30 de septiembre de 2009

Dossier: Arsénico en el agua.


1. Propiedades químicas del arsénico.

El arsénico existe en cuatro estados de oxidación: –3, 0, +3 y +5.

El arsénico se halla en las aguas naturales como especie disuelta, la cual se presenta por lo común como oxianiones con arsénico en dos estados de oxidación, arsénico trivalente [As(III)] y arsénico pentavelente [As(V)], y con menos frecuencia como As(0), As(-I) y As(-II). Aunque tanto As(V) como As(III) son móviles en el medio, es precisamente el As(III) el estado más lábil y biotóxico.

El estado de oxidación del arsénico, y por tanto su movilidad, están controlados fundamentalmente por las condiciones redox (potencial redox, Eh) y el pH. De hecho, el arsénico es un elemento singular entre los metaloides pesados y elementos formadores de oxianiones por su sensibilidad a movilizarse en los valores de pH típicos de las aguas subterráneas (pH 6,5-8,5).

En general, la forma pentavalente del arsénico As(V) tiende a predominar frente a la forma trivalente As(III) en las aguas superficiales, más oxigenadas que las aguas subterráneas. Sin embargo, en estas últimas no siempre predomina la forma trivalente, pudiéndose encontrar ambos estados de oxidación. Las concentraciones y proporciones relativas de As(III) y As(V) dependen de la entrada de arsénico en el sistema, las condiciones redox y la actividad biológica. Por ejemplo, la presencia de arsenito puede ser mantenida en condiciones óxicas por reducción biológica de arseniato. Por otra parte, la cinética de las reacciones redox es muy lenta por lo que las relaciones As(V)/As(III) observadas en muchas ocasiones no corresponden exactamente con las condiciones redox del medio, reflejando desequilibrio temodinámico.

Mecanismos de incorporación de arsénico a las aguas

El arsénico es extremadamente tóxico por bioacumulación. Exposiciones prolongadas durante mucho tiempo son extremamente nocivas para la salud humana: diversos tipos de cáncer, patologías cardiovasculares, diabetes, anemia, y alteraciones en las funciones reproductoras, inmunológicas, neurológicas y del desarrollo.
Aunque los materiales de la geosfera no presenten grandes concentraciones de arsénico en la fase sólida, una pequeña cantidad relativa de arsénico liberado de esa fase sólida por procesos de desorción o disolución puede elevar la concentración de arsénico en el agua por encima de 50 µg/l.

Y en este sentido hay que considerar, que para que se existan aguas con contenidos altos en arsénico, no basta solo con que tengan lugar mecanismos por los cuales este se libere de la fase sólida, sino que además el arsénico liberado tiene que permanecer en el agua, es decir no tiene que ser transportado ni transferido a otro medio, ni tampoco se han de producir procesos de dilución por mezcla. Esos son los factores claves que hay que estudiar para entender la existencia de aguas con contenidos altos de arsénico.

Otra consideración que hay que hacer, es sobre la naturaleza diferente de las aguas superficiales y las aguas subterráneas: las aguas superficiales constituyen sistemas abiertos donde los factores ambientales están continuamente variando; en contraste, las aguas subterráneas se pueden considerar, en la mayoría de los casos, sistemas semicerrados, donde las condiciones pueden variar, pero de forma discontinua en el tiempo, permitiendo que el sistema solución-fase sólida pueda reequilibrarse. Ello implica que, en condiciones naturales, y si no se producen grandes cambios en la evolución de un acuífero, este llegará a una etapa donde la interacción agua-fase sólida será mínima, y por tanto no habrá transferencias de arsénico.

Este escenario contrasta con el de las aguas superficiales donde no tienen porque alcanzarse situaciones próximas al equilibrio solución-fase sólida. Uno de los problemas fundamentales con respecto a las aguas subterráneas y el arsénico radica en que la explotación de aquellas puede introducir cambios sustanciales en las condiciones originales del acuífero.

