MEMORIAS PROCEEDINGS

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1 MEMORIAS PROCEEDINGS

2 CUARTO CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIAS, ARTES, TECNOLOGÍA Y HUMANIDADES FOURTH INTERNATIONAL CONGRESS OF SCIENCES, ARTS, TECHNOLOGY, AND HUMANITIES ISBN ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS, ARTES, TECNOLOGÍA Y HUMANIDADES GOBIERNO CONSTITUCIONAL DEL ESTADO DE QUERÉTARO Responsables de la edición / Editorial Responsible People Mrs. Prof. Dr.-Ing. / Profa. Dra. en Ing. María del Carmen Durán-de-Bazúa Mr. Prof. Ing. / Prof. Ing. Javier Jiménez-Espriú Comité de apoyo / Supporting Committee M.en C., Q.A. Rolando Salvador García-Gómez Dra. Marisela Bernal-González Ing. Rosalba Juárez Garduño M. en A.I., QFB Landy Irene Ramírez Burgos M. en C. Beatriz Espinosa-Aquino Lic. Alberto Menéndez Guzmán Lic. Jorge Arellano Lic. Gabriel Campos C.P. José Romo-Díaz México D.F., Coatzacoalcos, Veracruz, México 1ª Ed. 500 discos compactos / 1 st Ed. 500 CD La presentación y contenido de los trabajos publicados son responsabilidad única de los autores / Presentation and contents of published papers are the sole responsibility of authors 2

3 CONTENIDO / CONTENTS Autoridades / Authorities 5 Comité organizador / Organizing Committee 7 Agradecimientos / Acknowledgements 11 Presentación / Presentation 13 Programa: Mesas, conferencias magistrales, panelistas-ponentes y trabajos libres / 15 Program: Tables, Key Note Conferences, Panelists-Speakers, and Free Papers Cambio de Consejo Académico de la AMCATH a / 41 Change of AMCATH Academic Council to Resúmenes de las presentaciones / Presentations Abstracts 45 Índice de autores / Authors Index 411 3

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5 Autoridades / Authorities Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro / Constitutional Goverment of the State of Queretaro Lic. José E. Calzada-Rovirosa, Gobernador / Governor A M C A T H Dra. María del Carmen Durán-Domínguez, Presidenta / President Ing. Javier Jiménez-Espriú, Vice-Presidente AMCATH y Presidente del Comité Organizador / AMCATH Vice-President and President of the Organizing Committee Consejo de Honor de la AMCATH / AMCATH Council of Honor Dr. Jesús Kumate-Rodríguez, Presidente / President Dr. Marco Antonio Murray-Lasso, 1er Presidente del Consejo de Honor / First President of the Council of Honor Dr. José Jesús Acosta-Flores, Presidente Fundador de la Academia / AMCATH Founding President Dr. Felipe Lara-Rosano, Segundo Presidente de la Academia / Second AMCATH President Ciudad de Querétaro MVZ Francisco Domínguez-Servién, Presidente Municipal / Querétaro City Mayor 5

6 Academia de Ingeniería, México (Coordinación de Investigación y Desarrollo Tecnológico) Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C., CIDETEQ Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Querétaro, A.C. Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Querétaro Ing. Mauricio Porraz J. L., Coordinador / Coordinator Dr. Luis Arturo Godínez Mora-Tovar, Director General / General Director Ing. Fernando Martínez Osorio, Presidente / President Ing. Ángel Ramírez-Vázquez, Director General / General Director Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología Dr. José Enrique Villa Rivera, Director General / General Director Instituto Mexicano del Transporte, Secretaría Ing. Roberto Aguerrebere-Salido, Director de Comunicaciones y Transportes, Poder General / General Director Ejecutivo Federal Universidad Autónoma de Querétaro M. en A. Raúl Iturralde-Olvera, Rector Universidad Nacional Autónoma de México (Campus Juriquilla y Laboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental de la Facultad de Química) Universidad Tecnológica de Querétaro Dr. José Narro-Robles, Rector Dr. Ramiro Pérez-Campos, Juriquilla Dra. María del Carmen Durán Domínguez de Bazúa M. en C. Salvador Lecona-Uribe, Rector 6

7 Comité Organizador / Organizing Committee AMCATH Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro Ing. Javier Jiménez-Espriú, Presidente del Comité Organizador y Vice-Presidente de la AMCATH / President of the Organizing Committee and AMCATHVice-President Lic. José E. Calzada-Rovirosa, Gobernador y Presidente Honorario del Comité Organizador / Governor and Honorary President of the Organizing Committee Ing. Tonatiuh Salinas Muñoz, Secretario de Desarrollo Sustentable / Secretary, Sustainable Development Secretary Academia de Ingeniería, México Coordinación de Investigación y Desarrollo Tecnológico Dra. María del Carmen Durán-de-Bazúa, Secretaria de la Coordinación / Secretary of the Coordination AMCATH Dr. José Jesús Acosta-Flores, Presidente Fundador / Founding President Dr. Marco Antonio Murray-Lasso, Presidente Fundador del Consejo de Honor / Founding President of the Council of Honor Dr. Jesús Kumate-Rodríguez, Presidente del Consejo de Honor / President of the Council of Honor Lic. C.P. Antonio Luna-Guerra, Tesorero / Treasurer Lic. Alberto Menéndez-Guzmán, Pro-Tesorero / Pro- Treasurer Analista Angelina Arellano-Bermúdez, Presidenta de la Comisión de Eventos Académicos / President of the Commission for Academic Events Ing. Rosalba Juárez-Garduño, Presidenta de la Comisión de Difusión y Divulgación Electrónica y Pro-Secretaria / President of the Commission for 7

