La contaminación de las aguas subterráneas con arsénico es una forma de contaminación de las aguas subterráneas que a menudo se debe a las altas concentraciones de arsénico que ocurren naturalmente en niveles más profundos de las aguas subterráneas . Es un problema de alto perfil debido al uso de pozos profundos para el suministro de agua en el delta del Ganges , lo que causa una intoxicación grave por arsénico a un gran número de personas. Un estudio de 2007 encontró que más de 137 millones de personas en más de 70 países probablemente se vean afectadas por el envenenamiento por arsénico del agua potable. El problema se convirtió en un grave problema de salud después del envenenamiento masivo del agua en Bangladesh . [1]La contaminación por arsénico de las aguas subterráneas se encuentra en muchos países de todo el mundo, incluido Estados Unidos. [2]
La Organización Mundial de la Salud recomienda limitar las concentraciones de arsénico en el agua a 10 μg / L, aunque este suele ser un objetivo inalcanzable para muchas áreas problemáticas debido a la naturaleza difícil de eliminar el arsénico de las fuentes de agua. [3]
Se han informado aproximadamente 20 incidentes importantes de contaminación por floarsénico de las aguas subterráneas. [4] De estos, cuatro incidentes importantes ocurrieron en Asia, en Tailandia , Taiwán y China continental . [5] Se han cartografiado las ubicaciones de pozos potencialmente peligrosos en China. [6]
Especiación de compuestos de arsénico en agua.
El agua contaminada con arsénico generalmente contiene ácido arsénico y ácido arsénico o sus derivados. Sus nombres como "ácidos" es una formalidad; estas especies no son ácidos agresivos, sino simplemente formas solubles de arsénico cerca de pH neutro. Estos compuestos se extraen de las rocas subyacentes que rodean el acuífero. El ácido arsénico tiende a existir como iones [HAsO 4 ] 2− y [H 2 AsO 4 ] - en agua neutra, mientras que el ácido arsénico no está ionizado.
Contaminación en naciones y regiones específicas
Pakistán
El 66% de las 1200 muestras analizadas contenían arsénico por encima del límite recomendado por la OMS , lo que amenaza a más de 60 millones de residentes. Entre 50 y 60 millones de habitantes consumen agua con niveles de arsénico superiores a 50 microgramos de arsénico por litro, niveles que superan con creces los niveles aceptables en todo el mundo. [7]
Bangladesh
Bangladesh es el país más afectado por el envenenamiento por arsénico a través del agua potable. El gobierno de Bangladesh limita la concentración de arsénico en el agua a 50 μg / L, que es 5 veces más que el límite recomendado por la OMS. [8] El gobierno y otras agencias como UNICEF instalaron pozos para proporcionar agua dulce en áreas subdesarrolladas de Bangladesh, pero luego encontraron enfermedades relacionadas con el consumo de esta agua. Aproximadamente entre 7 y 11 millones de pozos o pozos de bombeo manual proporcionaban agua contaminada con arsénico a la población local. En 2008, aproximadamente 57 millones de residentes utilizaron agua contaminada con arsénico de estos pozos poco profundos. [9] El 20% de las muertes totales están relacionadas con el cáncer relacionado con el arsénico. [10] [11] [12]
Chile
Un análisis del consumo de agua y alimentos en Socaire , una aldea rural de Chile , encontró que entre noviembre de 2008 y septiembre de 2009, la ingesta total de arsénico por parte de los aldeanos se correlacionó con la cantidad de agua y productos locales consumidos. [13]
India y Bangladesh
La contaminación por arsénico de las aguas subterráneas en Bangladesh es un problema grave. Antes de la década de 1970, Bangladesh tenía una de las tasas de mortalidad infantil más altas del mundo. Los sistemas ineficaces de purificación de agua y alcantarillado, así como los monzones periódicos y las inundaciones exacerbaron estos problemas. Como solución, UNICEF y el Banco Mundial abogaron por el uso de pozos para acceder a aguas subterráneas más profundas. Como resultado, se construyeron millones de pozos. Gracias a esta acción, la mortalidad infantil y las enfermedades diarreicas se redujeron en un cincuenta por ciento. Sin embargo, con más de 8 millones de pozos construidos, aproximadamente uno de cada cinco de estos pozos está ahora contaminado con arsénico por encima del estándar de agua potable del gobierno.