En relación con el problema de la variación temporal de las condiciones geoquímicas del acuífero, es muy relevante el estudio del Servicio Geológico de Estados Unidos sobre las aguas subterráneas de la Cuenca Willamette (Oregon) (USGS, 1998). Allí, se observan variaciones temporales de las concentraciones de arsénico en algunos pozos, que se interpretan como ocasionadas por variaciones en el régimen de explotación.

A menudo se observan, en las aguas ricas en arsénico, concentraciones altas en C orgánico disuelto como ácidos fúlvicos y húmicos, aunque todavía no se ha podido establecer una relación causal entre el C orgánico disuelto y arsénico desorbido.

2. El arsénico en la salud humana.


El arsénico es un tóxico y un carcinógeno, entre los efectos nocivos no carcinogénicos de este metaloide los más comunes asociados a su ingestión son los que se presentan en piel: hiperpigmentación, hipopigmentación e hiperqueratosis; daños al sistema cardiovascular, alteraciones renales y hepáticas, desarrollo de neuropatías periféricas y encefalopatías, y su capacidad de disruptor endocrino relacionado con el desarrollo de diabetes.

Por otro lado, existe información epidemiológica suficiente para relacionar la exposición aerea ocupacional al arsénico y el desarrollo de cáncer broncogénico. También los estudios epidemiológicos indican la asociación entre la ingestión de arsénico inorgánico y el desarrollo de carcinomas de la piel.
Posteriormente se ha reconocido la relación entre la presencia de arsénico en el agua y el aumento en la presencia y mortandad por cánceres de vejiga, pulmón, riñón y cáncer hepático en la población potencialmente expuesta.

3. Problemática del arsénico a nivel mundial.


Millones de personas en todos los continentes beben agua contaminada con arsénico todos los días, a pesar de los grandes esfuerzos realizados por Naciones Unidas.
Diluido en “agua potable” el arsénico, un semimetal inodoro e insípido que se encuentra en estado natural en rocas y suelos, envenena día a día a millones de consumidores en 36 países. Éste es el resultado de un estudio desarrollado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Centro para Agua y Sanidad (IRC), por sus siglas en inglés.

En Europa los países más afectados, según el estudio, son Hungría, Serbia y Croacia. En Hungría más de un millón de personas beben agua que sobrepasa los límites de contaminación indicados por Naciones Unidas. Según la OMS, el agua es perjudicial si contiene más de 10 microgramos por litro de arsénico. En el Este europeo sin embargo, el líquido contiene, a menudo, 30 veces más dicho límite.

Medidas sanitarias aún no obligatorias.

A pesar de los estragos de salud que causan las altas concentraciones de arsénico en el agua, sólo a partir del 2009 los gobiernos están obligados ante la ONU a hacer cumplir las medidas sanitarias que exigen más bajos niveles de dicho metaloide.

El arsénico puede combinarse con otros elementos formando compuestos arsenicales, orgánicos o inorgánicos, que por lo general, son los más tóxicos y predominan en el agua. El consumo prolongado de agua potable con altas cantidades de arsénico mayores a 10 microgramos por litro puede causar arsenicosis, una enfermedad crónica que ocasiona enfermedades de la piel, gangrena y hasta cáncer de riñón y cáncer vesical.

Tampoco Alemania se salva de los riesgos que representan la presencia de arsénico en las aguas. De acuerdo con Hermann Dieter, director del departamento de toxicología del ministerio federal de Medio Ambiente, “el riesgo está limitado, por fortuna, al norte de Baviera y al contiguo Estado de Turingia”. En Alemania, las empresas de tratamiento de aguas están obligadas por ley desde 1996, a mantener los niveles exigidos de pureza del agua.
La presencia de residuos arsénicos industriales es uno de los grandes problemas en países industrializados como Alemania, en donde antiguas plantas de fabricación de tintas son aún un dolor de cabeza para los habitantes. Ese es el caso de una fábrica clausurada en 1930 y en cuyos antiguos predios aún se encuentra arsénico, setenta y siete años después.

Pero la contaminación también se ha llevado desde Europa a todos los mares. En Alemania se fabricaron pinturas anticorrosivas para barcos basadas en sustancias arsénicas. Entre tanto, las autoridades alemanas han prohibido la utilización de este integrante de la familia del nitrógeno en muchos procesos industriales.