8 Divulgation-Dissemination and Diffusion and Pro- Secretary Dra. Marisela Bernal-González, Comité Técnico- Científico / Scientific-Technical Committee M. en C. Rolando Salvador García-Gómez, Comité Técnico-Científico / Scientific-Technical Committee M. en A.I. Landy Irene Ramírez-Burgos, Comité Técnico-Científico / Scientific-Technical Committee M. en C. Beatriz Espinosa-Aquino, Comité Técnico- Científico / Scientific-Technical Committee Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C., CIDETEQ Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Querétaro, A.C. Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Querétaro Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología Instituto Mexicano del Transporte, Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Poder Ejecutivo Federal Lic. Víctor Hugo Rodríguez-Obregón Ing. Alejandro Espriú-Manrique-de-Lara Ing. Fernando Martínez-Osornio Ing. J. Antonio Velázquez-Domínguez Ing. Ángel Trejo-Mohedano Ing. Ángel Ramírez-Vázquez Cinthya Soto Dr. José Enrique Villa-Rivera Ing. Tristán Ruiz-Lang Universidad Autónoma de Querétaro Universidad Nacional Autónoma de México (Campus Juriquilla, Centro de Ciencias Dr. Luis Hernández-Sandoval, Director de Investigación y Posgrado / Director of Research and Graduate Studies Dr. Ramiro Pérez-Campos, Director del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Director del Campus Juriquilla / Director of the Center for Applied 8

9 Aplicadas y Desarrollo Tecnológico y Laboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental de la Facultad de Química) Universidad Tecnológica de Querétaro Physics and Advanced Technology, Director of the Juriquilla Campus Ing. Rosalba Juárez-Garduño, Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico / Center for Applied Sciences and Technological Development Dra. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, Responsable de los Laboratorios / LECEC Responsible Person M. en C. Salvador Lecona-Uribe, Rector Lic. Judith Vidimara Del-Pino-Flores Lic. Salvador Acuña-S. Lic. Luz Elena Narváez Hernández 9

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11 Agradecimientos / Acknowledgements El Comité Organizador agradece al Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro, a través de su Gobernador Constitucional, el Lic. José E. Calzada-Rovirosa, por su valioso y decidido apoyo para la realización de nuestro IV Congreso Internacional en las bellísimas instalaciones del Teatro de la República en la ciudad Patrimonio de la Humanidad, Querétaro de Arteaga También agradece al Ing. Tonatiuh Salinas, Secretario de Desarrollo Sustentable del Gobierno del Estado de Querétaro por su decidido apoyo para el buen desarrollo de este IV Congreso Internacional Los organizadores agradecen al Lic. Esteban Rodríguez-Pizarro del Gobierno del Estado de Querétaro por su apoyo para el buen desarrollo de este IV Congreso Internacional El Comité Organizador agradece a la Rectoría de la Universidad Autónoma de Querétaro, a través del Dr. Luis Hernández, por su valioso y decidido apoyo para la realización de nuestro IV Congreso Internacional, especialmente el uso de sus instalaciones en el Centro Histórico y el apoyo logístico The Organizing Committee acknowledges the Constitutional Government of the State of Queretaro, through its Governor, Mr. Lic. José E. Calzada-Rovirosa, for the valuable support to organize our IV International Congress in the beautiful and solemn installations of the Teatro de la República, in the city of Querétaro de Arteaga, Cultural Patrimony of the Humanity, awarded by UNESCO The Organizing Committee also acknowledges Ing. Tonatiuh Salinas, Secretary of Sustainable Development of the Government of the State of Queretaro for its valuable support for the Congress The organizers also thank Mr. Lic. Esteban Rodríguez-Pizarro of the Government of the State of Queretaro for its valuable support for the Congress The Organizing Committee acknowledges Prof. XXX, Rector of the Universidad Autónoma de Querétaro, through Dr. Luis Hernández, for his valuable and strong support to carry on the activities of the IV International Congress, especially the use of the installations of the University in the Historical Downtown, as well as the logistic support 11

12 Los miembros del Comité Organizador dan su especial reconocimiento a la Orquesta Sinfónica del Estado de Querétaro y, en especial, a su director el Maestro José Guadalupe Flores y especialmente los buenos oficios del colega Coordinador en Querétaro del Comité Organizador, el Ing. Tristán Ruiz Lang, del Instituto Mexicano del Transporte, por el apoyo con el personal del Gobierno del Estado de Querétaro para la participación del C. Gobernador, en el uso del piano para la Mesa I y por el bellísimo concierto del viernes 01 de julio en el Teatro de la República a cargo de la Orquesta Filarmónica del Estado de Querétaro The members of the Organizing Committee give its special recognition to the Symphonic Orchestra of the State of Queretaro, and particularly, to his conductor, Maestro Jose Guadalupe Flores and specially the valuable support of the colleague Ing. Tristán Ruiz Lang, from Instituto Mexicano del Transporte, Coordinator in Querétaro of the Organizing Committee for the support with the personnel of the Government of Queretaro for the participation of the Governor, for the piano facilities for Table I, and for the impressing concert of Friday July 1 in the Teatro de la República with the Philarmonic Orchestra of the State of Queretaro El Comité Organizador del IV Congreso Internacional The Fourth International Congress Organizing Committee 12

13 Presentación / Presentation Ésta es la cuarta ocasión que los académicos de la AMCATH y la sociedad mexicana llevan a cabo este Congreso, cuyo objetivo es el de que se reconozcan y se expandan las facetas del pensamiento humano para el planteamiento de soluciones interdisciplinarias, ante los problemas que enfrenta la sociedad, conjuntando la visión de nuestros académicos y la sociedad mexicana, en este caso representada por la comunidad gubernamental, académica, de investigación y docencia y de los ciudadanos en general del Estado de Querétaro, será determinante en la búsqueda de esas respuestas El primero se realizó del 21 al 23 de marzo de 2006 en Guanajuato, Gto., México, con el decidido apoyo de la Universidad de Guanajuato. En el segundo, realizado en Morelia, Mich., México, también del 21 al 23 de marzo pero de 2007, se tuvo una participación más amplia, que incluyó a académicos e investigadores de todo el mundo y, naturalmente, el valiosísimo apoyo de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo y el CIDEM. En su tercera versión del Congreso se tomó la iniciativa de incluir Mesas Redondas con conferencistas magistrales de las diferentes Comisiones Académicas de la AMCATH así como de la Universidad Veracruzana dirigiendo su temática a la resolución de problemas ingentes de México This is the fourth time that the AMCATH academic members and the Mexican society have organized this Congress, with the objective of acknowledging and expanding the human thinking different aspects for the finding of interdisciplinary solutions to the problems that our society confront, joining the vision of the AMCATH members and the Mexican society, in this ocassion represented by the community of the State of Querétaro government, academic community, research and teaching community, and the citizens, that will be very important for the finding of these answers The first one was carried out in March 21-23, 2006, in Guanajuato, Gto., Mexico, with the strong support of the University of Guanajuato. In the second one, performed in Morelia, Mich., Mexico, also in March but in the year 2007, there was a wider participation, including researchers from all over the world, and naturally, the extremely valuable support of the Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo and the CIDEM. In the third version of the Congress, an initiative of including Round Tables with key note speakers from the different AMCATH Academic Commissions as well as from the Universidad Veracruzana directing the subjects towards the solution of ingent problems of Mexico was taken 13

