La contaminación de las aguas subterráneas por arsénico es una forma de contaminación de las aguas subterráneas que suele deberse a altas concentraciones naturales de arsénico en niveles más profundos de las aguas subterráneas . Es un problema de alto perfil debido al uso de pozos tubulares profundos para el suministro de agua en el delta del Ganges , lo que provoca un grave envenenamiento por arsénico a un gran número de personas. Un estudio de 2007 descubrió que más de 137 millones de personas en más de 70 países probablemente se ven afectadas por el envenenamiento por arsénico del agua potable. El problema se convirtió en un grave problema de salud después del envenenamiento masivo del agua en Bangladesh . [1] La contaminación de las aguas subterráneas por arsénico se encuentra en muchos países de todo el mundo, incluido Estados Unidos. [2]
La Organización Mundial de la Salud recomienda limitar las concentraciones de arsénico en el agua a 10 μg/L, aunque este suele ser un objetivo inalcanzable para muchas áreas problemáticas debido a la naturaleza difícil de eliminar el arsénico de las fuentes de agua. [3]
Se han reportado aproximadamente 20 incidentes importantes de contaminación de aguas subterráneas por arsénico. [4] De estos, cuatro incidentes importantes ocurrieron en Asia: en Bangladesh ; Bengala Occidental, India ; Mongolia Interior, China ; y Taiwán . [5] Se han mapeado las ubicaciones de pozos potencialmente peligrosos en China. [6]
La extracción de oro puede contaminar las aguas subterráneas con arsénico, ya que este elemento se encuentra normalmente en los minerales que contienen oro. El procesamiento del oro libera arsénico de los relaves de la mina , y las aguas subterráneas contaminadas pueden ser peligrosas para beber durante décadas. [7] El arsénico que se encuentra en la naturaleza puede contaminar el suelo, al igual que las aguas subterráneas. Esto presenta una posible exposición al arsénico por el uso de productos que contienen tabaco, porque la planta de tabaco crece en el suelo y puede infiltrarse con el arsénico. [3]
El agua contaminada con arsénico suele contener ácido arsénico y ácido arsénico o sus derivados. Su nombre de "ácidos" es una formalidad; estas especies no son ácidos agresivos, sino simplemente formas solubles de arsénico con un pH cercano al neutro. Estos compuestos se extraen de las rocas subyacentes que rodean el acuífero. El ácido arsénico tiende a existir como iones [HAsO 4 ] 2− y [H 2 AsO 4 ] − en agua neutra, mientras que el ácido arsénico no está ionizado.
Un análisis del consumo de agua y alimentos en Socaire , una aldea rural de Chile , encontró que entre noviembre de 2008 y septiembre de 2009, la ingesta total de arsénico por parte de los habitantes del pueblo se correlacionaba con la cantidad de agua y productos locales consumidos. [8]
La parte central de Argentina se ve afectada por aguas subterráneas contaminadas con arsénico. En concreto, La Pampa produce agua que contiene entre 4.300 y 5.300 microgramos por litro. [9]
La contaminación de las aguas subterráneas por arsénico es un problema grave en Bangladesh . Antes de los años 70, Bangladesh tenía una de las tasas de mortalidad infantil más altas del mundo. Los sistemas ineficaces de purificación de agua y alcantarillado, así como los monzones y las inundaciones periódicas, agravaban estos problemas. Como solución, UNICEF y el Banco Mundial propugnaron el uso de pozos para acceder a aguas subterráneas más profundas. Durante los años 70, UNICEF trabajó con el Departamento de Ingeniería de Salud Pública para instalar pozos tubulares. Los pozos consisten en tubos de 5 cm de diámetro insertados a menos de 200 m en el suelo y tapados con una bomba manual de hierro o acero. En ese momento, los procedimientos estándar de análisis del agua no incluían pruebas de arsénico . [10] Esta falta de precaución condujo a uno de los mayores envenenamientos masivos de una población porque el agua subterránea utilizada para beber estaba contaminada con arsénico. [11]