Crítica situación en Asia.. ¿y en América Latina?

Otra es la situación en Bangladesh, en donde unos 35 millones de personas consumen agua con altos índices de arsénico. Se calcula que en Bangladesh existen 1,5 millones de casos de lesiones cutáneas relacionadas con la presencia de arsénico en el agua potable.
En China, India y Tailandia la situación es también precaria.
Pero en América Latina el arsénico también causa estragos. El reporte de la ONU menciona a Argentina, Chile y México como países en los cuales se han encontrado “aguas subterráneas contaminadas con arsénico”.
La contaminación del agua causada por la industria en Estados Unidos es generada, especialmente, por la producción industrial de cobre, plomo y zinc. Y, en todo el mundo, por el uso indiscriminado de insecticidas en la agricultura.

Bangladesh: El caso más grave.

Cuando los ingenieros occidentales llegaron a Bangladesh, en los años sesenta, para construir la primera red de agua potable del país, no fueron bien recibidos. Los vecinos de las zonas rurales veían con recelo las tuberías que extraían el líquido del subsuelo. «Es el agua del diablo», decían.

Han pasado 40 años, y el tiempo les ha dado la razón. El agua de esas tuberías tiene un alto nivel de arsénico y está causando la muerte lenta de miles de personas. Las cifras más optimistas hablan de 18 millones de envenenados. Los enfermos presentan manchas en la piel, sufren grandes dolores y náuseas. El arsénico puede provocar cáncer de hígado y una muerte fulminante.

Los expertos están de acuerdo. Se enfrentan al mayor envenenamiento masivo de la Historia. Algunos van más allá y aseguran que se trata del problema medioambiental más grave de todo el planeta.
Como una cruel ironía, ese agua ha salvado muchas vidas, aunque ahora se cobre otras tantas. Antes de que UNICEF y otras organizaciones internacionales aportaran fondos para construir las tuberías, los 120 millones de habitantes de Bangladesh bebían directamente de los ríos o de pozos poco profundos. Como consecuencia, el cólera y la diarrea diezmaban a la población. Lo que no pudieron ni supieron prever los técnicos occidentales fue que el remedio se iba a convertir en grave enfermedad para la que no hay solución.

Aunque el envenenamiento por arsénico es un grave problema para 18 países, nadie supuso que el agua del Ganges tendría un grado de contaminación tan alto. En realidad, no se hizo ninguna prueba científica hasta que apareció el primer caso de cáncer, en 1993. Ahora los ténicos entonan un inútil y tardío mea culpa y el Banco Mundial ofrece cientos de millones de dólares para tratar de enmendar un error fatal.

El suelo de Bangladesh es como una inmensa esponja. Su pobre y castigado suelo absorbe todo lo que le llega. Y le llegan minerales en forma de piritas que confluyen en las aguas subterráneas. Aunque no hay ninguna teoría fiable que explique la contaminación tan alta de arsénico, la más sólida señala que las tuberías favorecen la entrada de oxígeno, la oxidación de las piritas y la liberación del arsénico. Y en grandes cantidades.

Sin embargo, Charles Harvey y su equipo del Massachussets Institute of Tecnology sospechan que el problema estaba relacionado con el gran desarrollo de los regadíos en los últimos 25 años en un país enormemente poblado. Como explica la revista Science (22 de noviembre de 2002), en la que se han publicado los resultados del estudio, durante la época seca se saca para regar una gran cantidad de agua con bombas. La hipótesis barajada en este estudio es que la causante es la gran recirculación de agua con compuestos químicos y el consiguiente descenso acusado del nivel freático y el posterior aumento también acusado al llegar las lluvias monzónicas provocando que algunos compuestos, y especialmente el carbono de los residuos orgánicos al acceder a una profundidad a la que antes no se llegaba puedan extraer el arsénico sedimentado.