14 En este IV Congreso Internacional tuvimos la oportunidad de incidir en el tema del agua como elemento de vida y de calidad de vida, importantísimo no solamente para el estado de Querétaro sino para todo México y para el mundo, ya que sin este preciado bien de la naturaleza no sería posible la vida Las contribuciones para las cuatro Mesas están presentadas en estas memorias, ya sea en forma de resúmenes in extenso o de resúmenes cortos y algunas se presentan de manera bilingüe, español-inglés, o en uno de los dos idiomas, dependiendo de los autores Finalmente, manteniendo la misión de nuestra Academia que busca hermanar las tareas de colegas en todos los confines de nuestro Planeta Tierra, para buscar una mejor calidad de vida para todos los que la habitamos, esperamos que su asistencia y participación a este IV Congreso Internacional les haya permitido estrechar vínculos con colegas y restableciendo o creando amistades académicas valiosas y, al mismo tiempo, ver cristalizados sus esfuerzos en pro de nuestros compatriotas y de toda la humanidad In this IV Congress we had the opportunity to address the subject of water and its essential role in the quality of life, a touching issue not only for the State of Queretaro, but for Mexico and for the whole world, since without this precious gift of Nature, life would not be possible The contributions for the four Tables are presented in these proceedings either in the form of in extenso abstracts or in short abstracts, and some of them are presented in a bilingual form (Spanish-English), or only in one of them, depending upon the authors Finally, maintaining the mission of our Academy, one of the objectives of this Congress was to keep fraternal links among the colleagues in all countries of our Planet Earth, to look for better quality life for all creatures living in it, we hope that your attendance and participation in this IV International Congress permitted all of you to strengthen your relationships either with former colleagues or creating new academic friendships, and at the same time, looking for better conditions for Mexican and the mankind Ciudad de Querétaro / Queretaro City, Junio / June, 2011 Profa. Dra. en Ing. Carmen Durán- Domínguez-de-Bazúa Prof. Ing. Javier Jiménez Espriú Comité Organizador del IV Congreso Internacional / Organizing Committee, Fourth International Congress 14

15 P R O G R A M A / P R O G R A M We/Mi. 29/Jun/ :00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 Registro al Congreso / Congress Registration Teatro de la República. Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro Ceremonia de inauguración / Opening Ceremony Cambio de Consejo Académico de la AMCATH a / Change of AMCATH Academic Council to Conferencia inaugural / Opening Key Note Conference Lic. José E. Calzada Rovirosa, Gobernador Constitucional del Estado de Querétaro / Governor of the State of Queretaro, Mexico Pág./ Page :00-15:00 Receso para comida / Lunch break 15:00-17:00 Mesa I / Table I. EL AGUA Y LAS ARTES / WATER AND THE ARTS Moderadora / Moderator: Profa. Dra. María del Carmen Durán-Domínguez-de- Bazúa, Presidenta AMCATH , Comisión de Química / AMCATH President , Commission for Chemistry 15:00-15:15 Presentación de los conferenciantes y ponentes de la Mesa I por la moderadora / Presentation of Table I Key Speakers and Panelists-Speakers by the Moderator 47 El agua, motivo de expresiones artísticas maravillosas / Water, a source of marvelous artistic expressions 15

16 We/Mi. 29/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 15:15-16:00 A-A CM-1 55 Maestro Leonardo Nierman Artista, escultor / Artist, sculptor El agua, fuente inspiradora de las artes / Water, inspirational source for the arts 16:00-16:45 A-A CM-2 57 Maestro Sergio Vela Vice-Presidente de la AMCATH , Comisión de Desarrollo Integral / AMCATH Vice-President , Commission for Global Development El agua y la música,...y el viento de Dios flotaba sobre las aguas / Water and the music, and the Wind of God moved upon the face of the waters P R O G R A M A / P R O G R A M 16:45-17:30 Mesa IV / Table IV. EL AGUA Y LAS HUMANIDADES / WATER AND THE HUMANITIES Moderador / Moderator: Ing. Javier Jiménez-Espriú Presidente Congreso y AMCATH , Comisión de Ingeniería / Congress President and AMCATH President , Commission for Engineering 16:45-17:30 A-H CM Dr. Hugo Gutiérrez-Vega Director de La Jornada Semanal / Director of the Weekly Issue of La Jornada Mexican newspaper El agua y la poesía / Water and poetry 16

17 We/Mi. 29/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 17:30-18:00 Mesa I / Table I. EL AGUA Y LAS ARTES / WATER AND THE ARTS Moderadora / Moderator: Profa. Dra. María del Carmen Durán-Domínguez-de- Bazúa, Presidenta AMCATH , Comisión de Química / AMCATH President , Commission for Chemistry 17:30-17:45 A-A P-1 59 Maestra Glenda Hecksher-Ramsden AMCATH, Secretaria del Comité de Artes, Comisión de Artes Plásticas / AMCATH, Secretary of the Committee for Arts, Commission for Plastic Arts Agua: Creatividad y vida / Water: Creativity and Life 17:45-18:00 A-A P-2 63 Maestro Miguel Zenker-y-Hackett AMCATH, Presidente del Comité de Artes, Comissión de Música / AMCATH, President of the Committee for Arts, Commission for Music El agua antes, durante y después de la construcción de instrumentos musicales / Water, before, during, and after the construction of musical instruments TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 18:00-19:30 Mesa I / Table I. EL AGUA Y LAS ARTES / Water and the Arts 67 Moderador / Moderator: Ing. Rosalba Juárez-Garduño AMCATH, Presidenta de la Comisión de Difusión y Dulvulgación Electrónicas, Secretaria , Comisión de Ingeniería / AMCATH, President of the Commission for Electronic Dissemination and Divulgation, Secretary , Commission for Enigneering 17