En el delta del Ganges , los pozos afectados suelen tener más de 20 metros y menos de 100 metros de profundidad. [ cita requerida ] El agua subterránea más cercana a la superficie por lo general ha pasado menos tiempo en el suelo, por lo tanto, probablemente absorbiendo una menor concentración de arsénico; el agua a más de 100 metros de profundidad está expuesta a sedimentos mucho más antiguos que ya se han empobrecido en arsénico. [14]
El tema llamó la atención internacional en 1995. [15] [16] [17] Un estudio realizado en Bangladesh involucró el análisis de miles de muestras de agua, así como muestras de cabello, uñas y orina. Encontró 900 aldeas con arsénico por encima del límite del gobierno.
Se han criticado las agencias de ayuda , que negaron el problema durante la década de 1990 mientras se hundían millones de pozos entubados. Posteriormente, las agencias de ayuda contrataron a expertos extranjeros que recomendaron plantas de tratamiento que no eran adecuadas para las condiciones, que se descomponían con regularidad o que no eliminaban el arsénico. [18]
En Bengala Occidental , India, el agua proviene principalmente de los ríos. El agua subterránea proviene de pozos entubados profundos, que son pocos. Debido a la baja cantidad de pozos profundos, el riesgo de intoxicación por arsénico en Bengala Occidental es menor. [19] Según la Organización Mundial de la Salud, "En Bangladesh, Bengala Occidental (India) y algunas otras áreas, la mayor parte del agua potable solía obtenerse de pozos y estanques excavados abiertos con poco o ningún arsénico, pero con agua contaminada que transmitía enfermedades tales como diarrea , disentería , fiebre tifoidea , cólera y hepatitis . Los programas para proporcionar agua potable 'segura' durante los últimos 30 años han ayudado a controlar estas enfermedades, pero en algunas áreas han tenido el efecto secundario inesperado de exponer a la población a otro problema de salud: el arsénico ". [20] Se ha informado que siete de los veinte distritos de Bengala Occidental tienen concentraciones de arsénico en el agua subterránea por encima de 0.05 mg / L, que es el límite de arsénico establecido por el gobierno. La población total en estos siete distritos supera los 34 millones, mientras que el número de usuarios de agua rica en arsénico supera el millón (por encima de 0,05 mg / L). Ese número aumenta a 1,3 millones cuando la concentración es superior a 0,01 mg / L. Según un estudio del Servicio Geológico Británico en 1998 sobre pozos entubados poco profundos en 61 de los 64 distritos de Bangladesh, el 46 por ciento de las muestras estaban por encima de 0,01 mg / L y el 27 por ciento por encima de 0,050 mg / L. Cuando se combina con la población estimada de 1999, se calculó que el número de personas expuestas a concentraciones de arsénico superiores a 0,05 mg / L es de 28 a 35 millones y el número de personas expuestas a más de 0,01 mg / L es de 46 a 57 millones. [20]
En todo Bangladesh, a medida que se analizan los pozos de tubería para detectar concentraciones de arsénico, los que tienen concentraciones de arsénico superiores a la cantidad considerada segura se pintan de rojo para advertir a los residentes que el agua no es segura para beber.
En Bihar , se ha descubierto que las aguas subterráneas de 13 distritos están contaminadas con arsénico en cantidades superiores a 0,05 mg / L. Todos estos distritos están situados cerca de grandes ríos como Ganges y Gandak . [21]
Argentina
La parte central de Argentina se ve afectada por aguas subterráneas contaminadas con arsénico. Específicamente, La Pampa produce agua que contiene 4-5300 microgramos por litro. [22]
Estados Unidos
Regulación
Un estándar de agua potable de 0.05 mg / L (equivalente a 50 partes por mil millones , o ppb) de arsénico fue establecido originalmente en los Estados Unidos por el Servicio de Salud Pública en 1942. Después de la aprobación de la Ley de Agua Potable Segura de 1974 (SDWA) , la Agencia de Protección Ambiental (EPA) recibió el poder de establecer los niveles máximos de contención (MCL) de contaminantes en los suministros públicos de agua. En 1996, el Congreso enmendó la SDWA y creó un Fondo Rotatorio Estatal de Agua Potable para proporcionar préstamos para mejoras en el suministro de agua, lo que aumentó el poder de la EPA para establecer mandatos. Esta enmienda creó la "regla de costos y beneficios" para determinar si el costo de implementar nuevos MCL supera los beneficios para la salud. Para maximizar los costos y beneficios de establecer nuevos MLC, la EPA comenzó a permitir la sustitución de tecnología más asequible que no cumplía completamente con los estándares del MLC porque era más asequible.