Los científicos hicieron un ensayo construyendo 17 pozos nuevos en una zona del sur de Bangladesh muy contaminada por arsénico e inyectaron en ellos diversos compuestos ricos en carbono orgánico. En los días posteriores aumentó significativamente el contenido en arsénico en el agua. La reacción química que sospechan los científicos que se produce en este caso es la reducción y luego la disolución de los óxidos de hierro que contienen arsénico.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera perjudicial una cantidad superior a 0,01 miligramos de arsénico por litro de agua. La legislación de Bangladesh permite cantidades cinco veces superiores. Pero no los 2 miligramos por litro que miles de personas han estado bebiendo durante años, una concentración 200 veces superior a la recomendada por la OMS.

Los niños corren un grave riesgo de caer enfermos. El melanoma devora sus cuerpos. Mientras las manchas blancas y las úlceras se extienden, sus ojos se hinchan por la conjuntivitis y sufren graves problemas respiratorios. La malnutrición favorece la actuación del veneno. Una dieta rica en fruta fresca y vegetales es el mejor remedio. Pero esa dieta es un sueño en Bangladesh.

Presente y futuro

Nikolaos Nikolaidis, profesor de la Universidad de Connecticut (EEUU), ha inventado un filtro, barato y sencillo, llamado AsRT, que evita que el arsénico pase al agua. Cada filtro podría limpiar 5.500 litros de agua al día. http://www.eng2.uconn.edu/~nikos/asrt-brochure.html

El diario británico The Guardian ha seguido al médico local Akhtar Ahmad en su peregrinaje por las aldeas afectadas. Ahmad toma muestras de agua de las tuberías y las analiza con un equipo doméstico de papeles tornasol. Fácil de manejar, serviría a la población rural para averiguar el grado de contaminación. El problema es que el equipo es tan barato que nadie quiere fabricarlo.

También el Profesor Abul Hussam, en Estados Unidos ha desarrollado un ingenioso dispositivo para eliminar el arsénico del agua que consiste en dos cubos de plástico apilados y agujereados, en los que se han intercalado varias capas de arena, carbón vegetal, trozos de ladrillo y fragmentos de hierro. http://www.elmundo.es/elmundosalud/2007/02/05/biociencia/1170663479.html

Por otro lado, científicos chinos han lanzado el primer proyecto de planta experimental del mundo para absorber el arsénico venenoso del suelo.
En Hunan (centro), concretamente en la ciudad de Chenzhou, se construirá un proyecto con 30 toneladas de una especie de planta cuyo nombre científico es Pteris Vittata L y que se espera que extraiga anualmente el 10 por ciento del arsénico presenta en el suelo.
En Zhejiang y Guangdong se construirán otras dos plantas.

La tecnología de recuperación de metales del suelo se realiza utilizando plantas que absorben veneno de la tierra y que son conocidas como "hiper-acumuladores".
Los metales pesados acumulados por estas plantas serán utilizados posteriormente; este sistema se utiliza principalmente para la extracción de arsénico, cobre y zinc.
El 20 por ciento de las tierras de cultivo chinas están contaminadas por metales pesados, lo que causa anualmente unas pérdidas equivalentes a 10 millones de toneladas de cereal.

Un informe de la OMS augura que uno de cada 10 adultos del sur de Bangladesh va a desarrollar cáncer a causa del arsénico, el asesino silencioso. El subsuelo del país está horadado por una red de tres millones de tuberías que proporcionan el 95% del agua potable. Cada día que pasa aparecen más pintadas de rojo. Es una señal para indicar que están contaminadas.

El Banco Mundial admite que el programa contra el arsénico en Bangladesh no funciona ya que la mayoría de los 11 millones de pozos del país no había sido revisada incumpliendo asi el programa que aprobó y financió en 1998.
El número de víctimas resulta imposible de precisar pero hay informes de la OMS que señalan que al año pueden estar muriendo por arsénico unos 20.000 bangladeshíes. La ONG Bangladesh Internacional Actino Network apunta que una de cada 10 muertes en el país tiene como causa directa o indirecta el arsénico.