18 We/Mi. 29/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 18:00-18:10 Presentación de los trabajos libres de la Mesa I por la moderadora / Presentation of Table I Free Papers by the Moderator Fuentes brotantes, una expresión del arte con agua / Spring fountains, an expression of art with water 18:10-18:20 A-A TL-1 70 Maestra Artemisa Margarita Reyes-Gallegos UNAM, AMCATH, Comisión de Música / UNAM, AMCATH, Commission for Music Las fuentes de agua como instrumento para la concientización ambiental y la diseminación de las manifestaciones artísticas / The fountains as an instrument to environmental awarness and dissemination of the art expressions 18:20-18:30 A-A TL-2 75 Almirante Manuel Rodríguez-Gordillo AMCATH, Secretario del Comité de Tecnología , Comisión de Desarrollo Marítimo / AMCATH, Secretario del Comité de Tecnología , Commission for Maritime development El agua, arte y tecnología, uma alternativa de sobrevivencia / Water, art and technology, a survival option 18

19 We/Mi. 29/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 18:30-18:40 A-A TL-3 76 Lic. Alfonso Bonilla-Santiago AMCATH, Secretario del Comité de Humanidades, Comisión de Teología / AMCATH, Secretary of the Committee for Humanities, Comisión for Teology El agua, elemento sagrado de vida / Water, a sacred element for life 18:40-18:50 A-A TL-4 77 Maestro y M. en I. José Antonio Arredondo-Garza AMCATH, Comisiones de Ingeniería y de Música / AMCATH, Commissions for Engineering and Music El agua dentro de la historia de la música / Water within the history of music 18:50-19:20 A-A TL-5 Ing. y Maestro José Antonio Arredondo-Garza AMCATH, Comisiones de Ingeniería y de Música / AMCATH, Commissions for Engineering and Music Recital de piano sobre el agua / Piano recital on water 19:20-19:30 Comentarios finales / Final remarks 19

20 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 08:00-09:00 Registro al Congreso / Congress Registration Teatro de la República. Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro 09:00-11:00 Mesa II / Table II. EL AGUA Y LAS CIENCIAS/ WATER AND THE SCIENCES Moderador / Moderator: Prof. Dr. Marco Antonio Murray-Lasso Presidente Fundador del Consejo de Honor AMCATH , Comisión de Sistemas / AMCATH Council of Honor Founder President , Commission for Systems 09:00-09:15 Presentación de los conferenciantes y ponentes de la Mesa I por el moderador / Presentation of Table I Key Speakers and Panelists-Speakers by the Moderator 83 El agua y las ciencias: Comentarios preliminares generales / Water and science: General preliminary remarks 09:15-09:45 A-C CM-1 91 Dr. Jesús Kumate-Rodríguez Presidente del Consejo de Honor de la AMCATH , / AMCATH President of the Honor Council El agua y la salud / Water and Health 09:45-10:15 A-C CM-2 93 Dra. María T. Leticia Rosales-Hoz Directora del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM, AMCATH, Comisión de Química / Director of the UNAM Institute of Marine Sciences and Limnology, AMCATH Commission of Chemistry Mares limpios / Clean oceans 20

21 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 10:15-10:30 A-C P-1 99 Dr. Raúl Pineda-López UAQ, Coordinador de la Maestría en Gestión Integrada de Cuencas / UAQ, Coordinator of the Master s Program in Management of Basins Biodiversidad acuática global: una estrategia para su conservación / Global aquatic biodiversity: A strategy for its conservation 10:30-10:45 A-C P Dr. Marco Adrián Ortega-Guerrero UNAM, Centro de Geociencias, Juriquilla, Investigador / UNAM, Geosciences Center, Juriquilla, Researcher Los nuevos paradigmas del agua subterránea en México / New paradigms of groundwater in Mexico 10:45-11:00 Comentarios finales / Final comments TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 11:00-13:00 Mesa II / Table II. EL AGUA Y LAS CIENCIAS / WATER AND THE SCIENCES Moderador / Moderator: Dra. Marisela Bernal-González AMCATH, Presidenta de la Comisión de Química de la / AMCATH, President of the Commission for Chemistry :00-11:10 Presentación de los trabajos libres de la Mesa II por el moderador / Presentation of Table II Free Papers by the Moderator 115 El agua, espejo de la ciencia / Water, mirror for science 21

22 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 11:10-11:20 A-C TL-1 Maestra Irina Salgado-Bernal 122 Universidad de La Habana, Facultad de Biología, La Habana, Cuba, AMCATH Comisión de Biología / University of Havana, Faculty of Biology, Havana City Cuba, AMCATH Commission of Biology Evaluación de bacterias para la remoción de contaminantes de aguas y su aplicación en tecnologías ambientales / Evaluation of bacteria for wastewaters contaminant removal and its aplication in ambiental technologies 11:20-11:30 A-C TL IQI José Manuel Barrera-Andrade UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry La fotocatálisis como una alternativa de tratamiento de aguas contaminadas por compuestos recalcitrantes / The photocatalysis as an alternative of treatment of the contaminated waters by recalcitrant compounds 11:30-11:40 A-C TL Dra. Marcela Quiroz-Sodi Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, Profesor-investigador / UAQ, Faculty of Natural Sciences, Profesor- Researcher Caracterización del funcionamiento y crecimiento de plantas macrófitas en un humedal artificial en San Miguel de Allende, Guanajuato, México / Macrophyte growth and fuction in an artificial wetland in San Miguel de Allende, Guanajuato, Mexico 22

