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EVALUACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DE PLOMO EN SUELOS 1
Evaluación De la Contaminación De Plomo en Suelos, Generados Por Minas En Hidalgo del Parral Esteban Armendáriz, Adrián G. Juárez, Abner F. Román, Mario Valdez Instituto Tecnológico de Parral Nota del autor Esta investigación fue realizado gracias a la guía del Dr. Rodríguez Luis Miguel y del Ing. Ferman Víctor Hugo; asimismo agradecer a la Dra. Hernández María del Carmen por prestarnos el laboratorio y el equipo necesario para manejar y preparar las muestras. La presente investigación no pudo ser concluida debido a la falta de tiempo y recursos, pese a esto aun puede ser retomada en un futuro.
EVALUACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DE PLOMO EN SUELOS 2
Resumen En esta investigación se explora evaluación de la contaminación de plomo, usando aparatos de análisis instrumental tales como el difractómetro de rayos x y el espectrofotómetro de absorción atómica. La evaluación de la contaminación del plomo en suelos es crucial para determinar la extensión y el grado de contaminación, así como para desarrollar estrategias efectivas de remediación. Los métodos de evaluación utilizados incluyen análisis químicos de muestras de suelo para medir las concentraciones de plomo, mapeo espacial para identificar áreas de alta contaminación y modelado para predecir la dispersión del plomo en el suelo. Los límites de referencia y las pautas de calidad del suelo se utilizan para evaluar la contaminación del plomo y determinar si un suelo es seguro o si requiere acciones de remediación. Estas pautas se basan en investigaciones científicas que establecen los niveles de plomo que son considerados seguros para la salud humana y el medio ambiente. La presente investigación replica una investigación previa realizada por Brenda Janeth Regina Ortiz, egresada del Instituto Tecnológico de Parral de ingeniería química. Palabras clave: Determinación de plomo, Muestreo, Difractómetro de rayos x, Espectrofotómetro de absorción atómica.
- Introducción
- Generalidades del Proyecto
- Descripción del Problema
- Planteamiento del Problema
- Objetivos
- Objetivo General
- Objetivos específicos
- Hipótesis
- Justificación
- Marco Teórico............................................................................................................................
- El Suelo
- La Contaminación del Suelo
- Efectos del Plomo
- Valoración de la Contaminación de Suelos
- Muestreo
- Manejo y Control de Muestras
- Preparación de Muestras en Laboratorio
- Análisis Por Espectrofotometría de Absorción Atómica
- Difractómetro de Rayos X
- Características del Área de estudio
- Método
- Población..................................................................................................................
- Tipo de Estudio
- Descripción del Instrumento
- Procedimiento de Recolección
- Procedimiento de Manejo Estadístico de la Información
- Resultados y Discusión
- Conclusiones
- Referencias...............................................................................................................................
Evaluación De la Contaminación Del Plomo en Suelos, Generados Por Minas En Hidalgo del Parral La actividad minera ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo económico y la satisfacción de las demandas industriales en todo el mundo. Sin embargo, esta actividad ha dado lugar a la liberación de diversos contaminantes en el medio ambiente, lo que origina serias preocupaciones sobre la calidad y la salud de los ecosistemas circundantes. Uno de los contaminantes más problemáticos y cuya presencia en el suelo puede tener efectos perjudiciales tanto para el medio ambiente como para la salud humana, es el plomo. La contaminación por plomo en suelos generada por minas es una cuestión de preocupación creciente en muchas regiones mineras. Durante el proceso de extracción y procesamiento de minerales, el plomo puede ser liberado al medio ambiente en forma de partículas finas o disuelto en el agua. Estas partículas o iones de plomo pueden infiltrarse en el suelo circundante, donde persisten durante largos períodos de tiempo y representan un riesgo potencial para la biodiversidad y los seres humanos. La evaluación de la contaminación del plomo en suelos generados por minas se ha convertido en una tarea esencial para comprender la magnitud y el alcance de este problema. Los estudios de evaluación buscan determinar los niveles de concentración de plomo en el suelo, identificar las fuentes de contaminación, evaluar la movilidad y la disponibilidad del plomo en el entorno y analizar los posibles efectos adversos en los ecosistemas y la salud humana. Este proceso de evaluación implica la recopilación de muestras de suelo en áreas mineras y la realización de análisis químicos para medir la concentración de plomo. Además, se utilizan técnicas geoespaciales y modelos de dispersión para mapear y predecir la distribución espacial de la contaminación del plomo. Los resultados de estas evaluaciones proporcionan información crucial para la adopción de medidas de mitigación y remediación