La EPA estudió los pros y los contras de reducir el MCL de arsénico durante años a fines de los años ochenta y noventa. No se tomó ninguna medida hasta enero de 2001, cuando la administración Clinton en sus últimas semanas promulgó un nuevo estándar de 0.01 mg / L (10 ppb) para entrar en vigencia en enero de 2006. [23] La administración Bush suspendió la regulación de medianoche , pero después de algunos meses De estudio, la nueva administradora de la EPA, Christine Todd Whitman, aprobó el nuevo estándar de arsénico de 10 ppb y su fecha de vigencia original de enero de 2006. [24] Muchas ubicaciones exceden este límite. [25] Un estudio de Lancet Public Health de 2017 encontró que este cambio de regla condujo a menos muertes por cáncer. [26] [27]
Muchos sistemas públicos de suministro de agua en los Estados Unidos obtuvieron su suministro de agua subterránea que había cumplido con el antiguo estándar de arsénico de 50 ppb, pero excedía el nuevo MCL de 10 ppb. Estos servicios públicos buscaron un suministro alternativo o un método de tratamiento económico para eliminar el arsénico de su agua. En Arizona, se estima que el 35 por ciento de los pozos de suministro de agua no cumplieron con la nueva regulación; en California, el porcentaje fue del 38 por ciento. [28]
El MCL de arsénico adecuado continúa siendo debatido. Algunos han argumentado que el estándar federal de 10 ppb sigue siendo demasiado alto, mientras que otros han argumentado que 10 ppb es innecesariamente estricto. Los estados individuales pueden establecer límites de arsénico más bajos; Nueva Jersey lo ha hecho, fijando un máximo de 0,005 mg / L (5 ppb) de arsénico en el agua potable. [29]
Un estudio de pozos de agua privados en las montañas de los Apalaches encontró que el seis por ciento de los pozos tenían arsénico por encima del MCL estadounidense de 0.010 mg / L. [30]
Estudios de casos e incidentes
Se sabe desde hace mucho tiempo que Fallon, Nevada tiene aguas subterráneas con concentraciones de arsénico relativamente altas (superiores a 0,08 mg / L). [31] Incluso algunas aguas superficiales, como el río Verde en Arizona , a veces superan los 0,01 mg / L de arsénico, especialmente durante los períodos de caudal bajo cuando el caudal del río está dominado por la descarga de agua subterránea. [32]
Un estudio realizado en un área contigua de seis condados del sureste de Michigan investigó la relación entre los niveles moderados de arsénico y 23 resultados de enfermedades. Los resultados de la enfermedad incluyeron varios tipos de cáncer, enfermedades del sistema circulatorio y respiratorio, diabetes mellitus y enfermedades renales y hepáticas. Se observaron tasas elevadas de mortalidad para todas las enfermedades del sistema circulatorio. Los investigadores reconocieron la necesidad de replicar sus hallazgos. [33]
Nepal
Nepal está sujeto a un grave problema de contaminación por arsénico. El problema es más grave en la región de Terai , y el peor se encuentra cerca del distrito de Nawalparasi , donde el 26 por ciento de los pozos poco profundos no cumplieron con el estándar de la OMS de 10 ppb. Un estudio de la Agencia Japonesa de Cooperación Internacional y Medio Ambiente en el Valle de Katmandú mostró que el 72% de los pozos profundos no cumplió con el estándar de la OMS y el 12% no cumplió con el estándar nepalí de 50 ppb.
