acción para la limpieza de las charcas de oxidación, por
lo que la remoción de las aguas de las charcas y/o los sedimentos de las
mismas no es necesaria. El remover estos puede ser contraproducente, ya que
se expondría el área a los efectos de escorrentías y erosión. Esto afectaría el
proceso de atenuación natural del área bajo estudio.
25. No existe evidencia de arsénico en las aguas superficiales, incluyendo el agua
de las charcas, y las mismas cumplen con los criterios de aguas crudas para
reserva de agua potable. Aún así, se deberá considerar tratamiento de metales
en la planta de tratamiento de agua crudas a construirse, como parte del
proyecto del Embalse en el Río Valenciano y así cumplir con los requisitos de
calidad de agua requeridos por la EPA.
23
6.0
Recomendaciones
Basado en lo anterior, recomendamos lo siguiente:
1. No se remuevan las aguas superficiales del área de las charcas.
2. No se remuevan los sedimentos y sub-sedimentos del área de las charcas.
3. No se realicen movimientos de terreno ni se remueva agua subterránea del área de
los alrededores de las charcas, para que continúe el proceso de atenuación natural
del área.
4. Considerar el tratamiento de remoción de metales, incluyendo arsénico, en la
planta de tratamiento de aguas crudas a construirse como parte del Proyecto del
Embalse de Río Valenciano, conforme con lo establecido por la EPA.
24
7.0
Referencias
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Resources Technologies (ERTEC), June 21, 2000.
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26