No beber es el único remedio posible. Pero el cólera acecha en el agua que no es subterránea. Médicos de Bangladesh aseguran que es preferible combatir a la bacteria que al arsénico.
http://www.elmundo.es/papel/hemeroteca/1999/09/26/cronica/752072.html
http://www.elpais.com/articulo/sociedad/Banco/Mundial/admite/programa/arsenico/Bangladesh/funciona/elpepisoc/20020722elpepisoc_2/Tes
http://www.dw-world.de/dw/article/0,2144,2456343,00.html

4. Problemática en Castilla y León.


Los análisis realizados en pozos de abastecimiento de Castilla y León hasta el mes de agosto de 2001 permitieron descubrir que en un total de 39 los municipios de esta Comunidad el agua potable presentaba importantes niveles de arsénico: 11 municipios en Ávila, 13 en Segovia y 15 en Valladolid.
Aunque estos son los municipios que se han visto más afectados por este tipo de contaminación al presentar aguas potables con niveles de arsénico superiores a 50 µg/l, parece ser que este problema se extiende a áreas de otras provincias, como la de Salamanca.
En este caso, y tras un estudio hidrogeológico parece ser que la contaminación es de origen natural: una vez que las capas de pirita de los pozos subterráneas se ponen en contacto con el oxígeno y, al impulsar el agua desde el interior del pozo, se disuelve el arsénico.

La Junta de Castilla y León se gasta unos 38 millones de euros en el abastecimiento de agua, por la contaminación de los acuíferos por arsénico, en 44 municipios de las provincias de Ávila, Segovia y Valladolid, con un total de 70.000 habitantes.

Para la consejería de Medio Ambiente de esta comunidad, el problema se comenzó a detectar en el verano 2000 y, salvo en una zona del noroeste de Madrid, hasta entonces no había antecedentes en España. Se sabe que es algo común en toda la meseta y, ya que la estratificación del suelo es similar, se podrían registrar situaciones parecidas en Castilla-La Mancha y Extremadura.

Tras un estudio hidrogeológico, se vio que la contaminación es de origen natural, una vez que las capas de pirita de los pozos subterráneos se ponen en contacto con el oxígeno y, al impulsar el agua desde el interior del pozo, se solubiliza en arsénico.

El presidente de la Junta de Castilla y León, inauguró en la provincia segoviana las obras que llevan la solución a 36 pueblos de Valladolid y de Segovia, unos 60.000 habitantes. Se trata de una toma de agua en el Eresma, a nivel freático, con la construcción de una pequeña presa y de una potabilizadora de moderna tecnología, que consigue un extraordinario nivel de calidad del agua, según la consejera. Una vez potabilizada, el agua pasa a cuatro depósitos, de los que parten dos ramales, con una longitud total de 180 kilómetros, a Valladolid y Segovia. En Ávila, con una toma en el Adaja, las obras se inaugurarán en octubre, para abastecer a ocho municipios, con unos 10.000 habitantes.

Había una solución más barata, como era la construcción de potabilizadoras, pero estas plantas producen residuos peligrosos y necesitan de un complejo mantenimiento.

5. El caso que nos afecta.


Litología de la provincia de Segovia

La litología de la provincia de Segovia se divide del modo siguiente:
· GRANITOS: este tipo de rocas de dan en la zona Sur de la provincia, concretamente en la zona de la sierra.
· CALIZAS: características de la zona Sur y Sureste.
· ARENAS, ARCILLAS, MARGAS Y YESOS: típicas de la zona centro y Norte de la provincia.

La composición de las rocas va a determinar la caracterización de las aguas de los acuíferos, facilidad de penetración del agua en la capa superficial de terreno (recargas) y posibilidades de extracción y explotación de dichas aguas. De forma directa, la litología, va a repercutir en la localización y tamaño de los acuíferos.
A la acción de la litología habrá que sumar la morfología del terreno que será un factor decisivo para la localización de las zonas de recarga. descarga, viabilidad de extracción etc.

La situación o localización de acuíferos se realiza a través unidades hidrogeológicas. Estas unidades se definen como uno o varios acuíferos agrupados para la administración eficaz y racional de sus aguas.