Generalidades del Proyecto Descripción del Problema De acuerdo a estudios anteriores realizador por estudiantes del Instituto Tecnológico de Parral la contaminación de plomo en los suelos es muy alta, por lo que se realizó esta investigación para comparar si los niveles siguen igual o se ha tenido alguna mejora. Planteamiento del Problema Durante gran parte de su historia la minería se ha enfrentado a distintos retos ambientales. El proceso para extraer minerales obliga a transformar el entorno, consumir recursos y producir desechos. Para que la minería funcione primero se extraen los minerales del suelo, después se les transporta a plantas de procesamiento, se les tritura y separa y finalmente, se eliminan los desechos. Entre todo esto se producen distintos tipos de contaminación. “Parral cuenta con altos niveles de plomo en el suelo que superan hasta en un 500 por ciento lo tolerable para el hombre. Un estudio realizado por un laboratorio canadiense confirmó estos niveles de contaminación” (El Sol de Parral, 2019). Los asentamientos urbanos más cercanos a las presas de jales, son las más susceptibles a tener las concentraciones más altas y las zonas de mayor susceptibilidad, identificadas en estudios anteriores, ya no son las mismas dados los cambios físicos que se han realizado por motivo de reprocesamiento en una de las principales fuentes de emisión de metales pesados, la Mina La Prieta, y algunas modificaciones en la mancha urbana por nuevos asentamientos. Nuestra ciudad está en alerta amarilla debido a que es una localidad con depósitos de relaves (jales) a cielo abierto, de varios complejos mineros abandonados. Esto representa un riesgo potencial de daños a la salud y al medio ambiente que debe evaluarse, comenzando por conocer las características del residuo (El Sol de Parral, 2019)
Objetivos Objetivo General Analizar la concentración del plomo en el suelo superficial de Hidalgo del Parral, Chihuahua. Objetivos específicos
- Comparar resultados con investigaciones anteriores;
- Evaluar las zonas con altos índices de concentración de Pb en el suelo;
- Comparar los resultados de las mismas muestras con el uso de dos diferentes instrumentos analíticos, los cuales son el espectrofotómetro de absorción atómica y el difractómetro de rayos x. Hipótesis La concentración de plomo en el suelo producida por la actividad minera en la zona urbana del municipio de Hidalgo de Parral no ha variado de manera significativa esta última década y por lo tanto excede los límites máximos permisibles establecidos por la normatividad nacional. Justificación Nuestro trabajo comenzó desde el estudio y análisis de investigaciones pasadas sobre la concentración de plomo en los suelos de Hidalgo del Parral para poder percatarnos de la contaminación que existe en nuestra ciudad, y de esta manera tener una comparativa sobre los niveles de contaminación por plomo en los suelos de la ciudad para que se formulen de nuevo propuestas y recomendaciones para combatir esta realidad que lleva años dañando la ciudad. Y de igual manera hacer conciencia de que si seguimos con esta situación, en generaciones futuras se verán perjudicadas. Además, al realizar esta investigación sobre la contaminación de plomo en suelos de Hidalgo del Parral proporcionaría una base científica sólida para respaldar el desarrollo de
- Materia orgánica de organismos muertos como animales, hongos, bacterias y restos de plantas en cualquier proceso de descomposición;
- Agua y gases, por ejemplo; hidrógeno y oxígeno, que ocupan los espacios porosos libres. Las proporciones de cada uno de ellos son variables, en zonas de clima templado- húmedo, la materia orgánica representa entre 2 y 5%; en cambio, en el desierto puede ser menor de 1%; en climas secos, por lo general, los suelos son más arenosos y con mayor presencia de calcio y sodio; por el contrario, en los húmedos tienden a ser más arcillosos en general y con mayor concentración de elementos ácidos, como fierro y aluminio. En resumen, las proporciones varían dependiendo de la zona y sus características inherentes (INEGI, s.f.). La Contaminación del Suelo La vulnerabilidad del suelo ante los contaminantes químicos es un concepto compuesto por dos elementos, la presencia de una amenaza y la preexistencia de una vulnerabilidad, elementos que de manera aislada e independiente no representan riesgo alguno, pero al interactuar dan lugar a la posibilidad de que se presente un desastre. Dado que el riesgo se concibe como una anticipación posible o antesala para un desastre, este último se entiende como la materialización del riesgo cuando ya no se pueden evitar los daños, es decir, cuando los desastres ocurren en la realidad. Éstos, lo mismo que las amenazas, tienen diversas causas y, por lo general, son producto de la interacción no sólo entre sociedad y sistemas naturales, sino también entre sociedad y tecnología lo cual genera efectos adversos en las personas, las comunidades, los bienes o servicios y el ambiente. En lo que concierne al presente trabajo, las amenazas provenientes de la actividad minera ocurren a partir de fallos no sólo en los sistemas tecnológicos, sino también en los sistemas económicos, políticos y sociales que regulan estas actividades (Orozco Martínez, Y. y Rodríguez Gámez, L. I., 202 0 ).
