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Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.17 n.3 La Serena  2006

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642006000300002 

 

Información Tecnológica-Vol. 17 N°3-2006, pág.: 3-8

MEDIO AMBIENTE

Evaluación de los Niveles de Hierro y Arsénico en Aguas Naturales Subterráneas de la Región Centro-Oeste de la Provincia del Chaco - Argentina

Evaluation of Iron and Arsenic Levels in Natural Groundwater of the Central-west Region of the Provinceof Chaco - Argentina

Patricia S. Blanes (1) y María C. Giménez (2)
Facultad de Agroindustrias. Universidad Nacional del Nordeste, (1) Secretaría General de Ciencia y Técnica, (2) Catedrática de Química Analítica I,
Comandante Fernández 755 (3700), Presidencia Roque Sáenz Peña, Chaco-Argentina (e-mail: patriciablanes@hotmail.com)


Resumen

Se analizó el contenido de hierro y arsénico en 56 muestras de aguas subterráneas de la región centro-oeste de la provincia del Chaco en Argentina. Para el análisis se aplicaron métodos colorimétricos y detección UV-Vis. El estudio muestra que el valor medio de hierro es de 0.44 mg.L-1 en un intervalo comprendido entre 0,02 y 1.62 mg.L-1. El 37.5% de las muestras supera los 0.30 mg.L-1 de hierro total recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Código Alimentario Argentino (CAA). Se halló una concentración media de arsénico de 0.05 mg.L-1 en un amplio intervalo de variación que alcanzó un valor máximo de 0.25 mg.L-1. La moderada correlación positiva entre los metales podría indicar que la concentración de arsénico en los pozos está regulada por fenómenos adsorción-desorción sobre los óxidos y oxi-hidróxidos de hierro, responsables de la solubilización o retención del arsénico.

Palabras claves: arsénico, hierro, aguas subterráneas, adsorción-desorción, análisis químico


Abstract

Analysis of the iron and arsenic content of 56 samples of underground water of the west-central region ChacoProvince in Argentina. were carried out. Analysis was done using colorimetric methods and UV-Vis detection. The study gave mean values for iron of 0.44 mg.L-1 with a range between 0.02 and 1.62 mg.L-1; 37.5% of the samples were above 0.30 mg.L-1 which is the upper limit for iron recommended by the World Organization of the Health (WHO) and the Argentine Food Code (CAA). The average concentration of arsenic found was 0.05 mg.L-1 with a wide range in variation reaching a maximum of 0.25 mg.L-1. The moderate positive correlation among the metals could indicate that the concentration of arsenic in the wells is regulated by adsorption-desorption phenomena of oxides and oxi-hydroxides of iron, responsible for the solubilization or retention of arsenic.

Keywords: arsenic, iron, underground waters, adsorption-desorption, chemical analysis


INTRODUCCIÓN

La provincia del Chaco, al noreste de la República Argentina, forma parte de la llanura Chaco-Pampeana, la región geográfica más extensa y de mayor población en la Argentina, donde amplias áreas solo disponen de agua con elevada salinidad o dureza que limitan su utilización. A estos problemas se suman elevados niveles de oligoelementos que la hacen tóxica para el consumo humano (Nicolli et al., 2001).

La región centro-oeste de la provincia del Chaco está desprovista de cursos superficiales permanentes y posee un clima semidesértico que hace del agua un bien preciado. Las perforaciones, pozos, represas naturales y artificiales, son fuente de provisión de agua para más del 60% de la población del interior de la provincia, aspecto que plantea un serio problema, pues estudios realizados en aguas subterráneas del Chaco revelan que el nivel de arsénico supera holgadamente el valor guía para aguas de bebida establecido por la OMS en 0,01 mg.L-1 y aún el sugerido por el Código Alimentario Argentino (CAA, 1994) en 0,05 mg.L-1 (Giménez et al., 2000; Blanes y Giménez, 2004).

En toda la zona de la llanura Chaco-Pampeana, diversos autores han adjudicado el origen del arsénico en el agua subterránea a la presencia de vidrio y ceniza volcánica dispersa en los sedimentos loéssicos de la región (Herrera et al., 1999; Smedley et al., 2001; Bundschuh et al., 2004).

