INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Propuesta para la eliminación de Arsénico disuelto en el agua para consumo humano proveniente de algunos pozos de la
Comarca Lagunera, utilizando un reactor casero.
T E S I S
Que para obtener el titulo de
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL
P R E S E N T A
Menchaca Martinez Silvia Karina
ORIENTADOR DE TESIS: Ing. Rafael Oropeza Monterrubio
MÉXICO D.F. JUNIO 2007
RECONOCIMIENTOS Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL, por haberme hecho parte de la técnica al servicio de la patria y convertirme en una mujer de bien A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas por darme las bases y herramientas de la química aplicada a la industria; para siempre servir a mi país. Así como la formación de un excelente Ingeniero Químico Industrial. Al Laboratorio de Análisis Metalúrgicos; por el equipo, materiales, reactivos e instalaciones prestadas, para la ejecución de los experimentos correspondientes a esta tesis. A mi profesor orientador. Ing. Rafael Oropeza Monterrubío, por su apoyo, dedicación, consejos paciencia y la motivación necesaria para culminar este trabajo. Por la confianza que deposito en mi desde que fui su alumna. Por ser un profesor excepcional y de recordar. A la Química Consuelo Ruiz Trejo por el apoyo y asesoramiento que fueron de gran ayuda en la realización de los análisis presentados. A todos mis maestros; por ser el soporte que se necesita para salir adelante en esta escuela, así también por haber compartido con migo gran parte de sus conocimientos y experiencia.
DEDICATORIAS
A mi mamá Silvia Martínez Ortega por su cariño, guía y apoyo que se necesitan para enfrentar los retos de la vida; por estar siempre a mi lado, por motivarme y no dejarme vencer; por su gran ejemplo, enseñanzas, consejos, confianza, valores y por siempre creer en mi. A mis hermanos Cristina y Francisco; por estar siempre a mi lado, por su amor, respeto, y comprensión en todo momento. Porque son parte de mi vida y de mis logros, porque siempre ocuparán un lugar en mi corazón. A mi tío Rubén Martínez, por compartirme sus experiencias y darme fuerzas para concluir completamente mis estudios profesionales. A mi tío Victor Martínez, por su comprensión, ayuda y apoyo incondicional, para finalizar este trabajo. A la memoria del Ing, Jorge Juárez Mendoza por su sencillez y calidad humana, porque gracias a sus conocimientos y experiencias transmitidas fueron la base de iniciar esta carrera; así mismo le dedico de manera especial esta tesis, ya que el dio principio a este trabajo. A Jhonatan, por su amistad de tantos años, por motivarme, y estar siempre en las buenas y malas, por las diversiones y emociones compartidas. A Ricardo; por compartir mis triunfos así como las ocasiones difíciles, por su apoyo, y siempre darme ánimo, por todos los momentos de recordar, por su ayuda para culminar este trabajo y no dejarme vencer, por su comprensión y cariño. A mis amigos y compañeros de la carrera Ale, Mayra, Carlos, Jorge, Mario Chucho, Luis, Aurelio, Beto, Hugo, Vanne, Becki, Jorge B. y Jon por su amistad a lo largo de estos años, por las angustias, tristezas, alegrías y por los éxitos que vivimos juntos. A mis amigas y compañeras de trabajo Irma y Adriana, por su comprensión y apoyo incondicional, para la realización de esta tesis y por su sincera amistad.
CONTENIDO DESGLOSADO DE LA TESIS Resumen Introducción 1. LA COMARCA LAGUNERA 1.1 Antecedentes Históricos
1.1.1 Localización de la Comarca Lagunera 1.1.2 Origen del Arsénico en la Comarca Lagunera
2. HIDROARSENICISMO 2.1 Arsénico 2.2 Hidroarsenicismo
2.2.1 El hidroarsenicismo en la Comarca Lagunera 2.2.2 Daños ocasionados en la salud 2.2.3 Posibles alternativas para la solución del problema
3. PROPUESTA PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA DE HIDROARSENICISMO 3.1Planteamiento del problema 3.2 Diseño del reactor casero
3.2.1 Bases de diseño
3.3 Esquema del reactor casero
3.3.1 Esquema general 3.3.2 Alzado lateral por piezas
3.4 Materiales de construcción 3.5 Construcción del prototipo
3.5.1 Cortes del garrafón 3.5.2 Construcción del agitador 3.5.3 Construcción de la base 3.5.4 Ensamble completo del equipo
3.6 Procedimiento y manejo del equipo
4. EFICIENCIA DEL REACTOR CASERO 4.1 Análisis químico (cualitativo)
4.1.1 Prueba de Marsh 4.1.2 Detección del Arsénico 4.1.3 Procedimiento
4.2 Análisis químico (cuantitativo)
4.2.1 Método de Espectroscopia de absorción atómica 4.2.2. Procedimiento
4.3 Eficiencia del reactor casero 5. ANÁLISIS DE COSTOS 5.1 Costos de la propuesta
5.1.1 Costo del material para la construcción del reactor casero 5.1.2 Costo de los reactivos químicos
5.2 Análisis de ingresos de la población
5.2.1 Principales actividades de la región 5.2.2 Ingresos
5.3 Comercialización del Arsénico recuperado (lodos de la reacción)
5.3.1 Usos del Arsénico recuperado 5.3.2 Costo del Arsénico
Análisis de resultados Conclusiones y Recomendaciones Bibliografía Anexos
RESUMEN
En el presente trabajo se desarrolla un prototipo, para la eliminación de
Arsénico disuelto en el agua.
Dirigido a las personas residentes de las comunidades cercanas a los
municipios de Francisco I. Madero, San Pedro de las Colinas y Tlahualilo
pertenecientes a la zona conocida como la Comarca Lagunera ubicada entre
el estado de Coahuila y Durango ya que ahí es uno de los lugares donde existe
el problema de hidroarsenicismo; enfermedad causada por la ingesta de agua
contaminada con Arsénico.
En el año de 1986 se realizaron varias investigaciones donde
participaron diversas instituciones al detectar altas concentraciones de
Arsénico en sus aguas de consumo humano, las cuales rebasaban los límites
permisibles, según la norma NOM-127-SSA1-1994.1
La solución en primera instancia fue clausurar pozos ubicados en
predios particulares y los que alimentaban a la red que estaban contaminados;
posteriormente se perforaron cerca de 15 pozos cercanos a la ciudad de
Torreón, Coahuila donde el agua tenía la calidad aceptable para ser distribuida,
en 1990 se realizó la infraestructura necesaria para abastecer a todos los
municipios afectados de la Comarca Lagunera y hacerla llegar hasta las
comunidades mas alejadas.
En el año 2004 se empezó a detectar nuevamente este problema en
algunos pozos construidos en los 90´s; a la fecha se han clausurado varios de
ellos y algunos municipios han vuelto a explotar pozos particulares por el poco
abastecimiento de agua; ya que el gasto proporcionado es menor que el
requerido.
1 COMISIÓN Nacional del agua, Programa de combate al Hidroarsenicismo, Gerencia Regional Cuencas Centrales del Norte, Torreón, Coahuila, 2005, 1 p
1
La Comisión Nacional del Agua de Torreón, Coahuila tiene la
preocupación de buscar una solución al problema, la cuál consiste en usar el
agua para uso agrícola, el problema es que esta agua ya esta repartida para
las cosechas y será causa de conflicto con los agricultores que se verán
afectados seriamente.
Sin embargo otra posible solución, es la propuesta de esta tesis;
proporcionar el diseño de un “reactor casero”, el cuál es de bajo costo y fácil
operación, en el que se lleva a cabo una reacción química en donde es posible
eliminar un 85% en promedio del Arsénico presente; según pruebas y análisis
realizados.
2
INTRODUCCIÓN
Cada día, el agua subterránea de la Laguna de Coahuila y Durango se
contamina con Arsénico por el descenso paulatino del nivel de los mantos
acuíferos, ya que es mayor la extracción que la recarga.2
Actualmente, Francisco I. Madero y los municipios de San Pedro en
Coahuila; así como la demarcación duranguense de Tlahualilo, sufren de la
baja calidad del agua que consumen ya que está contaminada con Arsénico.
El hidroarsenicismo; como se conoce a la enfermedad causada por la
ingesta de esta agua, ha provocado que un importante número de pobladores
dejen sus comunidades para ir a otras zonas más saludables. Hace una
década habitantes que bebieron agua contaminada, sufren ahora
consecuencias que se presentan en alteraciones en la piel, principalmente.
Por lo cual nace la inquietud de lograr un cambio positivo para éstas
poblaciones, con un proyecto de ingeniería el cuál esta dirigido para todas
estas familias que consumen agua contaminada con Arsénico; enfocado a dar
solución al problema de hidroarsenicismo.