Los pozos entubados debían extraer agua de los acuíferos subterráneos para proporcionar una fuente segura de agua para la nación. Como resultado, se construyeron millones de pozos. En 1993 se descubrió que las aguas subterráneas en grandes partes de Bangladesh estaban contaminadas naturalmente con arsénico . [12] [13] : 389 El tema atrajo la atención internacional en 1995. [14] [15]
En el delta del Ganges , los pozos afectados suelen tener más de 20 metros y menos de 100 metros de profundidad. [16] El agua subterránea más cercana a la superficie normalmente ha pasado menos tiempo en el suelo, por lo que es probable que absorba una menor concentración de arsénico; el agua a más de 100 metros de profundidad está expuesta a sedimentos mucho más antiguos que ya han sido desprovistos de arsénico. [17]
Se han lanzado críticas contra las agencias de ayuda humanitaria , que negaron el problema durante la década de 1990, mientras se perforaban millones de pozos entubados . Posteriormente, las agencias de ayuda humanitaria contrataron a expertos extranjeros que recomendaron plantas de tratamiento que no eran adecuadas para las condiciones, se estropeaban con regularidad o no eliminaban el arsénico. [18]En Bihar , se ha descubierto que las aguas subterráneas de 13 distritos están contaminadas con arsénico en cantidades superiores a 0,05 mg/L. Todos estos distritos están situados cerca de grandes ríos como el Ganges y el Gandak . [19]
En Bengala Occidental , India, el agua se obtiene principalmente de ríos, pozos abiertos o estanques, que pueden estar contaminados con enfermedades transmisibles como disentería , fiebre tifoidea , cólera y hepatitis . Desde la década de 1970, las organizaciones no gubernamentales de la India se han centrado en la perforación de pozos tubulares para proporcionar agua potable no contaminada por enfermedades, con el efecto secundario imprevisto de exponer a algunas personas a aguas subterráneas contaminadas con arsénico. [20] [21]
Nepal está sujeto a un serio problema de contaminación por arsénico. El problema es más severo en la región de Terai , y el peor se encuentra cerca del distrito de Nawalparasi , donde el 26 por ciento de los pozos poco profundos no cumplían con la norma de la OMS de 10 ppb. Un estudio realizado por la Agencia de Cooperación Internacional del Japón y el Medio Ambiente en el Valle de Katmandú mostró que el 72 por ciento de los pozos profundos no cumplían con la norma de la OMS, y el 12 por ciento no cumplía con la norma nepalí de 50 ppb. [22]
El 66% de las 1200 muestras analizadas contenían arsénico por encima del límite recomendado por la OMS , lo que amenaza a más de 60 millones de residentes. Entre 50 y 60 millones de residentes consumen agua con niveles de arsénico superiores a 50 microgramos por litro, niveles que superan con creces los niveles aceptables en todo el mundo. [23]
En 1942, el Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos estableció originalmente un estándar de agua potable de 0,05 mg/L (equivalente a 50 partes por mil millones o ppb) de arsénico. Después de la aprobación de la Ley de Agua Potable Segura de 1974 (SDWA), la Agencia de Protección Ambiental (EPA) recibió el poder de establecer los niveles máximos de contaminantes (MCL) en los suministros públicos de agua. En 1996, el Congreso enmendó la SDWA y creó un Fondo Rotatorio Estatal de Agua Potable para proporcionar préstamos para mejoras en el suministro de agua, lo que aumentó el poder de la EPA para establecer mandatos. Esta enmienda creó la "regla de costos y beneficios" para determinar si el costo de implementar nuevos MCL supera los beneficios para la salud. Para maximizar los costos y beneficios de establecer nuevos MLC, la EPA comenzó a permitir que se sustituyera tecnología más asequible que no cumplía completamente con los estándares de MLC porque era más asequible.