Una de las teorías para explicar la presencia de arsénico en aguas naturales considera que el arsénico presente en el agua es el que se libera de los óxidos de hierro cuando las condiciones del medio son reductoras. El proceso empieza con el consumo de oxígeno y el aumento de CO2 disuelto procedente de la descomposición de la materia orgánica. Después, los nitratos se reducen a nitritos. Los hidróxidos de hierro se solubilizan como Fe2+. Los sulfatos se reducen a sulfuros que al reaccionar con el hierro disponible forman FeS y pirita (FeS2). La reducción del As(V) se supone que tiene lugar después de la reducción del hierro, pero antes de la formación de sulfuros. Cuando los hidróxidos de hierro se solubilizan, el nivel de este elemento en agua aumenta drásticamente (desde niveles inferiores a 0,10 mg.L-1 hasta 30 mg.L-1). Este aumento, según la teoría expuesta, debería estar acompañado de valores altos en la concentración de arsénico (Calvo-Revuelta et al., 2003).

Por lo antes expuesto, el trabajo que aquí se presenta tuvo como objetivos determinar las concentraciones de hierro y arsénico presentes en aguas naturales subterráneas de la región centro-oeste de la provincia del Chaco empleadas para consumo humano y del ganado, así como, evaluar la correlación entre las concentraciones de dichos metales.

De las variadas metodologías que existen para determinar metales, se ha optado por la espectrofotometría UV-Vis, por su fácil aplicación, su bajo costo, su elevada sensibilidad y la posibilidad de ser aplicada en cualquier laboratorio de mediana complejidad.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

El área de estudio comprende parte de la dorsal agrícola central de la provincia del Chaco, abarcando las cuencas hidrográficas: Negro-Salado, Tapenagá, y Línea Paraná (APA, 2004). En sus cuencas altas, presentan como característica más significativa la ausencia de cursos fluviales actuales o de redes permanentes, actuando como cuencas de aporte subterráneo localizado y estacional o esporádicamente transicional durante el período de grandes lluvias (Popolizio et al., 1980).

El dorso central constituye un relieve estructural suavizado por la erosión, casi plano, sin valles fluviales y con pendiente hacia el SE. Topográficamente, se destaca como un dorso muy poco elevado con respecto a las áreas vecinas. Presenta un modelo poligenético relicto de una gran superficie de sedimentación mostrando dos paleomodelos superpuestos: uno eólico y otro fluvial, formados por sedimentos loéssicos terciarios y cuaternarios que alojan oligoelementos (Popolizio et al., 1980).

La zona de estudio se encuentra situada en una región climática subtropical intermedia, entre marítima subhúmeda y continental, que se caracteriza por un clima cálido con una marcada estación seca invernal. Las precipitaciones alcanzan un promedio anual de 976 mm. Las temperaturas son elevadas, con una media anual de 21°C, máxima de 43,5°C y mínima de 0°C (INTA, 1998). El clima posibilita el desarrollo de una cobertura vegetal boscosa y una agricultura de secano en suelos de desmonte o en abras naturales; siendo en este momento la soja el cultivo más importante en la región.

La zona descripta abarca una superficie aproximada de 50.534 Km2 que cubre los departamentos Comandante Fernández, Independencia, Quitilipi y parte de los departamentos Almirante Brown, Maipú y General Güemes (Fig. 1). La ciudad más importante es Presidencia Roque Sáenz Peña (lat. 26º52’ S; long. 60º27’ O) situada a una altura de 90 m (s.n.m.).

Muestreo y acondicionamiento de muestras

Durante febrero y mayo de 2004, se recolectaron 56 muestras de aguas subterráneas de pozos y perforaciones que son empleadas para consumo humano y de ganado, midiéndose “in situ” pH con electrodos de campo.

Las muestras se filtraron y almacenaron en envases plásticos previamente lavados con solución nítrica al 30% (v/v) durante 24 horas y luego enjuagados con agua bi-destilada. Se preservaron acidificadas a pH < 2 por adición de HNO3 para determinación de hierro y HCl para determinación de arsénico. Se conservaron a 4 ºC hasta su análisis.

Fig. 1: Ubicación de la zona de muestreo

Reactivos e instrumentación

Todos los reactivos empleados fueron grado reactivo analítico y se usó agua bi-destilada para la preparación de patrones, estándares y reactivos. Las soluciones empleadas fueron las siguientes: Soluciones stock de 1000 mg.L-1 de Fe (Fixanal, Riedelde Häen, Germany) y 1000 mg.L-1 de As (Fixanal, Riedel de Häen, Germany). Ácido clorhídrico (HCl). Ácido nítrico (HNO3). Solución de 1,10-fenantrolina (C12H8N2.H2O) 1% (p/v). Solución de clorhidrato de hidroxilamina (NH2OHHCl) 10% (p/v). Solución buffer acetato de amonio (NH4C2H3O2) 25% (p/v). Solución de yoduro de potasio (KI) 15% (p/v). Solución de Dietilditiocarbamato de plata (C5H10AgNS2) preparado por disolución de 0.001 gr. de clorhidrato de efedrina en 40 mL de NaOH 0,5N, se extrae la efedrina con 200 mL de cloroformo y se disuelven 0,0125 gr. de C5H10AgNS2, en dicha solución. Solución de acetato de plomo (PbC2O2H4) 10% (p/v). Solución de sulfato de cobre (CuSO4.5H2O) 0,5% (p/v). Solución de cloruro estannoso (SnCl2) 40% (p/v). Zinc granular 20 Mesh.