23 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 11:40-11:50 A-C TL Maestro Fernando Ramos-Tapia Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. / CIDETEQ Determinación de los residuos generados por el tratamiento térmico de Lemna minor en la remoción de cromo (VI) / Identification of the wastes generated by the heat treatment of Lemna minor in the removal of chromium (VI) 11:50-12:00 A-C TL Dr. Julio Alberto Solís-Fuentes Universidad Veracruzana, Instituto de Ciencias Básicas, Xalapa, Veracruz, México, AMCATH, Comisión de Química / UV, Institute for Basic Sciences, Xalapa, Veracruz, México, AMCATH, Commission for Chemistry Agua en la industria azucarera: Estabilidad térmica y de almacenamiento del color de jarabes fructosados de guarapo y jugo clarificado de caña Water in the sugar cane industry: Thermal and storage stability of color of fructosed syrups from guarapo and clarified sugar cane juice 12:00-12:10 A-C TL Maestra Ana Paola Balderrama-Carmona Instituto Tecnológico de Sonora, México / ITSON, México Evaluación cuantitativa de riesgos por Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis en agua de pozo / Quantitative risk assessment on Cryptosporidium parvum and Giardia intestinalis in well water 23

24 P R O G R A M A / P R O G R A M Thu/Jue. 30/Jun/ :10-12:20 A-C TL IQ Ángel Romero-Rodríguez UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Tratamiento de aguas residuales y salobres para la producción de biodiesel a partir de microalgas, una fuente de enrgía renovable / Wastewater or brackish water treatment to produce biodiesel from micro-algae, a renewable energy source 12:20-12:30 A-C TL Maestra Edna Berenice Zúñiga-Zarza UNAM, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 4 / UNAM, Faculty of Highers Studies Cuautitlan Campus 4 Análisis comparativo de la degradación con ozono a diferentes valores de ph de un colorante comúnmente utilizado en la fabricación de mezclilla / Comparative analysis of the degradation with ozone at different ph values of one dye commonly used in denim manufacturing 12:30-12:40 A-C TL M. en I. Héctor Daniel García-Mercado UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Fitorremediación de mercurio en jales mineros por medios ácidos / Phytoremediation of mercury of mining waste by acid water 24

25 P R O G R A M A / P R O G R A M Thu/Jue. 30/Jun/ :40-12:50 A-C TL IQ Lucía Sarahí López-Alfaro UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Especiación química de lixiviados ácidos de jales mineros en pruebas de laboratorio / Chemical speciation of acid leachate from mine tailings in laboratory tests 12:50-13:00 A-C TL Cand. Dr. Miguel Ángel Orduña Bustamante UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Humedales artificiales: La ciencia aplicada a la depuración de aguas residuales con métodos basados en la Naturaleza / Artificial wetlands: Science applied to wastewater treatment using Nature s methods 13:00-15:00 Receso para comida / Lunch break 25

26 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 15:00-17:00 Mesa III / Table III. EL AGUA Y LA TECNOLOGÍA / WATER AND TECHNOLOGY. Moderador / Moderator: Dr. Jesús Acosta-Flores Presidente Fundador AMCATH , Comisión de Sistemas / AMCATH Founder President , Commission for Systems 15:00-15:15 Presentación de los conferenciantes y ponentes de la Mesa II por el moderador / Presentation of Table II Key Speakers and Panelists-Speakers by the Moderator 211 El agua y la tecnología / Water and technology 15:15-15:45 A-T CM Maestro César Buenrostro-Hernández Academia de Ingeniería México / Mexican Academy of Engineering El agua: recurso renovable, si es manejado de forma sustentable / Water: A renewable resource when is sustainably handled 15:45-16:15 A-T CM Dr. José Antonio Nieto-Ramírez Grupo de los Cinco Querétaro / Queretaro s Group of the Five Adecuación de la tecnología hidroagrícola: Esencial para nuestra supervivencia en el siglo XXI / Adequate Hydro-Agricultural Technology: Essential to our Survival in the XX1 Century 26

27 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 16:15-16:30 A-T P Dr. Yunny Meas-Vong CIDETEQ, Investigador / CIDETEQ Researcher Tecnologías para el tratamiento de agua / Technologies for the treatment of water 16:30-16:45 A-T P Dra. Dora Celia Carreón-Freyre UNAM, Centro de Geociencias, Juriquilla, Investigadora / UNAM, Geosciences Center, Juriquilla, Researcher El seguimiento del agua subterránea y de la deformación del subsuelo como herramienta de gestión en zonas urbanas / Monitoring of groundwater and subsurface deformation as a management tool in urban areas 16:45-17:00 Comentarios finales / Final comments 27

28 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 17:00-19:00 Mesa III / Table III. EL AGUA Y LA TECNOLOGÍA / WATER AND THE TECHNOLOGY Moderador / Moderator: M. en I. Guillermo Castellanos-Guzmán Academia Mexicana de la Ciencia de los Sistemas, AMCS / AMCS 17:00-17:10 Presentación de los trabajos libres de la Mesa III por el moderador / Presentation of Table III free papers by the Moderator 233 El agua y la tecnología / Water and technology 17:10-17:20 A-T TL Q.I. Paulina Sarabia-Bañuelos UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Uso eficiente del agua: Aprovechamiento integral de residuos de crustáceos para producir quitina y quitosana con química verde / Efficient water use: Global recycling of crustacean residues for producing chitin and chitosan by green chemistry 17:20-17:30 A-T TL Maestra Elizabeth Manríquez-Reza Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. / CIDETEQ, Mexico Caracterización de organobentonitas preparadas con CO 2 en condiciones supercríticas / Characterization of organobentonites prepared under supercritical CO 2 conditions 28

29 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 17:30-17:40 A-T TL Dra. María del Pilar Peña-Cruz Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Comercio y Administración, Sección de Estudios de Posgrado / IPN, ESCA, Sector of Graduate Studies Corporaciones transnacionales versus salud pública en el ring del mercado del vital líquido / Transnational corporations versus public health in the ring of the vital liquid market 17:40-17:50 A-T TL IQ Jorge Luis De Jesús-Mosco UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Estudio del efecto de una cubierta de calcita sobre residuos mineros para controlar la generación de drenajes ácidos a escala de laboratorio / Study of the effect a quick lime coverage to control acid mine drainage generation at laboratory scale 17:50-18:00 A-T TL Maestra Ivone Alejo González Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C. / CIDETEQ, Mexico Síntesis de fosfato de magnesio y fosfato ferroso y su interacción con agua de pozo con flúor / Synthesis of magnesium phosphate and ferrous phosphate and their interaction with well water with fluoride 18:00-18:10 A-T TL Q.A. Karla Goroztieta-Rosales UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Productos de la degradación del n-metil ditiocarbamato de sodio, biocida soluble en agua / Products of the degradation of sodium n- methyldithiocarbamate, water soluble biocide 29