[34]
Soluciones de purificación de agua
El acceso al agua potable está plagado de desigualdades políticas, socioeconómicas y culturales. En la práctica, muchas estrategias de tratamiento de agua tienden a ser soluciones temporales a un problema mayor, a menudo prolongando los problemas sociales mientras se tratan los científicos. [35] Los estudios científicos han demostrado que es especialmente importante considerar los enfoques interdisciplinarios para la purificación del agua, y las mejoras duraderas implican perspectivas más amplias que los enfoques científicos estrictos. [36]
Tratamiento de agua a pequeña escala
Una revisión de los métodos para eliminar el arsénico del agua subterránea en Pakistán resume los métodos económicos más técnicamente viables. [37] La mayoría de los tratamientos a pequeña escala se centran en el agua después de que ha abandonado el sitio de distribución y, por lo tanto, se centran más en soluciones rápidas y temporales.
Una forma más simple y menos costosa de remoción de arsénico se conoce como el filtro de arsénico Sono , que utiliza tres jarras que contienen virutas de hierro fundido y arena en la primera jarra y carbón activado de madera y arena en la segunda. [38] Los cubos de plástico también se pueden utilizar como contenedores de filtro. [39] Se afirma que miles de estos sistemas están en uso y pueden durar años mientras se evita el problema de eliminación de desechos tóxicos inherente a las plantas convencionales de eliminación de arsénico. Aunque es novedoso, este filtro no ha sido certificado por ningún estándar sanitario como NSF, ANSI, WQA y no evita la eliminación de desechos tóxicos similar a cualquier otro proceso de eliminación de hierro.
En los Estados Unidos se han utilizado pequeñas unidades "debajo del fregadero" para eliminar el arsénico del agua potable. Esta opción se denomina tratamiento "en el punto de uso". Los tipos más comunes de tratamiento doméstico utilizan las tecnologías de adsorción (utilizando medios como Bayoxide E33, GFH, alúmina activada o dióxido de titanio) [40] u ósmosis inversa . Se han considerado el intercambio iónico y la alúmina activada, pero no se utilizan habitualmente.
Se ha informado que los filtros a base de paja reducen el contenido de arsénico del agua a 3 μg / L (3 ppb). Esto es especialmente importante en áreas donde el agua potable se proporciona filtrando el agua extraída del acuífero subterráneo . [41]
En la electrocoagulación de hierro (Fe-EC) , el hierro se disuelve sin parar usando electricidad, y los hidróxidos férricos, oxhídróxidos y óxidos resultantes forman un absorbente fácilmente atraído por el arsénico. La densidad de corriente , la cantidad de carga suministrada por litro de agua, del proceso a menudo se manipula para lograr el máximo agotamiento de arsénico. [42] Esta estrategia de tratamiento se ha utilizado principalmente en Bangladesh, [43] y ha demostrado ser un gran éxito. De hecho, el uso de la electrocoagulación con hierro para eliminar el arsénico del agua resultó ser la opción de tratamiento más eficaz. [44]
Tratamiento de agua a gran escala
En algunos lugares, como los Estados Unidos, toda el agua suministrada a las residencias por los servicios públicos debe cumplir con los estándares primarios (basados en la salud) para el agua potable. Las regulaciones pueden requerir sistemas de tratamiento a gran escala para eliminar el arsénico del suministro de agua. La efectividad de cualquier método depende de la composición química de un suministro de agua en particular. La química acuosa del arsénico es compleja y puede afectar la velocidad de eliminación que se puede lograr mediante un proceso en particular.
Algunas grandes empresas de servicios públicos con múltiples pozos de suministro de agua podrían cerrar los pozos con altas concentraciones de arsénico y producir solo a partir de pozos o fuentes de agua superficial que cumplan con el estándar de arsénico. Sin embargo, es posible que otros servicios públicos, especialmente los servicios públicos pequeños con solo unos pocos pozos, no tengan un suministro de agua disponible que cumpla con el estándar de arsénico.
La coagulación / filtración (también conocida como floculación ) elimina el arsénico por coprecipitación y adsorción utilizando coagulantes de hierro. Algunas empresas de servicios públicos ya utilizan la coagulación / filtración con alumbre para eliminar los sólidos en suspensión y se puede ajustar para eliminar el arsénico. [45]
La adsorción de óxido de hierro filtra el agua a través de un medio granular que contiene óxido férrico. El óxido férrico tiene una gran afinidad por adsorber metales disueltos como el arsénico. El medio de óxido de hierro eventualmente se satura y debe reemplazarse. La eliminación de lodos también es un problema aquí.