Es por ello que este trabajo se considera importante al presentar el
diseño de un reactor casero y un procedimiento para tratar el agua
contaminada con Arsénico dando una solución sencilla y económica para los
habitantes de esta región logrando así satisfacer sus necesidades y mantener
una mejor calidad de vida.
En el capítulo I. Se da un panorama general de la historia de la Comarca
Lagunera y el origen del Arsénico en sus aguas.
2 Op, Cit, 2 p
3
En el capítulo II. Se habla del hidroarsenicismo como enfermedad las
causas que lo provocan, su iniciación en la Comarca Lagunera y algunas
soluciones para combatir este problema.
En el capítulo III. Se plantea el problema y se propone el método de
precipitación química, llevado acabo en un reactor casero, incluyendo sus
bases de diseño, planos y construcción detallada de este. Así mismo se explica
el procedimiento para tratar el agua contaminada.
En el capítulo IV. Se presentan los resultados de la experimentación
correspondiente, demostrando así la eficiencia del reactor casero, por la
prueba de Marsh (cualitativamente) y por el método de absorción atómica
(cuantitativamente), además de un promedio de resultados de PH, Fierro y
dureza lo cuál demuestra la viabilidad del procedimiento, en base a la NOM-
127-SSA1- 1994.
En el capítulo V. Analizaremos la propuesta en costos así como los
beneficios que tendrán los habitantes de la Comarca Lagunera.
4
CAPITULO I
LA COMARCA LAGUNERA 1.1 Antecedentes históricos
El origen de su nombre se debe a que el río Nazas, pilar del desarrollo
de la zona desembocaba en una laguna ubicada en el municipio de San Pedro
de las Colonias, Coahuila, llamada "Laguna de Mayrán".
Esta región se caracteriza por ser de clima árido, con una vegetación
semidesértica, como se observa en la imagen 1.
IMAGEN 1
La Laguna está conformada por diez municipios, cinco por cada Estado,
encabezando por su importancia el de Torreón, secundado por Gómez Palacio
y ciudad Lerdo, destacando además San Pedro de las Colonias y Francisco I.
Madero.
Las principales actividades económicas son agrícolas, ganaderas e
industriales; desde finales del siglo XIX y principios del XX, llegaron muchos
inmigrantes tanto de otras partes de la republica como extranjeros. La región
es muy favorable para la producción de : vid, melón, sandia, higo, fríjol, etc.
5
En el sector industrial se tiene un avance importante en el ramo de las
maquilas, la cual ocasiona una importante fuente de empleos. Se cuenta con
una importante compañía de procesamiento de productos mineros -Peñoles- y
tres parques industriales como son el parque industrial lagunero, ubicado en la
ciudad de Gómez Palacio Durango, la zona industrial de Torreón y el parque
industrial de las Américas, en el oriente de esta ciudad coahuilense.
1.1.1 Localización de la Comarca Lagunera
La región conocida como la Comarca Lagunera , posee una extensión
territorial de 54 967.5 km2, situada entre los paralelos 102º y 103º , por arriba
del trópico de cáncer .
FIGURA 1
La Comarca Lagunera, región ubicada en el centro-norte de México, está
conformada por parte de los Estados de Coahuila y Durango y debe su nombre
a los cuerpos de agua que se formaban alimentados por dos ríos: el Nazas y el
Aguanaval, hasta antes de la construcción de las presas Lázaro Cárdenas y
Francisco Zarco, que en la actualidad regulan su afluente.
6
La Laguna, como comúnmente es conocida ésta próspera región, está
integrada por 16 municipios, 11 del Estado de Durango y 5 del Estado de
Coahuila:
Comarca Lagunera de Durango
1.- Gómez Palacio.
2.- Lerdo.
3.- Tlahualilo de Zaragoza.
4.- Mapimí.
5.- San Pedro del Gallo.
6.- San Luis Cordero.
7.- Rodeo.
8.- Nazas.
9.- Cuencamé de Ceniceros.
10.- General Simón Bolívar.
11.- San Juan de Guadalupe. FIGURA 2
Comarca Lagunera de Coahuila 1.- Torreón. 2.- Matamoros. 3.- San Pedro de las Colonias. 4.- Francisco I. Madero. 5.- Viesca.
FIGURA 3
De los cuales Tlahualilo de Zaragoza, por el estado de Durango y San
Pedro de las Colinas y Francisco I. Madero por el estado de Coahuila que son
los municipios donde nuevamente tienen la presencia de Arsénico en altas
concentraciones en su agua de consumo.
7
En la Comarca Lagunera, la población se encuentra principalmente
concentrada en las ciudades contiguas de Torreón, Gómez Palacio y Ciudad
Lerdo. La siguiente tabla, muestra los resultados del XII Censo Nacional de
Población y Vivienda 2000 del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e
Informática (INEGI):
Población total por municipio
Municipio Población Total Hombres Mujeres Ind. de
Masc.Torreón 529,512 257,176 272,336 94.43Gómez Palacio 273,315 134,647 138,668 97.10Lerdo 112,435 55,546 56,889 97.64Matamoros 92,029 45,817 46,212 99.15San Pedro de las Colonias 88,343 43,928 44,415 98.90
Francisco I. Madero 46,452 23,096 23,356 98.89Cuencamé de Ceniceros 32,805 16,277 16,528 98.48Mapimí 22,367 11,089 11,278 98.32Tlahualilo de Zaragoza 19,918 9,809 10,109 97.03Biseca 18,969 9,509 9,460 100.52Rodeo 12,497 6,091 6,406 95.08Nazas 12,467 6,157 6,310 97.58General Simón Bolívar 10,644 5,247 5,397 97.22San Juan de Guadalupe 6,548 3,217 3,331 96.58San Luis del Cordero 2,070 1,020 1,050 97.14San Pedro del Gallo 1,876 924 952 97.06
TABLA 1
Observando que aproximadamente 154,715 personas están afectadas
en la actualidad por el problema de hidroarsenicismo.
1.1.2 El Arsénico en la Comarca Lagunera
Algunos autores aseguran que el problema del Arsénico en el agua data
del año de 1956 y se debe a un desequilibrio ocurrido en los mantos acuíferos
8
a consecuencia de un largo periodo de sequía que tuvo lugar entre los años de
1952 a 1958. Existen diversas teorías que tratan de explicar el origen del
Arsénico en la Comarca.3
Una de ellas argumenta que entre los años 30 y 50 del siglo XX, se
llegaron a sembrar hasta 160 000 hectáreas de superficie que se regaban con
las aguas de los ríos Nazas y Aguanaval que resultaban insuficientes, por lo
que la entonces Secretaria de Agricultura y Ganadería, de la década de los
años 30, otorgo de manera indiscriminada permisos para la perforación de
norias de donde se extraía el agua para riego y para consumo humano, con
concentraciones de Arsénico que rebasaban las normas internacionales, estas
norias se encuentran en las pequeñas poblaciones , hasta los años setenta aún
se seguían construyendo, por lo que se encuentran en una alta cantidad y la
mayoría de ellas todavía siguen en explotación.
A principios de la década de los 80´s, se detectó el fenómeno del agua
contaminada por Arsénico en los municipios de Francisco I. Madero y san
Pedro de las Colinas, en el estado de Coahuila y Tlahualilo en el estado de
Durango. En el año de 1986 se establecieron convenios entre el Ejecutivo
Federal y los Ejecutivos de los estados de Coahuila y Durango, para llevar
acabo los estudios, proyectos y la construcción de las obras mas adecuadas
para resolver en forma inmediata el problema del agua contaminada con
Arsénico en estos municipios de la región Lagunera.
La solución en primera instancia fue clausurar todos los pozos ubicados
en predios particulares y algunos pertenecientes a la red intermunicipal que
tenían Arsénico fuera de los límites permisibles. En la imagen 2 se puede ver el
pozo de Ejido Santa Ana, y las condiciones de este.
3 COLEGIO de Bachilleres, Eliminación de Arsénico del agua para consumo humano a través de reactores caseros, México,D.F. 2000, 5 p
9
10
IMAGEN 2
En 1990 se realizó la perforación de 15 pozos profundos en el acuífero
Principal, localizados al noroeste de la zona de la zona conurbana de Torreón y
Gómez Palacio, sobre las márgenes del Río Nazas, interconexión y línea de
conducción para hacer entrega de agua en bloque a los municipios de
Francisco I. Madero y San Pedro de las Colinas, a través de los tanques de
rebombeo “ Caballo blanco” y “Primero de Mayo” en el estado de Coahuila y
Tlahualilo a través del tanque de rebombeo “ El Lucero” en el estado de
Durango. Además se convino la creación de un Consejo Directivo para normar
la operación del sistema, funcionamiento de las obras de agua en Bloque y de
la Administración y formulación de los presupuestos correspondientes.4
A continuación se presenta el mapa 1 se presenta el Sistema interestatal
creado en 1990, donde se encuentran los pozos propios de Fco I. Madero y
San Pedro, así como los del sistema interestatal, y las conexiones realizadas
para hacer llegar el agua a los municipios por medio de tanques de
almacenamiento como “El Lucero” para Tlahualilo como se muestra en el mapa
2.