En Segovia se encuentran las siguientes unidades hidrogeológicas:
02.08 Región Central del Duero: Representada en Segovia por una superficie junto al páramo de Cuéllar.
02.09 Burgos-Aranda: Se encuentra en parte NE. de la provincia, su superficie no es muy significativa en Segovia.
02.13 Páramo de Cuéllar: Situado en la zona Norte, ocupa parte de la provincia de Valladolid.
02.14 Páramo del Duratón: Localizado en la parte Norte. Es una unidad de pequeñas dimensiones.
02.17 Región de los Arenales: Esta unidad forma uno de los acuíferos más grandes del territorio español. Se sitúa en el Oeste.
02.18 Segovia: ocupa la mayor parte de la provincia, se expande por la zona centro y centro-Oeste.
El caso de Zarzuela del Monte pertenecería a la unidad hidrogeológica 02.17.

El Ayuntamiento de Zarzuela del Monte y el de otros municipios limítrofes están obligados a realizar un mantenimiento y control del agua destinada al abastecimiento de sus vecinos debido a que contiene unos niveles de arsénico superiores a los que marca la legislación actual, es decir 10 ppb.

La concentración de arsénico en el agua de nuestra urbanización es de 65,75 ppb según el análisis del Servicio Territorial de Sanidad y Bienestar Social de la Junta de Castilla y León.

Según expertos en geología la existencia de agua con elevados niveles de arsénico en nuestros pozos se debe a una contaminación natural pero potenciada por la acción humana. No podemos decir que haya una única causa sino que parece ser un conjunto de factores los causantes de la presencia del arsénico disuelto en el agua. Para conocer a fondo en el proceso habría que entrar en los complejos ciclos de reacciones químicas que tienen lugar en el subsuelo, y muchas veces serían meras hipótesis o conjeturas.

La hipótesis que parece que tiene más aceptación entre los geólogos es que el arsénico que hay en el agua de nuestros pozos viene sobre todo de dos fuentes: en primer lugar de las arsenopiritas bastante frecuentes en nuestro subsuelo formando incluso menas que han sido explotadas en la zona de San Rafael y en segundo lugar, la presencia de una capa de arcillas caoliníferas formada durante el Cretácico Superior que también fue explotada comercialmente en la zona en el siglo pasado y que contienen un alto índice de arsénico.
Si bien este arsénico de los caolines se encuentra fuertemente retenido en las partículas de arcilla, la explotación de los acuíferos mediante bombas que provocan contínuos cambios de presión, con subidas y bajadas del nivel freático, provocan que el arsénico se vaya "liberando" poco a poco de las arcillas disolviéndose en el agua que es el que posteriormente consumimos.
Por lo tanto los expertos argumentan que de ser así el origen de nuestro arsénico, a medida que sigamos consumiendo agua o lo que es lo mismo explotando el acuífero, y nuestras bombas continuen ejerciendo esas subidas y bajadas de presión, el arsénico seguirá solubilizándose en el agua y los niveles de contaminante irán incrementándose paulativamente.

6. Bibliografía.


Enlaces digitales adicionales:
http://www.venadovirtual.com.ar/agua_potable/contam_natural.htm
http://www.cepis.ops-oms.org/bvsaidis/mexico13/104.pdf
http://www.miliarium.com/monografias/Arsenico/welcome.asp
http://www.monografias.com/trabajos59/contaminacion-arsenico/contaminacion-arsenico.shtml
http://www.ucm.es/info/crismine/Ambiente_Serena/Tema_As.htm
http://educasitios.educ.ar/grupo205/?q=node/50

Publicaciones:
. El ciclo de la tierra: Minerales, materiales, reciclado, contaminación ambiental. Eduardo A. Mari. Ed. Fondo de cultura económica.
. Contaminación ambiental. Una visión desde la química. Ed. Thomson Paraninfo (2003)
. Arsénico en el sistema suelo-planta. Carbonell Barrachina. Ed. Universidad de Alicante.
. Química analítica de los contaminantes medioambientales.Ed. CIEMAT.
. Química del suelo. El impacto de los contaminantes. Domenech Antúnez. Ed. Miraguano.
. Real Decreto 140/2003 de 7 de febrero.
. Informe técnico de Keuper Ingeniería Civil S. L.