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