4 COMISIÓN Nacional del agua, Programa de combate al Hidroarsenicismo, Gerencia Regional Cuencas Centrales del Norte, Torreón, Coahuila, 2005, 4 p
11
MAPA 1
12
MAPA 2
La población Total que atiende el Sistema es del orden de 161,000
habitantes y de acuerdo al numero de tomas registradas, habitantes y
consumo, el 50% corresponden al municipio de San Pedro de las Colinas, el
38% al de Francisco I. Madero y el 12% restante a Tlahualilo.
Municipio N. de Localidades Población Demanda media
(LPS)
San Pedro 66 76,340 26.0
Fco. I. Madero 60 65,281 200.0
Tlahualilo 26 19,473 63.0
Total 152 161,094 523.0
TABLA 2 Debido a los altos costos de operación de estos pozos, los Organismos
Operadores han procurado obtener fuentes cercanas a los centros de
población o la infraestructura de rebombéo. Tal es el caso del Subsistema
Francisco I. Madero, que cuenta con tres pozos que en conjunto producen un
gasto de 117 lps. Y el subsistema San Pedro cuenta con otros tres pozos con
un gasto total de aportación de 155lps. Estos 6 pozos están ubicados en los
municipios de Francisco I. Madero, en areas aledañas a la cabecera municipal
y al tanque “Caballo blanco”. Cabe señalar que debido a los problemas de
calidad de agua en los pozos 1o de Mayo y Virginias del Sistema Francisco I.
Madero y en el pozo Malvinas 2 del Sistema San Pedro, estos se han dejado
de operar. Por otra parte, el subsistema Tlahualilo cuenta con su pozo propio
denominado “El Cariño” con 20lps.
Desde su construcción hasta la fecha, el sistema Interestatal ha venido
sufriendo el deterioro en las fuentes de abastecimiento a causa de dos
problemas principales: La falta de mantenimiento preventivo periódico y la
sobreexplotación del acuífero. Los niveles estáticos y dinámicos de los pozos
en su origen fueron de un promedio de 107 y 124 m respectivamente y en la
actualidad son de 112 y 136 m.5
5 Op. Cit , 2-4 pp
13
En el año 2004 según monitoreos realizados por la Comisión del Agua
de Torreón reportó que nuevamente estaban teniendo elevadas
concentraciones de Arsénico en sus aguas y esta vez en pozos explotados a
partir de 1990, por tal motivo a la fecha se han clausurado varios de estos y
por tal motivo y poco abastecimiento de agua, las personas de estos lugares
han vuelto a explotar pozos particulares ya que el gasto demandado es mayor
al que se les proporciona. Lo cual ha ocasionado un descontrol para monitorear
la calidad de agua consumida por estos municipios.
Es por ello la teoría más aceptada es la que se refiere a la explotación
exhaustiva de los mantos acuíferos, pues se sabe que los niveles más altos de
Arsénico se encuentran en las aguas subterráneas de las áreas con depósitos
de roca volcánica o de minerales ricos en Arsénico. Y que cuando hay
contaminación geológica natural, el cuál se cree es el caso de esta región, se
pueden encontrar altos niveles de Arsénico y al estar en contacto prolongado
con las aguas subterráneas se disuelven; por lo cual, en estos momentos, se
encuentra presente en el agua de la Comarca Lagunera, lugar en el que casi
no llueve por lo cual es mayor la extracción que la recarga y los pozos deben
ser cada vez mas profundos y por consiguiente su agua con mas alto contenido
de Arsénico.
14
CAPITULO 2
HIDROARSENICISMO
2.1 ARSÉNICO Es un elemento semi metálico extremadamente venenoso. El
número atómico del Arsénico es 33. El arsénico esta en el grupo 15 (0 VA) del
sistema periódico.
Una de las formas más comunes del Arsénico es gris, de apariencia
metálica y tiene una densidad relativa de 5.7. Existe también en forma amarilla
no metálica con una densidad relativa de 2.0. La masa atómica del Arsénico es
74.92.6
Químicamente el Arsénico se encuentra entre los metales y los no
metales. Es un metaloide que se extrae de minas de minerales que lo
contienen en aleación (arsenolita, cobaltita, oropigmento) Al calentar los
materiales a 172° C, se desprenden vapores en forma de sales sulfurosas y al
precipitar estas, el Arsénico puede ser recobrado como trióxido de Arsénico
blanco; con el aire el Arsénico se convierte en ácido arsenioso, muy toxico
cuando es impuro. 7
Sus propiedades responden a su situación dentro del grupo al que
pertenece (Nitrógeno, Fósforo, Arsénico, Antimonio, Bismuto).
El Arsénico ocupa el lugar 52 en abundancia entre los elementos
naturales de la corteza terrestre de un total de 92 elementos que se encuentran
de manera natural, sólo ocho de ellos abundan en las rocas que forman la capa
externa de la tierra; la corteza. Estos ocho elementos juntos representan el
98.5% de la corteza terrestre.
6 GISBERT Calabuig Juan Antonio, Medicina legal y Toxicología, 4ª edición, Salvat editores 708 p. 7 CORDOBAP. Darío, Toxicología, 4ª edición, El Manual Moderno 248 p
15
El Arsénico se empleó con fines medicinales desde 400 años A.C., hasta
nuestros días. En la edad media, fue uno de los venenos más utilizados con
fines homicidas preferentemente en la Roma republicana como arma política y
en la época actual, entra en las formulaciones de numerosos plaguicidas:
herbicidas, raticidas e insecticidas. Para los primeros se utilizan tanto los
compuestos orgánicos, como los inorgánicos del Arsénico. 8
También se halla Arsénico en el agua, en el suelo, en algunos vegetales
y organismos marinos. Estos últimos la concentran en cantidades mínimas. El
Arsénico puede provenir también de los volcanes. En el Altiplano de América
del Sur, situado desde el extremo Sur del Perú hasta el norte Argentino, se han
hecho estudios geológicos en la llamada Puna de Atacama donde confluyen
Argentina, Chile, Perú, y Bolivia y se ha encontrado Arsénico en altas
cantidades, el cuál se vuelca en lagunas y ríos, así como en el Océano
Pacifico.
El Arsénico es un metal que aparece de manera natural y ubicua en el
medio ambiente, en algunas zonas geográficas la concentración puede ser más
alta, su contenido medio en la corteza terrestre es de 5 gramos por tonelada.
FIGURA 4
8 MONTOYA Miguel Angel, Toxicología Clínica, 3ª edición, Mendez editores, 267 p.
16
El Arsénico es un elemento químico presente en los suelos de origen
volcánico, altamente toxico. Este elemento es un veneno altamente potente
para los humanos, en altas dosis generalmente es letal, y su consumo habitual
en dosis mucho menores también implica un alto riesgo para la salud.
El Arsénico ha sido identificado como un elemento toxico desde hace
mucho tiempo. En 1999 un reporte de la Academia Nacional de Ciencias
estableció que el Arsénico en agua para beber, causa cáncer de vejiga, de
pulmones y podría relacionarse también con enfermedades degenerativas en
riñón e hígado.
El Arsénico en la naturaleza se puede encontrar en su forma
orgánica o inorgánica. La forma orgánica de este elemento es mucho menos
dañina y se puede presentar por ejemplo en pescados y mariscos. El Arsénico
inorgánico es un elemento constituyente de muchos insecticidas.
La exposición al Arsénico puede ocurrir a través del agua de consumo,
por vía respiratoria mediante la inhalación o eventualmente mediante ciertos
alimentos.
El agua de pozo presenta concentraciones superiores de Arsénico en
comparación al agua proveniente de arroyos y lagos. En distintas zonas de
nuestro país el grado de contaminación con Arsénico que presentan las aguas
subterráneas es muy elevado, exponiendo a los habitantes a un alto grado de
peligro.9
2.2 HIDROARSENICISMO
Los depósitos pluviales y de rocas sedimentarias de lutita Arsénico así
como de caliza han dado lugar a que las aguas almacenadas en los mantos
subterráneos se impregnen con sales, específicamente arsenicales, dando
como consecuencia que los niveles de Arsénico en el agua sean tóxicos,
generando lo que se conoce como hidroarsenicismo. 9 CORDOBA P. Darío, Toxicología, 4 a edición, el Manual Moderno, 248 p.