Los efectos en el suelo en relación con la presencia de contaminantes pueden ser variados, e incluso variar con el tiempo o con las condiciones climáticas. En unos casos los contaminantes se acumulan en formas lábiles, de alta solubilidad, de forma que están disponibles para que los animales y vegetales que viven sobre el mismo puedan captarlos, y sufrir sus efectos tóxicos. En este sistema juegan un papel especialmente importante las arcillas, debido a sus propiedades de absorción, adsorción e intercambio iónico. Sin embargo, cuando se supera la capacidad de amortiguación del suelo, éste se convierte de hecho en fuente de contaminación. De igual forma, un cambio en las condiciones climáticas puede producir la reversibilidad del proceso. Por ello a menudo se habla de que la presencia de contaminantes en el suelo constituye una bomba de tiempo química, que aún si en un determinado momento no produce efecto alguno, si puede hacerlo en un futuro. Por ejemplo, si la erosión del mismo induce un transporte de los contaminantes a otras áreas. Esto nos lleva a otros conceptos importantes en lo relativo a la presencia de contaminantes en el suelo, los cuales son los de geodisponibilidad y biodisponibilidad. Primero que nada, la geodisponibilidad es la consecuencia directa de la actividad minera al llevar a cabo la explotación de un yacimiento, debido a que se ponen a disposición del medio geológico unos elementos que antes no lo estaban, o lo estaban de forma mucho más limitada. Cabe destacar, que muchos yacimientos minerales, particularmente los de menas sulfuradas, son en sí fuentes naturales de contaminación ambiental. Por otra parte, la biodisponibilidad se define como el grado por el cual un contaminante en una fuente potencial, está disponible para ser tomado por un organismo. Así pues, la minería pone a disposición del medio ambiente una serie de sustancias potencialmente tóxicas, pero que por lo general han de sufrir una serie de transformaciones físicas, químicas y biológicas para que puedan entrar en la biosfera.
- Perturbación en el comportamiento de los niños, como es agresión, comportamiento impulsivo e hipersensibilidad; (Hernández, K. y Navarro, C., 202 0 ). Valoración de la Contaminación de Suelos En la Norma Mexicana establece especificaciones generales para el muestreo de suelos cuyo contenido de metales y metaloides requiere ser identificado y cuantificado en el sitio en estudio. La norma NMX-AA- 132 - SCFI- 201 6 Muestreo de suelos para la identificación y la cuantificación de metales y metaloides, y manejo de la muestra. Esta norma establece el procedimiento para la identificación de elementos potencialmente tóxicos y de metales pesados. Establece las especificaciones técnicas para la obtención y manejo de muestras que permitan la caracterización de suelos del área de estudio, a través de la identificación y cuantificación de metales y metaloides Identificando como los principales procedimientos para la determinación de los compuestos de interés, la técnica de absorción atómica, la técnica de espectrometrías de ionización por plasma, la técnica de fluorescencia de Rayos X. La norma nos establece el procedimiento para la realización del muestreo, ya que viene detalladamente de qué manera se debe llevar a cabo el muestreo. Por lo que la obtención de muestras debe llevar un proceso y tratamiento antes de llevar a cabo su proceso de identificación por las técnicas antes mencionadas. Muestreo Existen 4 tipos de muestreo recomendados por la norma mexicana NMX-AA- 132 - SCFI- 2016 , estos son el muestreo exploratorio, el muestreo en detalle, el muestreo de fondo y el muestreo final comprobatorio. Pero en este caso nos interesa más el muestreo exploratorio debido a que es el que utilizamos.