30 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 18:10-18:20 A-T TL Maestro José de Jesús Pérez-Bueno Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. / CIDETEQ, Mexico Estudios de la adsorción de plomo sobre dióxido de manganeso obtenido por baño químico y comerciales / Studies on lead adsorption on manganese obtained from chemical baths and commercial sources 18:20-18:30 A-T TL Maestro Víctor Pérez-Moreno UAQ, Facultad de Química, Centro de Estudios Académicos sobre Contaminación Ambiental / UAQ, Faculty of Chemistry, Center for Academic Studies on Environmental Pollution Desalación de agua de mar mediante un reactor a membrana / Seawater desalination using a membrane reactor 18:30-18:40 A-T TL QFB Diana Toscano-Pérez UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Vinazas: Estudio microbiológico y evaluación de parámetros de calidad ambiental / Vinasses: a microbiological study and quality environmental parameters evaluation 18:40-18:50 A-T TL M. en I. María Guadalupe Soto-Esquivel UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Tratamiento de aguas residuales: Efecto de la generación de oxígeno fotosintético en un sistema sólido-líquido-gas / Wastewater treatment: Effect of photosynthetic oxygen generation in a solid-liquid-gas system 30

31 Thu/Jue. 30/Jun/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 18:50-19:00 A-T TL Dr. Nabil Mobayed Universidad Autónoma de Querétaro, Profesor / UAQ, Professor Hidrología con bases físicas: una respuesta de la ciencia a la problemática pluvial en zonas urbanas / Physically based hydrology: the science answer to pluvial problems in urban areas 19:00 Comentarios finales / Final remarks 20:00-22:00 Cena de Gala del Congreso, cortesía del Gobierno del Estado de Querétaro / Congress Gala Dinner, Courtesy of the Goverment of the State of Queretaro Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 08:00-09:00 Registro al Congreso / Congress Registration Teatro de la República. Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro 09:00-11:00 Mesa IV / Table IV. EL AGUA Y LAS HUMANIDADES / WATER AND THE HUMANITIES Moderador / Moderator: Ing. Javier Jiménez-Espriú Presidente Congreso y AMCATH , Comisión de Ingeniería / Congress President and AMCATH President , Commission for Engineering 31

32 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 09:00-09:15 Presentación de los conferenciantes y ponentes de la Mesa IV por el moderador / Presentation of Table IV Key Speakers and Panelists-Speakers by the Moderator 313 Introducción a la Mesa El agua y las humanidades / Introduction to Table Water and the humanities 09:15-10:00 A-H CM Dra. Ann Cyphers UNAM, Instituto de Investigaciones Antropológicas, AMCATH, Comisión de Antropología de la / UNAM, Institute for Anthropological Research, AMCATH Commisssion for Anthropology El agua en el mundo olmeca / Water in the Olmec World 10:00-10:15 A-H P Maestra Emma Alicia Canales-de-la-Fuente Alternativas y Procesos de Participación Social A.C. / Non Governmental Organization Alternativas y Procesos de Participación Social El programa Agua para siempre en la región mixteca baja / Water Forever Programme in the Mixteca Baja Region 10:15-10:30 A-H P Dr. José Ignacio Urquiola UAQ, Facultad de Filosofía / UAQ, Faculty of Philosophy Debates en torno a la construcción del acueducto de Querétaro: Años / Debates on the construction of the Queretaro aqueduct: Years

33 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 10:30-11:00 Comentarios finales / Final comments TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 11:00-13:00 Mesa IV / Table IV. EL AGUA Y LAS HUMANIDADES / WATER AND THE HUMANITIES Moderador / Moderator: Sergio Tirado-Ledesma AMCATH, Pro-Secretario , Comisión de Ingeniería / AMCATH, Pro- Secretary , Commission for Engineering 11:00-11:10 Presentación de los trabajos libres de la Mesa IV por el moderador / Presentation of Table IV Free Papers by the Moderator 333 La importancia del agua para la humanidad / Water, an important issue for mankind 11:10-11:20 A-H TL Dr. Arturo Solís-Herrera Centro de Estudios de la Fotosíntesis Humana, S.C., AMCATH, Comisión de Medicina / Center for Studies of Human Photosynthesis, México, AMCATH Commission for Medicine Fotosíntesis humana, la asombrosa y hasta ahora desconocida capacidad del cuerpo humano de disociar la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno diatómicos / Human photosynthesis, the amazing and hitherto unknown capacity of the human body to dissociate the water molecule in molecular hydrogen and oxygen 33

34 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 11:20-11:30 A-H TL Dr. Raúl Rodríguez-Vidal Instituto Federal de Defensoría Pública, Delegación Chihuahua, Coahuila, México, AMCATH, Comisión de Derecho / Federal Institute of Public Defence, Delegation Chihuahua, Coahuila, México, AMCATH Commission for Law Hacia un marco jurídico del agua: El caso de la Zona Metropolitana de la Laguna de Coahuila y Durango / Towards a legal framework of water: The case of the Metropolitan Area of Coahuila and Durango Lagoon 11:30-11:40 A-H TL M. en I. María Angélica Velázquez-González UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry El agua, variable de importancia en el desarrollo de indicadores ambientales holísticos para un hospital de tercer nivel / Water, important variablein the holistic development of environmental indicators for a third level hospital 11:40-11:50 A-H TL Maestra Rosa Carmina Ramírez-Contreras UNAM, Facultad de Economía, Profesora de Asignatura / UNAM, Faculty of Economics, Course Professor El costo presente de los servicios de agua y drenaje sanitario frente al costo futuro de enfermedades de origen hídrico en México. Un análisis intertemporal en zonas rurales / Present cost of services for water and sanitary drainage facing the future cost of waterborne diseases in Mexico City. An intertemporal analysis in rural areas 34