17
Hidro; En el agua
Arsenicismo; Por Arsénico (Elemento venenoso que contamina el agua)
Crónico; Porque se prolonga en el tiempo
Regional; Porque abarca una extensa región geográfica
Endémico; Porque siempre se producen nuevos casos
HACRE10: Hidroarsenicismo crónico regional endémico; esta es una
enfermedad causada por la ingesta de Arsénico disuelto en agua, por lo que su
consumo permanente es capaz de producir enfermedades cardiovasculares y
cáncer hasta provocar la muerte por envenenamiento.
2.2.1 Hidroarsenicismo en municipios pertenecientes a la Comarca Lagunera
En los municipios y comunidades rurales de Francisco I. Madero, San
Pedro de las Colinas y Tlahualilo ubicados en la región conocida como la
Comarca Lagunera se ha detectado este problema nuevamente, pese a la
solución puesta en marcha en 1990, ya que a partir del 2003 se encontró que
sus aguas contenían cantidades elevadas de Arsénico 0.073 mg/L en
promedio; produciendo hidroarsenicismo en los habitantes.
Algunas de las pequeñas poblaciones rurales, de los municipios citados,
donde el mal se ha recrudecido son: Lequeito, Santa Mónica, Finiestere, San
Isidro, y otras, lo que a ocasionado que las personas abandonen sus casas
para buscar una mejor calidad de vida.
Debido a la exhaustiva explotación de los mantos freáticos de las aguas
del subsuelo, y siendo la única fuente de abastecimiento, continúan hasta la
fecha utilizándola para uso y consumo; ya que los salarios son en la mayoría 10 Op. Cit. 249 p
18
de gente que trabaja en maquiladoras percibiendo el mínimo y solo alcanza
para comer. En las imágenes 3 y 4 podemos ver la situación de extrema
pobreza en la que viven, así como una de sus pocas escuelas que tienen.
IMAGEN 3
IMAGEN 4
La norma de calidad del agua en nuestro país NOM-127-SSA1-1994,
indica para el Arsénico una concentración de 0.025mg/L, respecto a la Nota 2
según la actualización correspondiente; sin embargo en publicaciones
periódicas se ha reportado que en la Comarca Lagunera es superada
encontrándose concentraciones que rebasan los 0.2 mg/L como se observa en
la siguiente tabla:
19
20
“CONTENIDO DE ARSÉNICO, EN mg/L EN EL AGUA DE ALGUNAS POBLACIONES DE LA LAGUNA”11
Municipio
Ubicación
Fecha de
muestreo
Concentración
de As mg/L
Dictamen
NOM-127-SSA1-
1994
San Pedro, Coah. Ej. San Isidro 18/06/2004 0.104 Fuera de Norma
San Pedro, Coah. Ej. Sta. Mónica 02/06/2004 0.099 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo Virginias 19/04/2005 0.056 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo Malvinas 19/04/2005 0.039 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo 1
Malvinas
19/04/2005 0.057 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo 2
Malvinas
19/04/2005 0.020 Dentro de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo 3
Malvinas
19/04/2005 0.029 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo Nuevo-
Almacen
19/04/2005 0.070 Fuera de Norma
Tlahualilo, Dgo. P. Uruapan 27/06/2005 0.129 Fuera de Norma
San Pedro, Coah. Ej. Sta Mónica 29/06/2005 0.133 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Ej Lequeito 29/06/2005 0.223 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Ej. Hidalgo 29/06/2005 0.088 Fuera de Norma
San Pedro, Coah. Ej. Sata
Mónica
28/05/2006 0.105 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo 4 El
Fresno Nte.
26/05/2006 0.011 Dentro de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo 3
Malvinas
26/05/2006 0.026 Fuera de Norma
Fco I. Madero, Coah. Pozo Ej. San
Esteban
28/06/2006 0.006 Dentro de Norma
TABLA 3
11 COMISION Nacional del agua, Programa de red de monitoreo, Dirección de agua potable, Infraestructura hidráulica urbana, Torreón, Coahuila, 2006.
21
00.
050.
10.
150.
20.
25
Con
cent
raci
ones
de
Ars
enic
o en
ppm
Ej. Sanisidro
Ej. SataMónica
PozoVirginias
PozoMalvinas
Pozo 1Malvinas
Pozo 2Malvinas
Pozo 3Malvinas
PozoAlmacen
PozoUruapan
Ej. StaMónica
Ej.Lequeito
Ej.Hidalgo
Ej. StaMónica
pozo 4Fresnoi
Pozo 3Malvinas
Ej. SanEsteban
GRAFICA 1
Pozos Contaminados
En grafica 1, se plasman los resultados de la tabla 3, en dónde se
observan las elevadas concentraciones que tienen algunos pozos de la
Comarca Lagunera; así mismo se puede visualizar que debajo de la línea roja,
solo se encuentran 3 pozos, los cuales se encuentran dentro de la norma
NOM-127-SSA1-1994 que marca la especificación de 0.025ppm como limite
permisible de concentraciones de Arsénico en agua para consumo. Lo que sin
duda es alarmante, puesto que de 16 muestras, solo tres son aceptables, a
pesar de que también contienen cantidades mínimas de Arsénico.
2.2.2 Daños ocasionados en la salud
Es frecuente la intoxicación crónica regional o “endémica”, producida por
el agua de consumo (HACRE) debido al Arsénico proveniente de pozos, de la
contaminación de ríos o lagunas.
MECANISMO DE TOXICIDAD
Aunque fue descrito como veneno protoplasmático, el Arsénico no es un
precipitante activo de proteínas. Esto surgió que su efecto ocurre sobre las
actividades funcionales, esto es, sobre sistemas de enzimas, más que sobre
factores estructurales de las células vivas.
Se ha explicado como el arseniato desacopla la fosforilación oxidativa
mitocondrial, sustituyendo competitivamente el ión fosfato por arseniato. Los
arsenicales trivalentes tienen gran afinidad por los radicales sulfridilos
enzimáticos especialmente con aquellos que presentan en su estructura dos
radicales contiguos, formando con ellos estructuras cíclicas en ángulo de 45°.
El sistema de piruvato deshidrogenasa es especialmente sensible a los
arsenicales trivalentes por su interacción con dos grupos sulfhídricos del ácido
lipocio, para formar un anillo estable de seis miembros como se detalla a
continuación:
22
CH2SH CH2 CH2 S CH – SH + R- As H2C As (CH2)4 CH2 S COOH (CH2)4 COOH
Tiene también el Arsénico acción directa sobre ateriolas y capilares
produciendo vaso dilatación paralítica, lo que explica los signos y síntomas
característicos de la intoxicación.
Impide además la división celular, observándose anomalías en el núcleo.
Al incorporarse al organismo el Arsénico cumple los siguientes pasos
metabólicos.
ABSORCIÓN
La absorción en el tracto digestivo depende de su solubilidad. Los
compuestos solubles se absorben bien a través del tracto digestivo y desde
todas las superficies de las mucosas incluyendo el pulmón.
La poca acción que se puede hacer el ácido clorhídrico gástrico sobre el
Arsénico metálico hace que este sea casi in absorbible por vía oral, pero al
contrario las sales son de gran solubilidad y por lo tanto su absorción es mayor
por vía digestiva.
Los arsenicales pentavalentes, por ser mas liposolubles, tienen mayor
penetración en las membranas biológicas, los trivalentes como los que se
encuentran en la zona afectada penetran con mayor dificultad lo que explica su
largo período de incubación.
23
DISTRIBUCIÓN
Después de la absorción por cualquier superficie, el 95 al 99% del
Arsénico se localiza en los glóbulos rojos en combinación con la globina de la
hemoglobina. Sale rápidamente de la sangre en 24 horas y se distribuye hacia
el hígado, riñón, pulmones, paredes del tracto gastrointestinal y bazo. Se
encuentran pequeñas cantidades a nivel muscular y tejido nervioso.
Después de dos semanas de continúa administración de arsenicales, la
piel, uñas y el pelo acumulan el metal. Los que con técnicas de laboratorio nos
permite conocer la magnitud de la intoxicación arsenical.
Se deposita además en huesos y dientes por su semejanza química con
el Fósforo. Atraviesa con facilidad la barrera placentaria y por su potencial
teratogénico produce daño fetal.
Como consecuencia del alto contenido sulfhídrico de la queratina y
debido a que los arsenicales trivalentes son considerados reactivos
sulfhídricos.
BIOTRANSFORMACIÓN
El Arsénico causa amplios daños al combinarse con los grupos sulfidrilos
de las proteínas celulares. Los compuestos tioarsenicales son relativamente
estables, pero pueden ser metabolizados a arsenióxidos activos con una
subsiguiente oxidación como sigue:
R-As=As-R R-As-O-R-As-OH
El Arsénico que mayormente se absorbe es el inorgánico y pentavalente
frente al orgánico y trivalente. La metilización es el camino más frecuente y el
producto mas importante es el dimetil Arsénico. Así mismo, el inorgánico se
elimina mas lento que el orgánico (Marruecos, 1993). Es posible que el
organismo sea sobrepasado por la contaminación por el Arsénico y en estos
casos inicia la intoxicación.