La alúmina activada es un adsorbente que elimina eficazmente el arsénico. Las columnas de alúmina activada conectadas a pozos tubulares poco profundos en India y Bangladesh han eliminado tanto As (III) como As (V) del agua subterránea durante décadas. El rendimiento de la columna a largo plazo ha sido posible gracias a los esfuerzos de los comités de agua elegidos por la comunidad que recaudan un impuesto local sobre el agua para financiar las operaciones y el mantenimiento. [46] También se ha utilizado para eliminar concentraciones indeseablemente altas de fluoruro .
El intercambio de iones se ha utilizado durante mucho tiempo como unproceso de ablandamiento del agua , aunque generalmente en una sola casa. Las resinas de intercambio aniónico tradicionales son eficaces para eliminar el As (V), pero no el As (III) o el trióxido de arsénico , que no tiene una carga neta. La eliminación eficaz del arsénico por intercambio iónico a largo plazo requiere un operador capacitado para mantener la columna.
Tanto la ósmosis inversa como la electrodiálisis (también llamada inversión de electrodiálisis ) pueden eliminar el arsénico con una carga iónica neta. (Tenga en cuenta que el óxido de arsénico, As 2 O 3 , es una forma común de arsénico en el agua subterránea que es soluble, pero no tiene carga neta). Actualmente, algunas empresas de servicios públicos utilizan uno de estos métodos para reducir el total de sólidos disueltos y, por lo tanto, mejorar el sabor. Un problema con ambos métodos es la producción de aguas residuales de alta salinidad, llamadas salmuera o concentrado, que luego deben eliminarse.
Tecnología de eliminación de arsénico subterráneo (SAR) Tecnología SAR
En la remoción de arsénico subterráneo, el agua subterránea aireada se recarga nuevamente en el acuífero para crear una zona de oxidación que puede atrapar hierro y arsénico en las partículas del suelo a través del proceso de adsorción. La zona de oxidación creada por el agua aireada aumenta la actividad de los microorganismos oxidantes de arsénico que pueden oxidar el arsénico de +3 a +5 estado Tecnología SAR . No se utilizan productos químicos y casi no se producen lodos durante la etapa operativa, ya que los compuestos de hierro y arsénico se vuelven inactivos en el acuífero mismo. De esta forma se evita la eliminación de desechos tóxicos y el riesgo de su futura movilización. Además, tiene una vida operativa muy larga, similar a los pozos tubulares de larga duración que extraen agua de los acuíferos poco profundos.
Seis de estas plantas SAR, financiadas por el Banco Mundial y construidas por Ramakrishna Vivekananda Mission, Barrackpore & Queen's University Belfast, Reino Unido, están operando en Bengala Occidental. Cada planta ha estado entregando más de 3.000 litros de agua sin arsénico y sin hierro diariamente a la comunidad rural. La primera planta de tratamiento de agua comunitaria basada en tecnología SAR fue instalada en Kashimpore cerca de Kolkata en 2004 por un equipo de ingenieros europeos e indios dirigidos por Bhaskar Sen Gupta de la Queen's University Belfast para TiPOT. [47] [48] [49] [50]
La tecnología SAR había sido galardonada con el premio Dhirubhai Ambani, 2010 de IChemE Reino Unido por innovación química. Una vez más, SAR fue el ganador del premio St. Andrews por el medio ambiente, 2010 . El Proyecto SAR fue seleccionado por el Blacksmith Institute - Nueva York y Green Cross - Suiza como uno de los "12 casos de limpieza y éxito" en el Informe sobre los peores lugares contaminados del mundo 2009. (Consulte: www.worstpolluted.org ).
Actualmente, se están instalando plantas SAR a gran escala en EE. UU., Malasia, Camboya y Vietnam.