La EPA estudió los pros y los contras de reducir el MCL de arsénico durante años a fines de la década de 1980 y en la década de 1990. No se tomó ninguna medida hasta enero de 2001, cuando la administración Clinton en sus últimas semanas promulgó un nuevo estándar de 0,01 mg/L (10 ppb) que entraría en vigencia en enero de 2006. [24] La administración Bush suspendió la regulación de medianoche , pero después de algunos meses de estudio, la nueva administradora de la EPA, Christine Todd Whitman, aprobó el nuevo estándar de arsénico de 10 ppb y su fecha de vigencia original de enero de 2006. [25] Muchos lugares superan este límite. [26] Un estudio de Lancet Public Health de 2017 encontró que este cambio de regla condujo a menos muertes por cáncer. [27] [28]
Muchos sistemas públicos de abastecimiento de agua en los Estados Unidos obtenían su suministro de agua de aguas subterráneas que habían cumplido con el antiguo estándar de 50 ppb de arsénico pero excedían el nuevo MCL de 10 ppb. Estas empresas de servicios públicos buscaron un suministro alternativo o un método de tratamiento económico para eliminar el arsénico de su agua. En Arizona, se estima que el 35 por ciento de los pozos de abastecimiento de agua dejaron de cumplir con la nueva normativa; en California, el porcentaje fue del 38 por ciento. [29]
El nivel máximo de arsénico adecuado sigue siendo objeto de debate. Algunos han sostenido que el estándar federal de 10 ppb sigue siendo demasiado alto, mientras que otros han sostenido que 10 ppb es innecesariamente estricto. Los estados individuales pueden establecer límites de arsénico más bajos; Nueva Jersey lo ha hecho, fijando un máximo de 0,005 mg/L (5 ppb) para el arsénico en el agua potable. [30]
Un estudio de pozos de agua privados en los montes Apalaches descubrió que el seis por ciento de los pozos tenían arsénico por encima del MCL estadounidense de 0,010 mg/L. [31]
Desde hace mucho tiempo se sabe que Fallon, Nevada, tiene aguas subterráneas con concentraciones relativamente altas de arsénico (superiores a 0,08 mg/L). [32] Incluso algunas aguas superficiales, como el río Verde en Arizona , a veces superan los 0,01 mg/L de arsénico, especialmente durante períodos de bajo caudal cuando el flujo del río está dominado por la descarga de agua subterránea. [33]
Un estudio realizado en un área de seis condados contiguos del sureste de Michigan investigó la relación entre los niveles moderados de arsénico y 23 enfermedades, entre ellas varios tipos de cáncer, enfermedades del sistema circulatorio y respiratorio, diabetes mellitus y enfermedades renales y hepáticas. Se observaron tasas de mortalidad elevadas para todas las enfermedades del sistema circulatorio. Los investigadores reconocieron la necesidad de replicar sus hallazgos. [34]
Diversos estudios también han demostrado que la exposición al arsénico durante el embarazo puede provocar muerte infantil, cáncer, ataques cardíacos, insuficiencia renal, complicaciones pulmonares, así como una reducción de la inteligencia, la memoria y el desarrollo cognitivo del niño. [3]
El acceso al agua potable está plagado de desigualdades políticas, socioeconómicas y culturales. En la práctica, muchas estrategias de tratamiento del agua tienden a ser soluciones temporales a un problema mayor, y a menudo prolongan los problemas sociales mientras tratan los científicos. [35] Los estudios científicos han demostrado que es especialmente importante considerar los enfoques interdisciplinarios para la purificación del agua, y que las mejoras duraderas implican perspectivas más amplias que los enfoques estrictamente científicos. [36]
Una revisión de los métodos para eliminar el arsénico de las aguas subterráneas en Pakistán resume los métodos económicamente más viables desde el punto de vista técnico. [37] La mayoría de los tratamientos a pequeña escala se centran en el agua después de que ha salido del sitio de distribución y, por lo tanto, están más centrados en soluciones rápidas y temporales.
Una forma más simple y menos costosa de eliminación de arsénico se conoce como el filtro de arsénico Sono , que utiliza tres jarras que contienen virutas de hierro fundido y arena en la primera jarra y carbón activado de madera y arena en la segunda. [38] También se pueden utilizar baldes de plástico como contenedores de filtro. [39] Se afirma que miles de estos sistemas están en uso y pueden durar años evitando al mismo tiempo el problema de eliminación de desechos tóxicos inherente a las plantas convencionales de eliminación de arsénico. Aunque novedoso, este filtro no ha sido certificado por ninguna norma sanitaria como NSF, ANSI, WQA y no evita la eliminación de desechos tóxicos de manera similar a cualquier otro proceso de eliminación de hierro.