24
Su acción lleva a la inhibición del dihidrolipoato que es un cofactor de la
piruvato deshidrogenasa, ocasionando así un bloqueo de la fosforilación
oxidativa. Inhibe también la transformación de la ascetil-CoA y succinil-CoA
(Marruecos 1993).
TOLERANCIA
La tolerancia al Arsénico presumiblemente está relacionada con la
habilidad de los arsenicales a inducir enzimas microsomales hepáticas y a
incrementar la habilidad de convertir el Arsénico trivalente en pentavalente,
menos toxico.
EXCRECIÓN
La principal vía de excreción es la urinaria. La vida media del Arsénico
inorgánico es de 10 horas y el 50 a 80% es excretado en tres días.
Los arsenicales son eliminados por orina sin transformación, otras vías
de excreción son: heces, sudor, leche materna, piel y sus anexos.
INDICADORES BIOLÓGICOS
Los indicadores biológicos de exposición son: sangre, orina, cabello y
uñas.
Debido a la vida media corta del Arsénico, los niveles sanguíneos sirven
solamente para exposiciones recientes, pero no crónicas. Sin embargo,
determinaciones de Arsénico en la orina son los mejores indicadores tanto para
exposiciones crónicas como recientes.
Las concentraciones de Arsénico en pelo y en uñas ayudan a evaluar
exposiciones pasadas, sin embargo se hace difícil su interpretación porque
muchas veces se puede presentar también contaminación externa.
25
MUESTRA NORMAL EXPOSICIÓN
EXCESIVA
Sangre total 10ug/1 Hasta 50ug/L
Orina <50ug/L >100ug/L
Cabello 0,5-2,1 ppm
Uñas 0,82-3,5ppm
Agua de consumo 0,025ppm
TABLA 412
La ingesta de 70 a 180 mg puede ser mortal
Se calcula que la ingesta diaria es >0,3 mg/d. (Casarett 1999)
La leche humana contiene cerca de 3μg de Arsénico por litro.
En el grupo identificado con HACRE se encontró que el arsénico en orina
fue > 200 µg/L (ppm), mientras que en el grupo control fue < de 80 µg/L
(ppm).13
Los casos confirmados de afección por HACRE presentan las
manifestaciones clásicas de intoxicación crónica. Produciendo una serie de
síntomas digestivos, caracterizados por vómitos, nauseas y diarrea; síntomas
respiratorios como coriza, catarro bronquial, problemas hemáticos con anemia
y agranulocitosis; sobre el sistema nervioso es frecuente la polineuritis, que
suele comenzar por los miembros inferiores.
Lo más característico de las intoxicaciones crónicas arsenicales son las
alteraciones cutáneas en las cuales se destacan las queratodermias y las
melanodermias, que se acompañan casi siempre de carcinoma. La
queratodermia, o sea, el espesamiento córneo palmo-plantar, puede ser difusa,
pero habitualmente es punteada a la manera de verrugas. La melanodermia, es
decir el aumento del pigmento melánico de la piel, puede tener aspecto
12 CORDOBA P. Darío, Toxicología, 4ª edición, El Manual Moderno 250 p. 13 Departamento de Medicina física y rehabilitación, HGZ No 16, IMSS. Torreón Coahuila.
26
reticulado difuso o punteado. El aspecto reticulado del tronco es el más común.
La piel cargada con Arsénico predispone al cáncer epitelial. Es importante
señalar la coexistencia con cáncer de tipo visera, de laringe, pulmón, digestivo,
etc.
Además los efectos carcinogénicos, se han informado también efectos
mutagénicos y teratogénicos, que se manifiestan por abortos espontáneo,
muerte fetal y malformaciones. Además hay riesgo de vejez prematura,
esterilidad y transmisión hereditaria de malformaciones.
En la intoxicación arsenical subaguda el cáncer cutáneo y visceral es
menos observado y en las uñas se pueden ver las denominadas bandas o
“estrías de Mess”, que consisten en líneas transversales blancas de depósito
de Arsénico, que aparecen generalmente seis semanas después de la
exposición.
2.2.3 Posibles alternativas para solucionar el problema
Existe una gran variedad de métodos para remover el Arsénico del agua;
tales como Osmosis inversa, Adsorción, Intercambio Iónico, Separación de
membrana, Precipitación química, Coagulación, Filtración, Oxidación y otros
más. 14
Las soluciones al problema pasan por desarrollar las obras de
infraestructura necesarias que produzcan resultados eficaces, como es el caso
de las realizadas en el año de 1990, sin embargo no se ataca el problema de
fondo el cuál consistiría en utilizar esta agua contaminada proporcionándole un
tratamiento químico eficiente para poder proporcionar resultados, no posibles
soluciones que como ya se observó solo tienen un cierto tiempo de vida.
Estas soluciones integrales y de escala regional deben encarase
prioritariamente si se tiene en cuenta el exceso de cáncer cutáneo y visceral de
14 GARCIA- SÁNCHEZ, Comparación y selección de los métodos de eliminación de Arsénico presente en aguas subterráneas, Tesis, 1998, 30 p.
27
las poblaciones afectadas, irreversible luego de una larga exposición al
Arsénico y con períodos de latencia.
Si los niveles de contaminación de agua son altos tarde o temprano,
aunque sea lentamente, se desarrollan problemas cardio-vasculares, cutáneos
o neoplásicos. Y aunque el HACRE fue descrito hace 86 años, y sus efectos
graves (hasta mortales) han sido y son bien conocidos por las diferentes
autoridades sanitarias, el hidroarsenicismo crónico es una enfermedad
olvidada, quizás porque afecta a zonas alejadas de la populosa ciudad de
México, quizás porque muchas de las personas expuestas al consumo de agua
contaminada son pobres. Una lógica perversa que se repite en un país que
hace como si no existiera lo que no se ve.
28
CAPITULO 3
PROPUESTA PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA DE HIDROARSENICISMO
3.1 Planteamiento del Problema
El agua potable es uno de los índices con los que se mide las
necesidades básicas de los pueblos. Para que no haya más HACRE, es
necesario que el agua sea potable, es decir, que no tenga niveles no aptos de
Arsénico. La solución es la realización de grandes obras de ingeniería, es decir,
de plantas potabilizadoras; sin embargo se plantea una propuesta también de
ingeniería pero con el objetivo a quienes va dirigido, que es a personas con
escasos recursos.
Se trata del uso de un reactor casero de fácil manipulación , económico
y con el uso de reactivos de adquisición sencilla con los que se propone el
método de eliminación de Arsénico por “ precipitación química”15.
La precipitación química lleva consigo la adición de productos químicos
con la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en
suspensión y facilitar su eliminación por sedimentación. En algunos casos la
alteración es ligera y la eliminación se logra al quedar atrapados dentro de un
precipitado voluminoso constituido principalmente por el propio coagulante.
Otro resultado de la adición química es un incremento neto en los
constituyentes disueltos del agua residual.
A lo largo de los años se han utilizado varias o diversas sustancias
como agentes de precipitación. El grado de clarificación obtenido depende de
la cantidad de productos químicos utilizados y el cuidado con que se controle el
proceso. Por medio de la precipitación química es posible obtener un efluente
limpio, substancialmente exento de materia en suspensión o en estado coloidal.
Mediante la precipitación química llega a eliminarse del 80 al 90% de la materia
15 Op. Cit. 52 p.
29
total suspendida, del 40 al 70% de la DBO del 30 al 60% de la DCO y del 80 al
90% de las bacterias.
La reacción correspondiente al sulfato férrico y cal es:
Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH2) 3 CaSO4 + 2Fe(OH)3
En la precipitación química es muy importante la formación de un floculo
gelatinoso insoluble de Fierro debido a que sedimenta lentamente en el agua,
adhiriéndose a él las partículas suspendidas. La eliminación de Arsénico por
iones metálicos es la técnica más conocida y frecuentemente la más aplicada,
el Arsénico pentavalente se elimina mejor con sales férricas si se maneja un
PH de 7.2 a 7.5 dentro de las dosis óptimas de fiero +3 y PH, la eficiencia de
eliminación de Arsénico presente en el agua esta comprendida entre
0.1a1ppm; el Arsénico residual contenido después de la eliminación de los
sólidos es menor a 0.01ppm.
3.2 Diseño del reactor casero 3.2.1 Bases de diseño
El reactor deberá tener la capacidad para proporcionar agua libre de
Arsénico a familias de por lo menos 6 miembros en su consumo diario.
El tamaño del reactor debe ser considerado ya que no puede ocupar
mucho espacio pues tendrá que estar siempre en alguna parte de la cocina
preferentemente.
