La contaminación por arsénico de las aguas subterráneas es una forma de contaminación de las aguas subterráneas que a menudo se debe 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 profundos para el suministro de agua en el delta del Ganges , lo que provoca una grave intoxicación por arsénico a un gran número de personas. Un estudio de 2007 encontró 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 tras el envenenamiento masivo del agua en Bangladesh . [1] La contaminación por arsénico del agua subterránea se encuentra en muchos países del 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 esto suele ser un objetivo inalcanzable para muchas áreas problemáticas debido a la dificultad de eliminar el arsénico de las fuentes de agua. [3]
Se han reportado aproximadamente 20 incidentes importantes de contaminación de arsénico en aguas subterráneas. [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 minería de oro puede contaminar las aguas subterráneas con arsénico, porque el elemento suele encontrarse en minerales que contienen oro. El procesamiento del oro libera arsénico de los relaves de las minas y el agua subterránea contaminada puede no ser potable durante décadas. [7] El arsénico que se produce naturalmente puede contaminar el suelo, al igual que el agua subterránea. Esto presenta una posible exposición al arsénico por el uso de productos que contienen tabaco, porque la planta del tabaco crece en el suelo y puede infiltrarse con arsénico. [3]
El agua contaminada con arsénico normalmente contiene ácido arsénico y ácido arsénico o sus derivados. Sus nombres como "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 aldeanos se correlacionaba con la cantidad de agua y productos locales consumidos. [8]
La parte central de Argentina está afectada por aguas subterráneas contaminadas con arsénico. Específicamente, La Pampa produce agua que contiene entre 4 y 5300 microgramos por litro. [9]
La contaminación por arsénico del agua subterránea en Bangladesh es un problema grave. Antes de la década de 1970, 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 periódicos y las inundaciones, exacerbaron estos problemas. Como solución, UNICEF y el Banco Mundial abogaron por el uso de pozos para aprovechar aguas subterráneas más profundas. Durante la década de 1970, UNICEF trabajó con el Departamento de Ingeniería de Salud Pública para instalar pozos entubados. Los pozos consisten en tubos de 5 cm de diámetro insertados a menos de 200 m de profundidad en el suelo y tapados con una bomba manual de hierro o acero. En ese momento, los procedimientos estándar de prueba de agua no incluían pruebas de arsénico . [10] Esta falta de precaución provocó uno de los mayores envenenamientos masivos de una población porque el agua subterránea utilizada para beber estaba contaminada con arsénico. [11]
Se suponía que los pozos entubados extraerían 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 el agua subterránea en gran parte de Bangladesh estaba contaminada naturalmente con arsénico . [12] [13] : 389 El tema llamó 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 generalmente ha pasado menos tiempo en el suelo, por lo que probablemente 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 perdido arsénico. [17]
Se han dirigido críticas a las agencias de ayuda , que negaron el problema durante la década de 1990, mientras se excavaban millones de pozos entubados. Posteriormente, las agencias de ayuda contrataron a expertos extranjeros que recomendaron plantas de tratamiento que no eran apropiadas para las condiciones, se descomponían regularmente 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 Ganga y Gandak . [19]
En Bengala Occidental , India, el agua proviene principalmente de ríos, pozos abiertos o estanques. Estos pueden estar contaminados con enfermedades transmisibles como disentería , tifoidea , cólera y hepatitis . Desde la década de 1970, las organizaciones no gubernamentales de la India se han centrado en perforar pozos entubados 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 grave problema de contaminación por arsénico. El problema es más grave en la región de Terai , siendo el peor cerca del distrito de Nawalparasi , donde el 26 por ciento de los pozos poco profundos no cumplieron con el estándar de la OMS de 10 ppb. Un estudio realizado por la Agencia Japonesa de Cooperación Internacional y Medio Ambiente en el Valle de Katmandú mostró que el 72% de los pozos profundos no cumplían con el estándar de la OMS y el 12% no cumplían con el estándar nepalí de 50 ppb. [22]