Remediación de arsénico basada en nanotecnología
Los nanomateriales con una energía superficial intrínsecamente alta preparados con ingredientes abundantes de forma natural pueden ser útiles para crear productos ecológicos. Usando nanomateriales, es posible destruir eficazmente microorganismos, adsorber arsénico y fluoruro, remover metales pesados y degradar pesticidas que generalmente se encuentran en el agua. [51] [52] Los investigadores han estudiado nuevos métodos para sintetizar composiciones de óxido / hidróxido / oxihidróxido de hierro en el laboratorio y los han utilizado para la purificación del agua. Un producto apropiadamente titulado, AMRIT, [53] que significa elixir en idiomas indios, desarrollado por el Instituto Indio de Tecnología de Madrás, es una tecnología de purificación de agua asequible basada en materiales avanzados, que ha sido validada a través de artículos de investigación [54] [55] y patentes [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] y ha sido aprobado para su implementación nacional en la India. La tecnología puede eliminar varios aniones, especialmente arseniato y arsenito (dos especies comunes presentes en agua contaminada con arsénico) y fluoruro del agua. Actualmente, esta tecnología está suministrando agua sin arsénico a aproximadamente 10,00,000 personas todos los días. [66] AMRIT utiliza un adsorbente basado en un método simple para mantener la fase de ferrihidrita de 2 líneas metaestable (denominada CM2LF) a temperatura ambiente, confinándola en jaulas biopoliméricas. [55] Puede manejar concentraciones de arsénico y hierro coloidal que alcanzan hasta 100-800 µg / L y 50 mg / L, respectivamente y lleva la concentración de salida por debajo del límite permitido establecido por la EPA de 10 µg / L y 200 µg / L. , respectivamente. La capacidad de adsorción de arsénico del compuesto es de 1,4 a 7,6 veces mejor que las composiciones disponibles, en condiciones de campo. Se han probado cientos de unidades en el cinturón de arsénico de la India que están funcionando continuamente en el campo durante varios años. [67] Se han implementado unidades completas de purificación de agua en varias capacidades que van desde decenas de litros a millones de litros. AMRIT se ha aplicado en diversas formas de depuradores de agua comunitarios, que son fáciles de usar, tienen un bajo costo de mantenimiento y no generan lodos. Puede funcionar a velocidades de flujo de 300 LPH (litros por hora) a 100,000 LPH. El costo del agua limpia con esta tecnología en las áreas afectadas por el arsénico es de menos de 2.5 paisa ($ 0.0006) por litro, que incluye el costo del operador que opera la planta, los consumibles necesarios y la electricidad utilizada para el bombeo y la distribución. No se necesita electricidad para la filtración. Se puede implementar en cualquier nivel (doméstico, comunitario o municipal) en cualquier parte del mundo y se puede integrar fácilmente con otras tecnologías.
Las propiedades de adsorción de CM2LF y su mecanismo de absorción se han investigado a fondo. [68] Se ha informado de investigaciones posteriores sobre cómo hacer que esta tecnología sea más ecológica con una mayor mejora en la capacidad de eliminación y la inclusión de métricas de sostenibilidad en la fabricación y operación. [69] En su totalidad, AMRIT proporciona una solución convincente para lograr el objetivo de desarrollo del milenio de las Naciones Unidas de acceso sostenible al agua potable.
La ingesta dietética
Investigadores de Bangladesh y el Reino Unido han afirmado que la ingesta dietética de arsénico agrega una cantidad significativa a la ingesta total donde se usa agua contaminada para riego. [70] [71] [72]
Ver también
- Envenenamiento por arsénico
- Desafío de Grainger
- Metal pesado tóxico
Referencias
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enlaces externos
- ATSDR - Estudios de caso en medicina ambiental: toxicidad por arsénico
- Arsénico en las aguas subterráneas IGRAC International Groundwater Resources Assessment Center
- Arsénico en las aguas subterráneas: un problema mundial - publicación de la IAH, Capítulo Nacional de los Países Bajos, 2008
- SOS-Arsenic.net - sitio de información y sensibilización, centrado en Bangladesh.
- Contaminación del agua potable por arsénico en Bangladesh: una emergencia de salud pública - en SOS-Arsenic.net
- Tecnología de tratamiento de arsénico subterráneo en Bengala Occidental
- 12 casos de limpieza y éxito
- www.wbphed.gov.in - Escenario de arsénico en Bengala Occidental
- Muerte por beber en aguas subterráneas: la contaminación por arsénico como una amenaza para la seguridad del agua en Bangladesh , documento ocasional de ACDIS por Mustafa Moinuddin
- Premio St Andrews de Medio Ambiente 2010