35 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 11:50-12:00 A-H TL Q.A. Mauricia Betzabeth Guzmán-Gómez UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry El agua potable endulzada com azúcar o fructosa o edulcorantes artificiales: Pruebas con sistemas modelo de laboratorio / Drinking water sweetened with sugar or fructose or artificial sweeteners: Studies with laboratory model systems 12:00-12:10 A-H TL Q.A. Martha Vázquez-Romero UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Estudios sobre los efectos de la temperatura y el ph en pigmentos solubles en agua (antocianinas del maíz azul, Zea mays): Experimentos con modelos de laboratorio / Studies on the effects of temperature and ph on water soluble pigments (anthocianins of blue corn, Zea mays) by using an animal laboratory model 12:10-12:20 A-H TL Maestra María Constanza Lidia Gutiérrez-Sánchez Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México / BUAP, Puebla, éxico Agua, educación y salud / Water, education, and health 35

36 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 12:20-12:30 A-H TL Maestro Guillermo Vargas-Uribe Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Economía Vasco de Quiroga, Morelia, México, Profesor-Investigador, AMCATH, Comisión de Geografía / UMSNH, Faculty of Economics Vasco de Quiroga, Morelia, México, Professor-Researchers, AMCATH, Commission for Geography Cambios antropogénicos de la cuenca del lago de Pátzcuaro, México: Una visión desde la historia ambiental / Antropogenic changes in the Pátzcuaro basin, Mexico: An enviromental history perspective 12:30-12:40 A-H TL M. en C. Beatriz Espinosa-Aquino Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México, Profesora, AMCATH, Pro-Secretaria del Comité de Ciencias , Comisión de Química / BUAP, Puebla, México, Profesor, AMCATH Pro-Secretary of the Committee for Sciences, Commission of Chemistry Balance hídrico en casas de la ciudad de Puebla, México / Water balance in houses of Puebla City, México 12:40-12:50 A-H TL Sr. Jonás Velasco Organización No-Gubernamental, Delegación Azcapotzalco, México / Non- Governmental Organization, Azcapotzalco, Mexico NAWAPA-PHINO: Las plataformas económicas del futuro / NAWAPA- PHINO: The economic platforms of the future 12:50-13:00 A-H TL Sr. Charles Fegens Diplomado de Estudios Superiores (DES) en la Planificación (Planeación), Haití / Diploma of Higher Studies (DES) in Planning, Haiti Elección de las familias de una ciudad sobre el suministro de agua potable / The choice of the households of a city about the supply of drinking water 36

37 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 12:50-13:00 Receso para comida / Lunch break 15:00-16:00 Ceremonia de Premiación a los tres mejores trabajos libres de las Mesas I a IV / Awards Ceremony for the three best free papers for the Tables I to IV Entrega de diplomas de participación / Diploms of participation to attendants 16:00-17:00 Ceremonia de clausura / Closing Ceremony Dr. José Enrique Villa Rivera Director General del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología / General Director of the Mexican Council for Science and Technology 37

38 Fri/Vie. 01/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 20:00-22:00 Concierto en Honor al IV Congreso Internacional de la AMCATH y al Día del Ingeniero con la Orquesta Filarmónica del Estado de Querétaro, Teatro de la República / Congress Concert in Honor of the IV International Congress of AMCATH and the Engineers Day with the Philarmonic Orchestra of the State of Queretaro, Teatro de la Republica * MENDELSOHNN Ob. La Gruta del Fingal * ELGAR Conc. para Violoncello y Orquesta Solista.- Rolando de la Guadalupe Fernández * RESPIGHI Las Fuentes de Roma * DEBUSSY La Mer Director titular: José Guadalupe Flores 38

39 Sat/Sab. 02/Jul/2011 P R O G R A M A / P R O G R A M 08:00-09:00 Registro al programa cultural / Cultural Program Registration Teatro de la República. Gobierno Constitucional del Estado de Querétaro 09:00-12:00 Programa / Program I: Recorrido por la ciudad de Querétaro en tranvía (Costo: Alrededor de $60.00 por persona, de 1.5 horas de duración aproximadamente) / Street car trip around Queretaro City (Cost: Ca $60.00 Mexican Pesos per person, 1.5 hours) 09:00-18:00 Programa / Program II: 39

40 09:00-19:00 Programa / Program III: 40

41 Cambio de Consejo Académico de la AMCATH a Change of AMCATH Academic Council to Consejo Académico / Academic Council Presidenta Vice-Presidente Pro-Secretaria Tesorero María del CarmenDurán-Domínguez-de-Bazúa Comisión de Química, Comité Académico de Ciencias Javier Jiménez-Espriú Comisión de Ingeniería, Comité Académico de Tecnología Rosalba Juárez-Garduño Comisión de Ingeniería, Comité Académico de Tecnología Antonio Luna-Guerra Comisiones de Desarrollo Económico y Derecho, Comité Académico de Humanidades Consejo de Honor / Council of Honor Presidente Presidente fundador del Consejo de Honor Presidente fundador de la AMCATH Presidente Jesús Kumate-Rodríguez Comisión de Medicina, Comité Académico de Humanidades Marco Antonio Murria-Lasso Comisión de Sistemas, Comité Académico de Tecnología Jesús Acosta-Flores Comisión de Sistemas, Comité Académico de Tecnología Felipe Lara-Rosano Comisión de Sistemas, Comité Académico de Tecnología 41