El material volumétrico fue calibrado y de uso exclusivo para estos procedimientos. Fue lavado y sumergido durante 24 hs. en HNO3 al 30% (v/v) y enjuagado varias veces con agua destilada.

Para el análisis de arsénico se utilizó como generador de arsina un aparato comercial marca IVA, que consta de un erlenmeyer de 100 ml (cat. 5251/4), una pieza intermedia (cat. 5251/3), un tubo de absorción en U (cat. 5251/2).

Las mediciones se realizaron con un espectrofotómetro Metrolab UV-Vis modelo 1700 operando a una longitud de onda de 515 nm para análisis de arsénico y a 510 nm para análisis de hierro. En ambos casos, se usaron celdas de cuarzo de 1 cm de camino óptico.

Metodología analítica

Para la determinación de hierro se seleccionó el método 3500-Fe descrito en APHA, AWWA, WFF, (1992), el cual se basa en la reducción de hierro al estado Fe+2 por ebullición con ácido clorhídrico y clorhidrato de hidroxilamina. El Fe+2 reacciona con una solución de 1,10-fenantrolina a pH 3 dando un complejo que obedece a la ley de Beer.

La técnica de análisis empleada para la determinación de As se fundamenta en la reducción del arsénico a arsina utilizando zinc en solución ácida. La arsina absorbida por la solución de dietilditiocarbamato de plata produce un complejo rojo vino que se lee a 515 nm. (Vasak y Sedivek, 1952; APHA, AWWA, MPCF, 1979, y modificada por Giménez et al.; 2000). Las validaciones de los métodos se realizaron por triplicado mediante curvas de adiciones estándares. Los resultados obtenidos se evaluaron aplicando el software estadístico Statgraphics Plus Profesional 5.0.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los datos obtenidos de la validación de los métodos para determinación de Fe y As en aguas naturales, revelan que los resultados experimentales se ajustan a un modelo lineal para un nivel de confianza del 99%. La Tabla 1 muestra los parámetros considerados.

Tabla 1: Parámetros estadísticos de validación para
análisis de hierro y arsénico

Parámetros

Hierro

Arsénico

Coef. de Correlación (r)

0.998

0.995

Intersección

0.001

0.018

Lím. cuantificación (mg.L-1)a

0.048

0.007

Lím. de detección (mg.L-1)b

0.018

0.003

Pendiente (mg.L-1)

0.154

1.127

Precisión R.S.D. (%)

3.561c

1.557d

Intervalo Lineal (mg.L-1)

0.1-2.0

0.01-0.2

Regresión (R2)

0.997

0.990

a10s/pendiente. b3s/pendiente.(n=10). cDefinido sobre la desviación estándar de 6 réplicas de 1 mg.L-1. dDefinido sobre la desviación estándar de 6 réplicas de 0,2 mg.L-1

El contenido de hierro promedio encontrado en aguas subterráneas fue 0,44 mg.L-1, en un intervalo de variación comprendido entre 0,02 y 1,62 mg.L-1. El 37,5% (21/56) de las muestras exhibe niveles de hierro por encima de 0,30 mg.L-1, valor guía permitido por la OMS y por el CAA. La Figura 2 muestra la frecuencia de distribución de Fe en las aguas analizadas.