En el muestreo exploratorio se obtienen las muestras del suelo representativas para poder establecer la presencia de contaminantes y, en su caso, la distribución horizontal de la misma, y valorar su posible migración vertical. La forma en la que se realiza este tipo muestreo es en dos fases. En la primera, se toman muestras de suelo superficial y en la segunda, se toman muestras en perfiles de suelo, en otras palabras, muestreo vertical. En el caso del muestreo superficial el tipo de muestra es simple, lo que quiere decir que es un material colectado en un punto, como recomendaciones principales se tiene que tener en cuenta los siguientes puntos:
- Debe de haber un número mínimo de puntos de muestreo en función de la superficie del área de estudio;
- La profundidad del muestreo es a un intervalo de 0 a 5 cm a partir de la superficie.
- La distribución de estos puntos de muestreo es dada por cualquiera de los métodos de descritos en la norma, los cuales se mencionan más adelante;
- En caso de que dentro del área de estudio existan áreas urbanas, se recomienda muestrear en parques, jardines públicos, jardines particulares, jardineras, cajetes y/o banquetas y calles con suelos expuestos. Por otra parte, el muestreo vertical se realiza a través de pozos que permitan describir el perfil del suelo y obtener muestras a la profundidad proyectada. En áreas urbanas se llevará a cabo en los casos en que se considere necesario de manera justificada. Para valorar la migración vertical de contaminantes se pueden utilizar excavaciones que permitan el acceso de la persona que toma la muestra, o se pueden utilizar perforaciones para el hincado de un muestreador, manual o mecánico, que obtenga un núcleo que permita ver y muestrear el perfil del suelo. Los requisitos del muestreo vertical son las siguientes:
- Debe de haber un número mínimo de pozos en función del área de estudio;
Se tiene que tener en cuenta que el tiempo máximo entre la toma de la muestra y hasta antes de la medición de los metales y metaloides es de 6 meses, excepto para mercurio y cromo hexavalente. Preparación de Muestras en Laboratorio Primero que nada, se debe retirar la fracción gruesa como piedras, hierbas secas, basura, etc. (elementos que no se consideren suelo) en caso de que no se haya realizado previamente. Después de asegurarnos de eso comenzamos con el secado, en donde las muestras de suelo se secarán, de preferencia, al ambiente. El secado debe realizarse extendiendo las muestras de suelo en charolas. Las muestras deben extenderse sobre la charola a una profundidad inferior a 2.5 cm, colocarse a la sombra a una temperatura no mayor a 35°C y a una humedad relativa entre 30 y 70%. Cuando por condiciones ambientales se requiera, se pueden secar en un horno a una temperatura no mayor de 35°C (Secretaría de Economía, 2016). Una vez secadas las muestras, se deben disgregar. La disgregación de las muestras puede realizarse manualmente, con un mazo o rodillo de madera, o mecánicamente, con un equipo diseñado para tal efecto para no generar más finos que los que originalmente posee la muestra. Una vez hecho todo lo anterior se debe homogeneizar la muestra con un equipo manual o mecánico diseñado para tal efecto, tales como el partidor/divisor de rifles (Jones) o el mezclador en “V” (Secretaría de Economía, 2016). Una vez disgregadas las muestras, se deben pasar por la malla 200. La porción fina que pasa por el tamiz se colecta en la charola. El material grueso o retenido en la malla no se considera como suelo y puede desecharse, a menos que la cadena de custodia indique que deba ser preservado.