El 66% de las 1.200 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 de arsénico por litro, niveles que superan con creces los niveles aceptables en todo el mundo. [23]
Un estándar para el agua potable de 0,05 mg/L (equivalente a 50 partes por mil millones , o ppb) de arsénico fue establecido originalmente en los Estados Unidos por el Servicio de Salud Pública en 1942. Después de la aprobación de la Ley de Agua Potable Segura de 1974 (SDWA, por sus siglas en inglés) , la Agencia de Protección Ambiental (EPA) recibió el poder de establecer los niveles máximos de contención (MCL) de contaminantes en los suministros públicos de agua. En 1996, el Congreso enmendó la SDWA y creó un Fondo Rotatorio Estatal de Agua Potable para otorgar 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 por tecnología más asequible que no cumplía plenamente 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 finales de los años 1980 y 1990. No se tomó ninguna medida hasta enero de 2001, cuando la administración Clinton, en sus últimas semanas, promulgó una nueva norma de 0,01 mg/L (10 ppb) que entraría en vigor en enero de 2006. [24] La administración Bush suspendió la regulación de medianoche , pero después de algunos meses Como estudio, la nueva administradora de la EPA, Christine Todd Whitman, aprobó el nuevo estándar de 10 ppb de arsénico y su fecha de vigencia original de enero de 2006. [25] Muchas ubicaciones exceden 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 suministro de agua en los Estados Unidos obtuvieron su suministro de agua subterránea que cumplía con el antiguo estándar de 50 ppb de arsénico pero excedía 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 del agua. En Arizona, se estima que el 35 por ciento de los pozos de suministro de agua no cumplieron con la nueva regulación; en California, el porcentaje fue del 38 por ciento. [29]
Se sigue debatiendo cuál es el MCL adecuado para el arsénico. Algunos han argumentado que el estándar federal de 10 ppb sigue siendo demasiado alto, mientras que otros han argumentado que 10 ppb es innecesariamente estricto. Los estados individuales pueden establecer límites más bajos para el arsénico; Nueva Jersey lo ha hecho y ha establecido 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 las montañas de los Apalaches encontró que el seis por ciento de los pozos tenían arsénico por encima del MCL estadounidense de 0,010 mg/L. [31]
Se sabe desde hace mucho tiempo que Fallon, Nevada, tiene aguas subterráneas con concentraciones de arsénico relativamente altas (superiores a 0,08 mg/L). [32] Incluso algunas aguas superficiales, como el río Verde en Arizona , a veces exceden los 0,01 mg/L de arsénico, especialmente durante los períodos de bajo caudal cuando el caudal del río está dominado por la descarga de aguas subterráneas. [33]
Un estudio realizado en un área contigua de seis condados del sureste de Michigan investigó la relación entre los niveles moderados de arsénico y los resultados de 23 enfermedades. Los resultados de las enfermedades incluyeron varios tipos de cáncer, enfermedades de los sistemas 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]
Varios 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 de agua tienden a ser soluciones temporales a un problema mayor, y a menudo prolongan los problemas sociales mientras se tratan los científicos. [35] Los estudios científicos han demostrado que es especialmente importante considerar los enfoques interdisciplinarios para la purificación del agua, y las mejoras duraderas implican perspectivas más amplias que los enfoques científicos estrictos. [36]
Una revisión de los métodos para eliminar el arsénico del agua subterránea en Pakistán resume los métodos económicos 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 abandonado el sitio de distribución y, por lo tanto, se centran más en soluciones rápidas y temporales.