La concentración media de arsénico hallada fue 0,05 mg.L-1, en un amplio intervalo de variación que alcanza valores máximos de 0,25 mg.L-1 superando 25 veces el valor límite establecido por la OMS en 0,01 mg.L-1. El 80,3% (45/56) de las muestras sobrepasan dicho nivel mientras que el 34% (19/56) supera los 0,05 mg.L-1 sugeridos por el CAA (Fig. 3). Las concentraciones de hierro y arsénico encontradas en aguas subterráneas del centro-oeste chaqueño se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2: Fe y As en aguas subterráneas de la provincia del Chaco

Deptos

[Fe] mg.L-1

[As] mg.L-1

Máx

Min

Med

Máx

Min

Med

Alte. Brown

1.62

<LC*

0.44

0.25

0.01

0.07

n = 15

Cdte.Fernández

0.53

<LC*

0.23

0.21

<LC*

0.05

n = 25

Gral. Güemes

0.89

0.10

0.39

0.07

0.01

0.03

n = 3

Independencia

0.69

0.38

0.51

0.09

0.03

0.05

n = 4

Quitilipi

0.61

0.06

0.33

0.09

<LC*

0.04

n = 5

Maipú

0.23

<LC*

0.10

0.04

0.02

0.03

n = 4

<LC*: menor al límite de cuantificación
n: número de muestras tomadas


Fig. 2: Frecuencia de distribución de hierro en aguas del centro-oeste chaqueño


 Fig. 3: Frecuencia de distribución de arsénico en aguas del centro-oeste chaqueño

 En ambos casos, los contenidos más altos se registraron en el departamento Almirante Brown que limita hacia el oeste con la provincia de Santiago del Estero donde se detectaron casos de hidroarsenisismo desde el año 1983 (Herrera et al., 1999). La profundidad de los pozos varió entre 4 y 75m, con una media de 20 m. No se ha encontrado correlación positiva entre éste parámetro y la concentración de As (R2 = 0,007, n = 33). Puede visualizarse en la Figura 4, que los niveles de arsénico más altos, se registraron a los 20 y 32 m.

Fig. 4: Concentración de As en agua vs. profundidad de pozos

El pH de las muestras analizadas presentó valores comprendidos entre 6,8 y 9,1 con un valor medio de 7,6. A valores de pH típicos de aguas subterráneas (6,5 – 8,5), se ha podido comprobar que por su alta capacidad de sorción, los óxidos y oxi-hidróxidos de hierro pueden retener As y otros oligoelementos asociados restringiendo su movilidad en las aguas subterráneas y regulando, en consecuencia, su distribución en los acuíferos (Nicolli et al., 2001; Calvo-Revuelta et al., 2003; Bundschuh et al., 2004). Sin embargo, bajo condiciones oxidantes y altos valores de pH (8,5 – 9,5), el As es menos retenido sobre la superficie de óxidos y oxi-hidróxidos de hierro que a pH bajos (Smedley y Kinniburgh, 2001; Nicolli et al., 2001).

Se ha estudiado la dependencia entre las concentraciones Fe y As en las 56 muestras de agua; observándose en la Figura 5 una moderada correlación positiva entre los metales (R2 = 0,46, p-valor < 0,05). Esto hace suponer que la concentración de arsénico en el medio estaría regulada por procesos de adsorción-desorción sobre los óxidos y oxi-hidróxidos de hierro responsables de la solubilización o retención del arsénico.

Fig. 5: Concentración de As en agua vs. concentración de Fe

A valores altos de pH, pueden ocurrir fenómenos de desorción que liberarían el arsénico aumentando de esta manera su contenido en las aguas de niveles someros. En estas condiciones, el hierro se encontraría precipitado, siendo muy baja su proporción en la disolución. Ésta podría ser una de las posibles explicaciones de la moderada correlación encontrada entre ambos elementos.

CONCLUSIONES

De los resultados mostrados, de su análisis y discusión se puede concluir que los niveles de Fe y As en aguas subterráneas del centro-oeste chaqueño presentan un amplio intervalo de variación, pero en general son altos, destacándose el As, cuya media es 5 veces mayor al límite establecido por la OMS para aguas de bebida (0,01 mg.L-1). El 80,3% de las muestras sobrepasan dicho nivel, mientras que el 34%, supera los 0,05 mg.L-1 sugeridos por el CAA. El estudio mostró que el valor medio de hierro hallado fue de 0,44 mg.L-1; superando, el 37,5% de las muestras, los 0,30 mg.L-1 de hierro total recomendados por la OMS y el CAA.

Los niveles de As no varían con la profundidad de los pozos estudiados, aunque las mayores concentraciones se encontraron a niveles próximos a los 20 y 30 m.  No se puede afirmar con certeza que un aumento en la concentración de hierro esté acompañado de valores altos en la concentración de arsénico, puesto que existe una moderada correlación positiva entre ellos en las aguas analizadas (R2 = 0,46, p-valor < 0,05). Además, las condiciones de pH de las muestras, indican que el nivel de As podría estar regulado por reacciones de equilibrio entre As en disolución y As fuertemente adsorbido. Esto hace suponer que su concentración en el medio estaría gobernada por procesos de adsorción-desorción sobre los óxidos y oxi-hidróxidos de hierro responsables de la solubilización o retención del arsénico.