Se le adaptará una base metálica para que este quede fijo y pueda
precipitar el Arsénico por completo, sin riesgo de movimiento y posible
volcadura de los sedimentos.
Además se le deberá colocar un agitador el cuál servirá para la remover
las aguas en su totalidad e incorporar perfectamente los reactivos en esta, para
que así se logre una mejor eficiencia.
30
Se piensa en un garrafón de uso cotidiano por la forma de embudo que
tiene en la parte superior, que utilizada hacia abajo servirá de tolva y esta
facilitara la acumulación de los sedimentos, de la misma manera la base puede
ser cortada para que sirva como tapa y ahí colocar el agitador.
Así mismo cuenta con la capacidad de 20 litros ideal para abastecer
agua de consumo a una familia diariamente
A este se le colocará una llave en la parte inferior para extraer el agua
cómodamente después de la reacción.
3.3 Esquema del reactor casero 3.3.1 Esquema general
PLANO 1
31
3.3.2 Alzado lateral por piezas
PLANO 2
32
3.4 Materiales de construcción
Los materiales utilizados para la construcción del reactor son:
3m de tubo de PVC de 19mm de diámetro
1m de tubo de PVC de 50mm de diámetro
llave nariz para agua de paso con tuercas y roldana
codos de PVC de 90° por 19mm de diámetro
un adaptador tipo hembra de PVC con cuerdas de 19mm de diámetro
un adaptador tipo macho de PVC con cuerdas de 19 mm de diámetro
conexión tipo T de PVC de 19mm de diámetro
un tanque o garrafón de polietileno de 20 L
un adaptador macho de PVC de 50mm de diámetro
un adaptador hembra de PVC de 50mm diámetro
una tapa ciega de 50mm de diámetro
una tapa ciega de 19mm de diámetro
dos baleros para tubo de 50mm de diámetro
un tramo de tubo de PVC de 50mm de diámetro
una bisagra
un columpio fijo metálico para base de garrafón
3.5 Construcción del reactor casero
3.5.1Cortes del garrafón
Se corta la base para que sirva como tapa del reactor; así mismo pueda
desprenderse.
Se hace una perforación en el centro de esta y se le adapta una tira de
solera alrededor de la tapa, para posteriormente poder fijar la manivela, con
ayuda de los baleros.
33
IMAGEN 5
3.5.2 Construcción del agitador.
Se unen las piezas de tubos PVC; utilizando los codos, para darle una
forma de manivela.
Posteriormente abajo se forma un agitador con las paletas haciendo un
corte en cada una de ellas para su mejor agitación, siempre cuidando sea en
eje recto.
IMAGEN 6
34
3.5.3 Construcción de la base
En solera se hace un triangulo como base para sostener el garrafón con
la boca de este hacia abajo, para que este quede fijo.
Se colocan tres tiras para abrazar el cuerpo del garrafón, unidas a un
círculo de solera que se ubica en la boca del garrafón; de igual manera serán
unidas a la parte de arriba que abraza el garrafón, donde será adaptada la tapa
de este.
IMAGEN 7
3.5.4 Ensamble completo del reactor casero.
Primeramente se coloca el garrafón en la base de solera.
Se le coloca la llave nariz y en la boca del garrafón se le adapta un PVC
para ahí sea el depositó de los lodos contaminados con Arsénico y pueda
desprenderse del reactor cuando deba purgarse después de cada operación.
35
IMAGEN 8
Se ensambla la manivela formada de tubos PVC a la tapa , por ultimo se
coloca una visagra para la fijación de la tapa al cuerpo del garrafón.
IMAGEN 9
36
“Reactor casero”
IMAGEN 10
3.6 Procedimiento y manejo del equipo
En un garrafón con un volumen de 20 litros de agua contaminada:
A) Se agrega 4.8 gramos de sulfato férrico (FeSO4)
B) Se agitó la solución durante 15 minutos para provocar la
reacción química con el Arsénico presente,
C) Se deja reposar 15 minutos más,
D) Se le adicionaron 2.2 gramos de hidróxido de Calcio
E) Se agita la solución 5 minutos; en estos momentos se
lleva a cabo la reacción de floculación, la cuál consiste en
37
precipitar el Arsénico presente en el agua y la formación
de pequeños flóculos grumos donde se encuentra
presente el Arsénico. Que por el efecto de la floculación o
grumo que lo rodea aumenta su masa por lo que precipita
a la boca del garrafón que dada su forma sirve de tolva
para que sedimenten dichos flóculos y se separen del
agua.
F) Después de un período de sedimentación de 4 horas, el
agua que permanece libre de flóculos es agua que ha
sufrido la remoción de un 85% en promedio de Arsénico.
G) Transcurridas las cuatro horas, los flóculos sedimentados
se extraen por la boca del garrafón al quitar el tapón al
quitar el tapón, estos lodos se recogen en una pequeña
cubeta para ser depositados en un recipiente mayor
dónde de alguna manera se pensará en su disposición
final, ya que estos contienen Arsénico. Los cuales se
pueden comercializar.
H) Separados los lodos se tapa el garrafón con una tapa
limpia.
I) Realizada esta actividad, el agua para consumo humano
puede ser extraída por la llave de nariz que se encuentra
instalada en la parte lateral y baja de garrafón.
J) Toda la actividad citada, se sugiere sea realizada por la
K) noche, para que en el curso de la madrugada se lleve a
cabo la sedimentación completa de los floculos; de ésta
forma se tendrá una agua con ausencia de grumos apta
para el consumo.
38
CAPITULO 4 EFICIENCIA DEL REACTOR CASERO
4.1 Análisis Químico (cualitativo)
4.1.1 Prueba de Marsh
La prueba de Marsh, llamada así por su inventor, el químico ingles
James Marsh, proporciona un método simple para detectar trazas de Arsénico
tan mínimas que no podrían descubrirse con un análisis ordinario. El método
es sólo una curiosidad, que en su día, permitió descubrir los casos de
envenenamiento por el Arsénico. Su principio es el siguiente: el Arsénico, al
estar oxidado, en presencia del hidrógeno naciente, se reduce a arsenamina, la
cual se descompone por el calentamiento dando Arsénico metaloideo de un
color pardo negro característico. 16
A menudo es importante contar con un test. fiable que detecte la
presencia de cantidades pequeñas de Arsénico , porque el Arsénico, aún
siendo un veneno violento, es ampliamente usado y por tanto es un
contaminante muy difundido. La sustancia a analizar se coloca en un generador
de Hidrógeno y el Arsénico presente se convierte arsenamina (AsH3), que se
mezcla con el hidrógeno. Si el flujo de hidrógeno se calienta mientras pasa por
un tubo de vidrio, la arsenamina se descompone, y el Arsénico metálico se
deposita en el tubo.
Cantidades mínimas producen una mancha apreciable. Utilizando la
prueba de Marsh se pueden detectar cantidades tan mininas como 0.1mg de
Arsénico o de Antimonio.
16GISBERT Calabuig Juan Antonio, Medicina legal y Toxicología, 4ª edición, Salvat editores 715 p.
39
4.1.2 Detección del Arsénico
El As3+ no existe en el agua como ión libre, en soluciones básicas y
neutras adquiere la forma de un hidroxicatión As(OH)2+. En medios ácidos
existe en forma de oxidación deshidrogenoarsenito (OH)2AsO-.
El Arsénico puede detectarse por medio del análisis de Marsh. Los
hidrocarburos de los átomos pesados son inestables y al calentarse se
descomponen en Hidrógeno y Arsénico.
El método de Marsh es muy preciso para analizar As.
La prueba consiste en descomponer la arsina (AsH3) que es un gas muy
venenoso.
AsH3 2As + 3H3
4.1.3 Procedimiento
1.- En un matraz de bola con el fondo plano, se coloca la muestra de un litro de
agua con 0.5mg de Arsénico.
2.-Se agrega 1.0 g de Zinc y 0.5 ml de HCl concentrado. Los compuestos de
Arsénico presentes se reducen a arsina gaseosa, AsH3 donde ocurre la
reacción.
Zn3As2 + 6HCl 3ZnCl 2 + 2 AsH3
3.- Posteriormente al continuar produciéndose el gas (AsH3), pasa a través de
un tubo empacado con cloruro de Calcio (CaCl2) donde se elimina la humedad.
4.- El gas llega a la zona de calentamiento donde se lleva acabo la reacción de
descomposición de las arsinas e Hidrógeno.
2 AsH3 2As + 3H2
40
5.- El As se deposita en un tubo al llegar a las partes frías con la formación de
un espejo gris.
6.- El hidrógeno es liberado al ambiente ( se puede probar con un cerillo
encendido, el cuál aumentara su flama por la presencia de el gas).
7.- Debido a que la arsina es muy venenosa, el análisis deberá realizarse bajo
una campana de eliminación de gases.