Una forma más simple y menos costosa de eliminación de arsénico se conoce como filtro de arsénico Sono , utilizando 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] Los cubos de plástico también se pueden utilizar 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 es 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 los 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 de tratamiento doméstico más habituales utilizan las tecnologías de adsorción (utilizando medios como Bayoxide E33, GFH, alúmina activada o dióxido de titanio) [40] o 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 paja 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 del hierro (Fe-EC) , el hierro se disuelve sin parar utilizando electricidad y los hidróxidos , oxihidróxidos y óxidos férricos resultantes forman un absorbente que atrae fácilmente al arsénico. La densidad de corriente , la cantidad de carga entregada por litro de agua, del proceso a menudo se manipula para lograr el máximo agotamiento del arsénico. [42] Esta estrategia de tratamiento se ha utilizado principalmente en Bangladesh, [43] y ha demostrado tener un gran éxito. De hecho, el uso de electrocoagulación con hierro para eliminar el arsénico del agua resultó ser la opción de tratamiento más eficaz. [44]
En algunos lugares, como Estados Unidos, toda el agua suministrada a las residencias por las empresas de servicios públicos debe cumplir con los estándares primarios (basados en la salud) para el agua potable. Las regulaciones pueden requerir 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 los pozos con altas concentraciones de arsénico y producir sólo a partir de pozos o fuentes de agua superficial que cumplan con el estándar de arsénico. Sin embargo, es posible que otras empresas de servicios públicos, especialmente las pequeñas con sólo unos pocos pozos, no tengan un suministro de agua disponible que cumpla con el estándar 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 los 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 alta afinidad por adsorber metales disueltos como el arsénico. El medio de óxido de hierro eventualmente se satura y debe ser reemplazado. La eliminación de lodos también supone un problema.
La alúmina activada es un adsorbente que elimina eficazmente el arsénico. Las columnas de alúmina activada conectadas a pozos entubados poco profundos en India y Bangladesh han eliminado tanto As(III) como As(V) del agua subterránea durante décadas. El desempeño de la columna a largo plazo 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 proceso de ablandamiento del agua , aunque normalmente en un solo hogar. Las resinas de intercambio aniónico tradicionales son eficaces para eliminar el As(V), pero no el As(III) o el trióxido de arsénico , que no tiene carga neta. La eliminación eficaz del arsénico mediante intercambio iónico a largo plazo requiere un operador capacitado para mantener 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, As 2 O 3 , es una forma común de arsénico en el agua subterránea que es soluble, pero no tiene carga neta). Actualmente, algunas empresas de servicios públicos utilizan uno de estos métodos para reducir el total de sólidos disueltos 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 hierro y arsénico en las partículas del suelo mediante un 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 de +3 a +5 estados Tecnología SAR. No se utilizan productos químicos y casi no se produce lodo durante la etapa operativa, ya que los compuestos de hierro y arsénico se inactivan en el propio acuífero. De esta forma se evita la eliminación de residuos tóxicos y el riesgo de su futura movilización. Además, tiene una vida operativa muy larga, similar a la de los pozos entubados de larga duración que extraen agua de acuíferos poco profundos.
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, están operando en Bengala Occidental. Cada planta ha estado entregando más de 3.000 litros de agua libre de arsénico y hierro diariamente a la comunidad rural. La primera planta comunitaria de tratamiento de agua basada en tecnología SAR fue instalada en Kashimpore, cerca de Calcuta, en 2004 por un equipo de ingenieros europeos e indios dirigidos 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 de 2010 de IChemE UK por su innovación química. Nuevamente, SAR fue el ganador del Premio St. Andrews de Medio Ambiente, 2010. El Proyecto SAR fue seleccionado por el Blacksmith Institute – Nueva York y Green Cross- Suiza como uno de los "12 Casos de Limpieza y Éxito" en las peores zonas del mundo. Informe de lugares contaminados 2009. (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 normalmente se encuentran en el agua. [51] [52] Los investigadores han analizado 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 asequible de purificación de agua basada en materiales avanzados, que ha sido validada a través de artículos de investigación [53] [54] y patentes [55] y ha sido aprobado 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 suministra agua sin arsénico a unas 10.000.000 personas cada día. [56]
En 2008, el Instituto Suizo de Investigaciones Acuáticas Eawag presentó un nuevo método mediante el cual se podrían elaborar mapas de peligros para sustancias tóxicas geogénicas en aguas subterráneas. [57] [58] [59] [60] Esto proporciona una manera eficiente de determinar qué pozos deben probarse. En 2016, el grupo de investigación puso sus conocimientos 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 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 dietética de arsénico añade una cantidad significativa a la ingesta total cuando se utiliza agua contaminada para riego. [61] [62] [63]