Los datos aquí presentados corresponden a un estudio previo, siendo necesario continuar con la sistemática de muestreo para conocer la evolución a largo plazo de los niveles de hierro y arsénico, incluyendo el estudio de otros parámetros con el fin de obtener mayor información sobre su origen y distribución.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido financiado por la A. P. C . y T. (PICT: 13-05328) y la Secretaría General de Ciencia y Técnica de la Universidad Nacional del Nordeste, Argentina.

REFERENCIAS

APA, Adm. Provincial del Agua. Informe Final: Zonificación de Riesgo Hídrico Agropecuario, 1ra Etapa: Sudoeste de la Provincia del Chaco, (en línea), 2004, (consulta: Diciembre 28, 2005), acceso libre:http://www.chaco.gov. ar /apa/institucional/eb/zonificacion.htm        [ Links ]

APHA, AWWA, MPCF, Standard Methods for the Examinations of Water and Wastewater. Método para la Determinación de Arsénico por Espectrofotometría Visible del Complejo Formado entre Arsina y AgDDTC, 4, 63-64, American Public Health Association, Washington DC, USA (1979).        [ Links ]

APHA, AWWA, WFF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 3500-Fe D. Método de la Fenantrolina, 18º edición, 3, 66-68, American Public Health Association, Washington DC, USA (1992).        [ Links ]

Blanes P. y M. Jiménez, Evaluación de los niveles de hierro y arsénico en aguas subterráneas del centro chaqueño, XXV Congreso Argentino de Química, Sección 1, 89-92, Olavarría, Argentina, Sep. (2004).        [ Links ]

Bundschuh J., B. Farias, y otros seis autores, Groundwater Arsenic in the Chaco-Pampean Plain, Argentina: Case Study from Robles County, Santiago del Estero Province, Applied Geochemistry, 19(2), 231-243(2004).        [ Links ]

Calvo-Revuelta C.; J. Álvarez-Benedí; M. Andrade-Benítez; P. Marinero-Diez y S. Bolado-Rodríguez, Contaminación con Arsénico en Aguas Subterráneas en la Provincia de Valladolid: Variaciones Estacionales, Estudio de la Zona No Saturada del Suelo, VI, 91-98 (2003).        [ Links ]

CCA, Código Alimentario Argentino, Art. 982 Res. MS y AS Nº 494. Ley 18.284. Dec. Reglamentario 2126, Cap. XII, 1, Buenos Aires, Argentina (1994).         [ Links ]

Giménez M., M. Benítez, R. Osicka y M. Castro, Determinación de Arsénico Total en Aguas Subterráneas del Departamento Comandante Fernández (Chaco, Argentina), Inf. Tecnol., 11(2), 19-22(2000).        [ Links ]

Herrera H., B. Farias, y otros cuatro autores, Origen y Dinámica del Arsénico en el Agua Subterránea del Departamento Robles-Santiago del Estero, II Congreso Argentino de Hidrogeología, Serie Correlación Geológica 13, 263-272, Santa Fe, Argentina (1999).         [ Links ]

INTA – MAG, Los Suelos del Departamento Comandante Fernández, Chaco, Carta de Suelos de la Provincia del Chaco, Argentina (1980).        [ Links ]

Nicolli H., A. Tineo, C. Falcón y M. Merino, Movilidad del Arsénico y de Otros Oligoelementos Asociados en Aguas Subterráneas de la Cuenca de Burruyacú, Tucumán-Argentina, Las Caras del Agua Subterránea, 27-33, Barcelona, España, Sep. (2001).        [ Links ]

Popolizio E., P. Serra y G. Hortt. Domo Central de la Provincia del Chaco con Bosques y Sabanas Secos - Unidad 1.3.2, Centro de Geociencias Aplicadas: Investigación, 3(2), 39-75(1980).        [ Links ]

Smedley P. y D. Kinniburgh. A Review of the Source, Behavior and Distribution of Arsenic in Natural Waters, Applied Geochemistry, 17(1), 517-568(2001).        [ Links ]

Smedley P., H. Nicolli, D. Macdonald, A. Barros y J. Tullio, Hydrochemistry of Arsenic and Other Inorganic Constituents in Groundwaters from La Pampa, Argentina, Applied Geochemistry, 17, 259-284(2001).        [ Links ]

Vasak V. y V. Sedivek. The Colorimetric Determination of Arsenic, Chem. Listy, 46, 341-344 (1952)        [ Links ]

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