En Estados Unidos se han utilizado pequeñas unidades "debajo del fregadero" para eliminar el arsénico del agua potable. Esta opción se denomina tratamiento "en el punto de uso". Los tipos más comunes de tratamiento doméstico utilizan las tecnologías de adsorción (utilizando medios como Bayoxide E33, GFH, alúmina activada o dióxido de titanio) [40] u ósmosis inversa . Se han considerado el intercambio iónico y la alúmina activada , pero no se utilizan comúnmente.
Se ha informado que los filtros a base de granza reducen el contenido de arsénico del agua a 3 μg/L (3 ppb). Esto es especialmente importante en áreas donde el agua potable se obtiene filtrando el agua extraída del acuífero subterráneo . [41]
En la electrocoagulación de hierro (Fe-EC) , el hierro se disuelve sin parar utilizando electricidad, y los hidróxidos férricos , oxihidróxidos y óxidos resultantes forman un absorbente que es fácilmente atraído por el arsénico. La densidad de corriente , la cantidad de carga entregada por litro de agua, del proceso se manipula a menudo para lograr la máxima eliminación de arsénico. [42] Esta estrategia de tratamiento se ha utilizado principalmente en Bangladesh, [43] y ha demostrado ser muy exitosa. De hecho, el uso de la electrocoagulación de hierro para eliminar el arsénico en el agua demostró ser la opción de tratamiento más eficaz. [44]
En algunos lugares, como Estados Unidos, toda el agua que suministran las empresas de servicios públicos a las residencias debe cumplir con normas primarias (basadas en la salud) para el agua potable. Las reglamentaciones pueden exigir sistemas de tratamiento a gran escala para eliminar el arsénico del suministro de agua. La eficacia de cualquier método depende de la composición química de un suministro de agua en particular. La química acuosa del arsénico es compleja y puede afectar la tasa de eliminación que se puede lograr mediante un proceso particular.
Algunas grandes empresas de servicios públicos con múltiples pozos de suministro de agua podrían cerrar aquellos pozos con altas concentraciones de arsénico y producir únicamente a partir de pozos o fuentes de agua superficial que cumplan con la norma de arsénico. Sin embargo, otras empresas de servicios públicos, especialmente las pequeñas con solo unos pocos pozos, podrían no tener un suministro de agua disponible que cumpla con la norma de arsénico.
La coagulación/filtración (también conocida como floculación ) elimina el arsénico mediante coprecipitación y adsorción utilizando coagulantes de hierro. Algunas empresas de servicios públicos ya utilizan la coagulación/filtración con alumbre para eliminar sólidos suspendidos y se puede ajustar para eliminar el arsénico. [45]
La adsorción de óxido de hierro filtra el agua a través de un medio granular que contiene óxido férrico. El óxido férrico tiene una gran afinidad para adsorber metales disueltos como el arsénico. El medio de óxido de hierro acaba saturando y debe sustituirse. La eliminación de lodos también supone un problema en este caso.
La alúmina activada es un adsorbente que elimina eficazmente el arsénico. Las columnas de alúmina activada conectadas a pozos tubulares poco profundos en la India y Bangladesh han eliminado tanto As(III) como As(V) de las aguas subterráneas durante décadas. El rendimiento a largo plazo de las columnas ha sido posible gracias a los esfuerzos de los comités de agua elegidos por la comunidad que recaudan un impuesto local sobre el agua para financiar las operaciones y el mantenimiento. [46] También se ha utilizado para eliminar concentraciones indeseablemente altas de fluoruro .
El intercambio iónico se ha utilizado durante mucho tiempo como un proceso de ablandamiento del agua , aunque generalmente en una sola vivienda. Las resinas de intercambio aniónico tradicionales son eficaces para eliminar As(V), pero no As(III), o trióxido de arsénico , que no tiene una carga neta. La eliminación eficaz a largo plazo del arsénico mediante intercambio iónico requiere un operador capacitado para realizar el mantenimiento de la columna.
Tanto la ósmosis inversa como la electrodiálisis (también llamada electrodiálisis inversa ) pueden eliminar el arsénico con una carga iónica neta. (Tenga en cuenta que el óxido de arsénico, As2O3 , es una forma común de arsénico en el agua subterránea que es soluble, pero no tiene carga neta). Algunas empresas de servicios públicos utilizan actualmente uno de estos métodos para reducir los sólidos disueltos totales y, por lo tanto, mejorar el sabor. Un problema con ambos métodos es la producción de aguas residuales de alta salinidad, llamadas salmuera o concentrado, que luego deben eliminarse.