Análisis Por Espectrofotometría de Absorción Atómica Este método cubre la determinación de hierro, cobre, plomo, zinc y otros metales como magnesio, níquel, manganeso, en muestras de suelos y rocas procedentes de una amplia variedad de muestras geológicas. La mayor parte de los minerales presentes en la muestra, se disuelven en la fase intercambiable correspondiente a los metales absorbidos sobre las arcillas, óxido de hierro y manganeso, fracciones ligadas a carbonatos, materia orgánica y los minerales en formas de óxidos carbonados y sulfuros. El método cuantifica los contenidos de los metales mencionados en el orden de porcentajes hasta ppm. Con órdenes de concentraciones muy altas en las muestras, se usan los procedimientos de dilución de la muestra atacada o se evalúa la posibilidad de aplicar el método con menor peso de muestra. El proceso consiste en la descomposición de la muestra con mezcla de HCl, HNO 3 , HCLO 4 hasta semisequedad para lograr una extracción completa; luego, el residuo se lixivia con HCl diluido. La reacción química general se expresa como: Elemento metálico (M) + 3HCl + HNO3 ----> 2H20 + NOCl + MCl (Ministerio de Minas y Energía, 2010 , p. 139). La solución resultante de la disolución puede emplearse en la detección de elementos como Fe, Cu, Zn, Pb, etc., por espectrofotometría de absorción atómica. En la selección de las mezclas ácidas de estos procesos de digestión, debe tenerse en cuenta la seguridad en la manipulación de los reactivos y la reducción de la corrosión del nebulizador del equipo de detección utilizado. Difractómetro de Rayos X El difractómetro es un dispositivo práctico que utiliza el principio de difracción de rayos X para realizar análisis tanto cualitativos como cuantitativos de una muestra. Básicamente, se compone de una fuente de rayos X y un detector entre los que se coloca una muestra. Los rayos X se filtran y luego se dirigen hacia el material de muestra. A medida que
Tipo de Estudio Podrimos definir esta investigación, como una investigación descriptiva ya que, como su nombre lo indica, busca describir y explicar el tema investigado, así como también, es una investigación transversal, ya que el diseño transversal es ideal para cuando el estudio se centra en el análisis de la variable o de las variables en un momento determinado. Este estudio puede abarcar un grupo, varios grupos o subgrupos, ya sean personas, objetos o indicadores. Descripción del Instrumento En cuanto al número de puntos de muestreo se realizó utilizando el tipo de muestreo exploratorio, como ya se mencionó, se realiza en dos fases, en la primera, se toman muestras de suelo superficial y en la segunda, se toman muestras en perfiles de suelo (muestreo vertical), en este caso no se realizó el muestreo vertical ya que buscamos partículas de plomo que puedan ser arrastradas por el viento, por lo tanto, solo se necesitó muestrear la superficie. Dicho esto, la norma NMX-AA- 132 - SCFI-2016 recomienda una cantidad especifica de puntos de muestreo al usar este tipo de muestreo, la cual, en nuestro caso, debió ser un total de 67 puntos de muestreo, pero debido a falta de tiempo y recursos se optó por elegir 24 puntos de muestro. Estos puntos de muestreo los distribuimos mediante el método del muestreo sistemático, que se basa en un patrón geométrico específico donde las muestras son tomadas a intervalos regulares a lo largo de ese patrón, en este caso un rectángulo, en el cual distribuimos los 24 puntos, como se puede ver en la Figura 1. Figura 1 Área de distribución de los puntos de muestreo
Nota. La imagen fue creada con la ayuda del programa Google Earth. Mediante el plan de muestreo, donde obtuvimos los 24 puntos de muestreo, de los cuales tomamos una muestra de cada uno de esos puntos, realizamos una lista de chequeo (Tabla 1) que contiene nombre con el cual se identifica cada punto de muestreo, la fecha de recolección de la muestra y el peso de la muestra, junto con esto realizamos una tabla donde se muestran las coordenadas de cada punto de muestreo (Tabla 2). Para obtener las cantidad de plomo en ppm en cada una de las muestras se optó por usar dos aparatos de análisis instrumental, los cuales fueron el espectrofotómetro de absorción atómica y el difractómetro de rayos x, pero debido a falta de tiempo y recursos se decidió solo utilizar el espectrofotómetro en solo cinco muestras, y aun con esa reducción de la cantidad de análisis no se pudo utilizar el espectrofotómetro debido al límite de tiempo, sin embargo se pudo preparar las cinco muestras al inducirlas a un proceso de digestión y se creó una tabla en la que se mostrarían los resultados (Tabla 3), no obstante solo obtuvimos como resultado el peso de la muestra preparada.