4.2 Análisis Químico (cuantitativo)
4.2.1 Método de espectroscopia de absorción atómica.
Es el método más usado hoy en día para la investigación de elementos
minerales por reunir la doble condición de la sensibilidad y precisión de las
medidas. Es un método que comúnmente utiliza un nebulizador pre-quemador
(o cámara de nebulización) para crear una niebla de la muestra y un quemador
con forma de ranura que da una llama con una longitud de trayecto más
larga.17
IMAGEN 11
17 DOUGLAS A. Skoog, Análisis Instrumental, 4ª edición, Mc Graw Hill, 238 p
41
El haz radiante especifico para el Arsénico se corresponde con las
longitudes de onda correspondientes a 193.7 y 197.2 nm; la longitud de 189.0
es menos usada, excepto en casos especiales, por el mayor numero de
interferencias que se dan con esta banda espectral.
Esta técnica tiene una gran importancia, ya que mediante esta se puede
obtener un análisis que proporcione información elemental, al hacer incidir
radiación de la región Ultravioleta del espectro electromagnético con átomos en
estado elemental.
El átomo esta, de hecho, constituido por un núcleo rodeado por
electrones. Los electrones ocupan posiciones orbitales en una forma predecible
y ordenada. La configuración más estable y de más bajo contenido energético,
es conocido como “estado fundamental” y es la configuración orbital normal
para el átomo.18
En la emisión atómica, la muestra es sometida a una alta energía y
temperatura, con el objeto de producir átomos al estado excitado, capaces de
emitir luz. La fuente de energía puede ser un arco eléctrico, una llama o más
recientemente un plasma.
Las técnicas de emisión también pueden usarse para determinar
“cuanto” de un elemento esta presente en una muestra. Para un análisis
“cuantitativo” se mide la intensidad de la luz emitida a la longitud de onda del
elemento por determinarse. Si la luz de una determinada longitud de onda
incide sobre un átomo libre en estado fundamental , el átomo puede absorber
energía y pasa al estado excitado, en un proceso conocido como absorción
atómica. La propiedad de un átomo de absorber luz de longitud de onda
especifica, es utilizada en la espectrofotometría de absorción atómica.
La característica de interés en las medidas por absorción atómica, es el
momento de luz, ala longitud de onda resonante, que es absorbida, cuando la
luz pasa a través de una nube atómica. Conforme el numero de átomos se
incrementa en el paso de la luz, la cantidad de esta será absorbida y se 18 AGUILAR R. Ma del Rosario, Espectroscopia de absorción atómica, Apuntes de Química Analítica III, 2003
42
incrementara en una forma predecible. Se puede efectuar una determinación
cuantitativa del analito presente, midiendo la cantidad de luz absorbida.
La nube de átomos requerida para las mediciones en absorción atómica,
es producida por la adición de suficiente energía térmica a la muestra, dentro
de una llama alineada con el rayo de luz, sirve para este propósito. Bajo
condiciones apropiadas de llama, muchos de los átomos permanecerán en
estado fundamental y son capaces de absorber luz de longitud de onda
apropiada proveniente de una fuente de luz. La facilidad y la velocidad a la cual
se pueden hacer determinaciones exactas y precisas , ha hecho que esta
técnica sea una de los métodos mas populares para la determinación de
metales.
La instrumentación básica para absorción atómica por flama requiere de:
fuente de luz, monocromador, sistema detector, amplificador y un atomizador.
La radiación de la fuente se dirige a través de la muestra atomizada
hacia el monocromador, donde se aíslan las líneas de resonancia analítica de
las otras longitudes de onda y se envía al detector. El amplificador convierte la
señalen absorbancia o concentración y muestra la lectura en un valor atómico.
En el nebulizador y cámara de mezcla ocurren tres pasos:
A) La muestra es convertida en aerosol.
B) La muestra se mezcla con los gases, combustible y oxidante en la
cámara de premezclado.
C) Los gases con las finas gotas de la muestra emergen por la cabeza
del quemador con un flujo hacia la flama en donde se evaporan y
decomponen en átomos del analito.
43
4.2.2. Procedimiento
1) Se toman 100ml de la muestra y se adiciona 10 ml de HNO3 para su
preservación
2) Se calienta la muestra hasta reducir su volumen
3) Se filtran las muestras con papel filtro watman, para eliminar
cualquier impureza.
4) Se trasladan a matraces aforados de 100ml y llevan a un aforo.
5) Se procede a tomar las lecturas en el equipo de Absorción atómica
utilizando lámpara de cátodo hueco y llama aire-acetileno
6) Se preparan previamente tres estándares de concentración conocida,
para formar la curva de calibración en la computadora de
Concentración vs % de Absorbancia.
7) Posteriormente se empiezan a tomar las lecturas de las muestras
problema.
IMAGEN 12
4.3 Eficiencia del reactor casero
En la tabla 5 se reportan las concentraciones antes y después del agua;
así como la eficiencia del reactor para la remoción del Arsénico empleando el
método de precipitación química. Mediante la prueba de Marsh
(cualitativamente) y por el método de absorción atómica (cuantitativamente),
44
respecto a 7 muestras tomadas en diferentes poblados pertenecientes a la
Comarca lagunera, donde les llega agua proveniente de pozos contaminados;
los cuales se detectaron primeramente y posteriormente se realizó el muestreo
simple de tomas de la red domestica, ya que no hubo acceso a los pozos
directamente, por lo cual se anexa la ubicación de las zonas muestreadas en
cuadros de color rojo en el mapa 1 en el primer capitulo. Señalando 3 pozos
del sistema interestatal tales como el P10a , P9 y P6a ; de igual manera en el
mapa 3 se citan 2 Pozos propios del municipio de Fco. I. Madero de nombre El
Fresno, Virginias y 2 del municipio de San Pedro de las Colinas , llamados
Rep. Gatto y Marraneras.
Con los cuales se completan las siete muestras usadas para la
experimentación correspondiente, con las que podemos afirmar que la
remoción inicialmente de Arsénico es de 85% en promedio.
Así mismo en la tabla 6 se reporta un promedio de las muestras antes y
después del tratamiento, en su análisis de PH, Fiérro y dureza comprobando
así que estén dentro de de la norma NOM-127-SSA1-1994 y por consiguiente
verificar la viabilidad del procedimiento.
45
PORCIENTO DE REMOCIÓN DE ARSÉNICO19
Numero de
muestra
Gasto20
LPS
Agua con
Arsénico
antes del
tratamiento
mg/L
Agua después
del tratamiento
mg/L
(cualitativo)
Agua después
del tratamiento
mg/L
(cuantitativo)
Eficiencia
%
1
P10a
28.0
0.108
N.D
0.020
81.48
2
P9
27.0
0.035
N.D
0.005
85.71
3
P6a
40.0
0.203
N.D
0.031
84.72
4
El Fresno
25.0
0.051
N.D
0.006
88.23
5
Virginias
20.0
0.195
N.D
0.032
83.58
6
Rep. Gatto
55.0
0.231
N.D
0.046
80.00
7
Marraneras.
23.0
0.061
N.D
0.009
85.24
TABLA 5
19 Laboratorio de Análisis Metalúrgicos. Ed. Z, 6, marzo 2007 20 COMISION Nacional del agua, Programa de red de monitoreo, Dirección de agua potable, Infraestructura hidráulica urbana, Torreón, Coahuila, 2006.
46
CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DEL AGUA ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO CON ARSENICO
Características
Fisicoquímicas
Norma Nacional Agua con
Arsénico
Agua sin
Arsénico
PH 6.0-8.0 6.5 7
Fierro 0.30 0.6 0.2
Dureza 500,00 109 170
TABLA 6
47
CAPITULO 5
ANÁLISIS DE COSTOS
5.1 Costos de la propuesta 5.1.1 Costo del material para la construcción del reactor casero
Material
Costo
3m de tubo de PVC de 19mm
de diámetro
$12.00
1m de tubo de PVC de 50mm
de diámetro
$10.00
llave para agua de paso de
nariz con tuercas y roldanas
$30.00
codos de PVC de 90° por 19mm
de diámetro
$4.50
un adaptador tipo hembra de
PVC con cuerdas de 19mm de
diámetro
$2.00
un adaptador tipo macho de
PVC con cuerdas de 19 mm de
diámetro
$2.00
conexión tipo T de PVC de 19mm de
diámetro
$30.00
Continúa.
48
un tanque o garrafón de polietileno
de 20 L
$35.00
un adaptador macho de PVC
de 50mm de diámetro
$6.00
un adaptador hembra de PVC
de 50mm diámetro
$10.50
una tapa ciega de 50mm de
diámetro
$4.50
una tapa ciega de 19mm de
diámetro
$2.00
Total
$148.5
TABLA 7
5.1.2 Costo de los reactivos químicos
Producto Químico
Costo
2.2gr de Sulfato férrico
$ 0.708
4.8 gr. de Hidróxido de Calcio
$ 0.288
Total
$ 0.996
TABLA 8
49
5.2 Análisis de ingresos de la población
5.2.1 Principales actividades de la región
La extracción de grandes yacimientos de oro, plata, plomo, cobre,
zinc, fluorita y minerales no metálicos que responden a esta zona
semidesértica: mármol, celestita, bentonita y demás arcillas.