Tecnología de eliminación subterránea de arsénico (SAR) Tecnología SAR
En la eliminación subterránea de arsénico, el agua subterránea aireada se recarga nuevamente en el acuífero para crear una zona de oxidación que puede atrapar el hierro y el arsénico en las partículas del suelo a través del proceso de adsorción. La zona de oxidación creada por el agua aireada aumenta la actividad de los microorganismos oxidantes de arsénico que pueden oxidar el arsénico del estado +3 al +5 Tecnología SAR. No se utilizan productos químicos y casi no se producen lodos durante la etapa operativa, ya que los compuestos de hierro y arsénico se vuelven inactivos en el propio acuífero. De este modo, se evita la eliminación de desechos tóxicos y el riesgo de su futura movilización. Además, tiene una vida útil muy larga, similar a los pozos tubulares de larga duración que extraen agua de los acuíferos poco profundos.
En Bengala Occidental funcionan seis de estas plantas SAR, financiadas por el Banco Mundial y construidas por la Misión Ramakrishna Vivekananda, Barrackpore y la Queen's University de Belfast (Reino Unido). Cada una de ellas ha suministrado más de 3.000 litros de agua sin arsénico ni hierro al día a la comunidad rural. La primera planta de tratamiento de agua comunitaria basada en tecnología SAR fue instalada en Kashimpore, cerca de Calcuta, en 2004 por un equipo de ingenieros europeos e indios dirigido por Bhaskar Sen Gupta, de la Queen's University de Belfast, para TiPOT. [47] [48] [49] [50]
La tecnología SAR recibió el premio Dhirubhai Ambani 2010 de IChemE UK por innovación química. Una vez más, SAR ganó el premio St. Andrews por el medio ambiente 2010. El proyecto SAR fue seleccionado por el Blacksmith Institute de Nueva York y Green Cross de Suiza como uno de los "12 casos de limpieza y éxito" en el informe de 2009 sobre los lugares más contaminados del mundo (consulte: www.worstpolluted.org).
Actualmente, se están instalando plantas SAR a gran escala en EE. UU., Malasia, Camboya y Vietnam.
Utilizando nanomateriales, es posible destruir eficazmente microorganismos, adsorber arsénico y fluoruro, eliminar metales pesados y degradar pesticidas que se encuentran habitualmente en el agua. [51] [52] Los investigadores han estudiado nuevos métodos para sintetizar composiciones de óxido/hidróxido/oxihidróxido de hierro en el laboratorio y los han utilizado para la purificación del agua. Un producto llamado AMRIT, que significa elixir en idiomas indios, desarrollado por el Instituto Indio de Tecnología de Madrás, es una tecnología de purificación de agua asequible basada en materiales avanzados, que ha sido validada a través de artículos de investigación [53] [54] y patentes [55] y ha sido aprobada para su implementación nacional en la India. La tecnología puede eliminar varios aniones, especialmente arseniato y arsenito (dos especies comunes presentes en el agua contaminada con arsénico) y fluoruro del agua. Actualmente, esta tecnología está suministrando agua libre de arsénico a aproximadamente 10.00.000 personas cada día. [56]
En 2008, el Instituto Suizo de Investigación Acuática, Eawag , presentó un nuevo método mediante el cual se podían producir mapas de riesgo para sustancias tóxicas geogénicas en aguas subterráneas. [57] [58] [59] [60] Esto proporciona una manera eficiente de determinar qué pozos deben analizarse. En 2016, el grupo de investigación puso su conocimiento a disposición de forma gratuita en la Plataforma de Evaluación de Aguas Subterráneas (GAP). Esto ofrece a los especialistas de todo el mundo la posibilidad de cargar sus propios datos de medición, mostrarlos visualmente y producir mapas de riesgo para las áreas de su elección. GAP también sirve como un foro de intercambio de conocimientos para permitir un mayor desarrollo de métodos para eliminar sustancias tóxicas del agua.
Investigadores de Bangladesh y el Reino Unido han afirmado que la ingesta alimentaria de arsénico añade una cantidad significativa a la ingesta total cuando se utiliza agua contaminada para riego. [61] [62] [63]