El esfuerzo, empeño y dedicación que pone la laguna en el desarrollo de estas
actividades económicas, ha hecho de ellas una mina fértil de materias primas,
cuyo aprovechamiento constituye una base sólida que sustenta enormes
complejos industriales esenciales para la economía regional. Como son la
industria metal-mecánica, la confección de prendas de vestir y las industrias del
mármol, del mueble y alimentos, las cuales se han convertido en las
actividades industriales de mayor incidencia económica en la Comarca
Lagunera.
La ocupación de mano de obra en grandes cantidades,
particularmente la femenina, delata a la Industria de la Confección de Prendas
de Vestir. El incremento de la inversión en esta rama industrial ha traído
buenos resultados, pues además de sumar 204 empresas en este ramo, la
captación de divisas por concepto de maquila de exportación ha aumentado y
tiene 35 empresas exportadoras, la cuál es la mayor.
La importancia que tiene la Comarca Lagunera se debe a su
tradicional vocación agrícola y ganadera, de ahí que esta industria; está
directamente relacionada con la producción de lácteos y derivados, alimentos
balanceados, aprovechamiento de carne, elaboración de aceites, vinos y
licores, envasados de harina y refrescos entre otros.
La región cuenta con la cuenca lechera más importante del país, tanto
por su producción de leche como por su integración en una organización
corporativa que abarca desde el desarrollo de la actividad primaria hasta la
comercialización, de sus productos industrializados.
50
El sector de la mediana y pequeña industria de alimentos está integrado
por 195 empresas, de las cuales 17 son exportadoras.
5.2.2 Ingresos
La tabla que se muestra a continuación muestra los ingresos promedio,
en dólares que perciben los habitantes de esta región; según su actividad; así
mismo sólo consideramos los datos registrados por el INEGI, pero cabe
destacar que entre otras actividades predomina la agricultura la cuál no tiene
salario fijo.
Periodo
Alimenticias
Textiles,prendas
de vestir
Productosde
minerales
Industrias metálicas básicas
Otras industrias
manufactureras
Enero 2.6 2.0 3.0 3.2 2.0 Febrero 2.8 2.1 3.1 3.3 2.0 Marzo 2.7 2.1 2.9 3.1 2.1 Abril 2.7 2.3 3.0 3.2 2.1 Mayo 2.7 2.0 2.9 2.9 1.9 Junio 2.5 2.0 2.8 2.9 1.9 Julio 2.5 2.0 3.0 3.0 2.0
Agosto 2.6 2.1 3.0 3.5 2.0 Septiembre 2.6 2.0 3.0 3.6 2.0
TABLA 9
5.3 Comercialización del Arsénico recuperado (lodos de la
reacción).
5.3.1 Usos del Arsénico recuperado
En el ambiente domestico; El anhídrido arsenioso se ha venido
empleando como elemento básico e n la preparación de los papeles
matamoscas, hoy en desuso, y sobre todo, de diversos preparados formícidas
y raticidas (pastas matarratas).
En la agricultura; el arseniato diplúmbico y el arseniato tricálcico como
germicida y conservador que son base del tratamiento especifico de diversas
51
parasitosis de las viñas y cultivos de algodón, cereales, papa, soya, tabaco,
etc. Por su parte, el anhidrido arsenioso y el arseniato sódico forman parte de
herbicidas y xiloprotectores. En algunos lugares se ha empleado un arseniato
de estricnina como rodenticida y para preparar cebos envenenados. También
se usa en algunos pesticidas agrícolas y en algunos productos químicos que
sirven para conservar la madera
En la medicina su uso es muy antiguo. Se usaron como tónicos sus
sales orgánicas. Fowler (1786) lo utilizó en procesos febriles y como sedante
unido a mezclas bromuradas. Hutchinson lo preconizaba como antianémico. Se
utilizaba en el paludismo, la enfermedad de Hodgkin y la leucemia meloide. Los
dermatólogos lo usaron y aún los siguen usando en psoriasis, liquen, eczemas
y lupus eritematoso. Fue en su época antes de la aparición de la penicilina, el
remedio mas útil contra la sífilis. En otros usos médicos ha sido desplazado por
las sulfamidas o los antibióticos. En veterinaria los preparados inorgánicos y
orgánicos pentavalentes son empleados como estimulantes del metabolismo y
reconstituyentes.
En la disección de animales y conservación de pieles, en la industria de
la curtiduría y peletería.
El arsénico se usa en grandes cantidades en la fabricación de vidrio
para eliminar el color verde causado por las impurezas de compuestos de
hierro. Una carga típica en un horno de vidrio contiene un 0,5 % de trióxido de
arsénico. A veces se añade al plomo para endurecerlo, y también se usa en la
fabricación de gases venenosos militares como la lewisita y la adamsita.
Ciertos compuestos de arsénico, como el arseniuro de galio (GaAs), se
utilizan como semiconductores. El GaAs se usa también como láser. El
disulfuro de arsénico (As2S2), conocido también como oropimente rojo y rubí
arsénico, se usa como pigmento en la fabricación de fuegos artificiales y
pinturas.
52
5.3.2 Costos del Arsénico
Producto químicamente puro Costo por Kilogramo
Arsénico $ 55.00
TABLA 10
53
ANÁLISIS DE RESULTADOS
La tabla 3 demuestra la condiciones de los pozos tanto propios como del
sistema interestatal ubicados en la Comarca Lagunera; se observa mas
detalladamente en la grafica 1, donde podemos ver la situación de estos y que
de 16 pozos reportados solo tres están dentro de la norma, aunque estos
contengan pequeñas cantidades de Arsénico, significativas al paso del tiempo;
lo cual es preocupante.
En la tabla 5 se reportan las eficiencias del reactor con rango de 80% a
88.23%, observando que estas varían dependiendo de las concentraciones
iniciales de Arsénico, puesto que algunas son muy elevadas; por lo cual
algunas concentraciones finales quedan fuera de la especificación de
0.025ppm como lo marca la NOM-127-SSA1-1994; a lo que se sugiere dar un
segundo tratamiento para lograr que las concentraciones queden por debajo de
los limites permisibles.
En la tabla 6 se muestran los análisis en promedio de PH, Fierro y
dureza realizados a las muestras, para comprobar su efectividad; observando
que existe un incremento en su dureza por la adición del hidróxido de Calcio,
pero no es considerable, puesto que este es mínimo y cumple con la norma
NOM-127-SSA1-1994, con respecto del Fierro al inicio presenta un valor mas
alto , que al final; lo cual quiere decir que en la reacción precipita el que tiene
inicialmente, como el del sulfato ferrico incorporado, así mismo el PH
incrementa de 6.5 a neutro lo cual es aceptable.
54
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En el presente trabajo según los resultados obtenidos utilizando la
prueba de Marsh, (cualitativamente) y el método de absorción atómica
(cuantitativamente) se concluye que es posible tener un 85% en promedio de
remoción de Arsénico por lo que si llegara a implementarse el uso de este
reactor casero siguiendo el método es posible que en los hogares de los
habitantes de las poblaciones rurales de la región Lagunera que padecen
hidroarsenicismo, la enfermedad se reduzca muy notablemente.
El reactor que se presenta es de fácil construcción, de reducido costo,
de alta eficiencia, sencilla operación y puede ser manipulado por cualquier
persona que desconozca todo tipo de proceso químico; ya que no requiere de
grandes inversiones o especialistas para su manejo. El reactor esta diseñado
para que sea utilizado a nivel rural y por familia. Sin embargo se puede diseñar
para una cantidad mayor de agua, quizá para abastecer a una comunidad o
municipio y el costo para tratar un metro cúbico sería de $55.38. Y para un
proceso industrial se puede determinar la carga y tamaño de los floculos del
compuesto de Arsénico obtenido, para así diseñar un sedimentador floculador,
para lo cuál se sugiere llevar a cabo la “ Prueba de Jarras”
El método reducirá la incidencia de hidroarsenicismo en los habitantes
de la Comarca Lagunera, lo que provocará un mejor nivel de vida; ya que los
beneficios que traería el reactor para flocular el Arsénico serían tan grandes
que es posible terminar con el hidroarsenicismo en la Comarca pues en la
actualidad afecta a un gran numero de habitantes.
Así mismo se sugiere para una tesis posterior, la posibilidad de que se
electro floculen los coloides y así reducir el costo de un poli electrolito.
55
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