42 Consejo Académico / Academic Council Presidente Vice-Presidente Secretaria Pro-Secretario Tesorero Pro-Tesorero Presidente del Comité de Ciencias Secretario del Comité de Ciencias Presidente del Comité de Artes Secretaria del Comité de Artes Presidente del Comité de Tecnología Secretario del Comité de Tecnología Presidente del Comité de Humanidades Secretario del Comité de Humanidades Javier Jiménez-Espriú Comisión de Ingeniería, Comité Académico de Tecnología Sergio Vela Comisión de Desarrollo Integral, Comité Académico de Humanidades Rosalba Juárez-Garduño Comisión de Ingeniería, Comité Académico de Tecnología Sergio Tirado-Ledesma Comisión de Ingeniería, Comité Académico de Tecnología Alberto Menéndez-Guzmán Comisión de Desarrollo Económico, Comité Académico de Humanidades José Romo-Díaz Comisión de Desarrollo Económico, Comité Académico de Humanidades José Ruiz-de-la-Herrán Comisión de Divulgación de la Ciencia, Comité Académico de Ciencias Beatriz Espinosa-Aquino Comisión de Química, Comité Académico de Ciencias Miguel Zenker-y-Hackett Comisión de Música, Comité Académico de Artes Glenda Hecksher-Ramsden Comisión de Artes Plásticas, Comité Académico de Artes Salvador Vélez-García Comisión de Ingeniería, Comité Académico de Tecnología Manuel Rodríguez-Gordillo Comisión de Desarrollo Marítimo, Comité Académico de Tecnología Luis Antonio Pando-Orellana Comisión de Medicina, Comité Académico de Humanidades Alfonso Bonilla-Santiago Comisión de Teología, Comité Académico de Humanidades 42

43 Consejo de Honor / Council of Honor Presidente Presidente fundador del Consejo de Honor Presidente fundador de la AMCATH Presidente Presidenta Jesús Kumate-Rodríguez Comisión de Medicina, Comité Académico de Humanidades Marco Antonio Murria-Lasso Comisión de Sistemas, Comité Académico de Tecnología Jesús Acosta-Flores Comisión de Sistemas, Comité Académico de Tecnología Felipe Lara-Rosano Comisión de Sistemas, Comité Académico de Tecnología María del CarmenDurán-Domínguez-de-Bazúa Comisión de Química, Comité Académico de Ciencias Comisiones Académicas / Academic Commissions Ciencias / Sciences Astronomía Biología Divulgación de la ciencia Física Geografía Matemáticas Química Artes / Arts Arte multimedia Artes plásticas Cine Danza Deportes Literatura Música Radio y televisión Teatro Astronomy Biology Science Divulgation Physics Geography Mathematics Chemistry Multimedia Arts Plastic Arts Cinema Dance Sports Literature Music Radio and television Theater 43

44 Tecnología / Technology Arquitectura Desarrollo marítimo Divulgación tecnológica Energía Ingeniería Innovaciones tecnológicas Sistemas Tecnología Architecture Maritime Development Technological Divulgation Energy Engineering Technological Innovations Systems Technology Humanidades / Humanities Administración Antropología Ciencias políticas y sociales Derecho Desarrollo económico Educación Filosofía Historia Medicina Neurolingüística Odontología Pedagogía Periodismo Psicología Teología Administration Anthropology Social and Political Sciences Law Economical Development Education Philosophy History Medicine Neurolinguistics Odontology Pedagogy Journalism Psychology Theology 44

45 CONFERENCIA MAGISTRAL INAUGURAL OPENING CONFERENCE Lic. José E. Calzada Rovirosa Gobernador Constitucional del Estado de Querétaro, México Governor of the State of Queretaro, Mexico 45

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47 Mesa I. El agua y las artes / Table I. Water and the Arts Moderadora magistral / Magistral Chairperson: Dra.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de- Bazúa, Académica fundadora de la Comisión de Química, Presidenta de la AMCATH / AMCATH Founding Academy Memberof the Commission for Chemistry, President of the AMCATH Tema / Theme: El agua, motivo de expresiones artísticas maravillosas / Water, a source of marvelous artistic expressions 47

48 El agua, motivo de expresiones artísticas maravillosas Water, a source of marvelous artistic expressions Dra.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de- Bazúa Académica fundadora de la Comisión de Química y Presidenta de la AMCATH / Founding Academy Member, President of the AMCATH Correo-e ( ): En los modernos tiempos de la cibernética puede, hasta una persona que no conoce del tema como la que habla, incursionar y encontrar aspectos maravillosos de la íntima interrelación entre el agua y las artes. Simplemente abriendo este universo con dos palabras clave agua y artes se encuentran 21,000,000 de resultados en solamente 0.28 segundos. El primer resultado que aparece es el siguiente: 48

49 Índice general Si algo hay de verdad en el conocido aserto de Oscar Wilde de que "la Naturaleza imita al arte" es en lo que respecta a la actividad creadora del agua. El agua es un polifacético artista que transfigura todo cuanto toca. El agua es incolora, pero su paleta contiene todos los colores del arco iris. Con sus juegos de espejos multiplica la belleza del mundo. Con sus ondas y reverberaciones, practica el arte cinético, el arte abstracto, la caligrafía. Un simple hilillo de agua que brota de una fuente genera millares de imágenes para un ojo atento. Si una fotografía congela ese movimiento, el resultado es una obra de arte, en la que se puede a veces detectar incluso la influencia de un Monet o de un Van Gogh. Un segundo antes o un segundo después la obra sería distinta. Y es que el agua es un misterioso ser que, como Proteo, se metamorfosea a cada instante en otros seres. Así lo ha sabido ver el fotógrafo Brandan, que en esta exposición nos ofrece, para deleite de nuestros ojos, abundantes y sugerentes muestras del potencial pictórico del agua. Movimiento Berlín Otras bellezas, hechas por el hombre y que amablemente fueron encontradas por la Ing. Rosalba Juárez-Garduño son las esculturas de hielo. Estas obras efímeras son gozadas, no solamente por los propios autores de ellas, sino por todas las personas que las visitan. Aquí van algunas de ellas: 49

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51 Unas bellísimas fotos adicionales, también encontradas en el espacio cibernético por la Ing. Rosalba Juárez Garduño: El origen de la vida como la conocemos: El agua que nos protege de la radiación ultravioleta del sol y nos da un efecto invernadero maravilloso, las nubes Finalmente, les mostraré un par de bellas fotos en las que todavía podemos admirar de nuestro planeta: 51

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53 Las maravillas de la Naturaleza REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS Pando-Despierto, J Agua y tiempo en el arte. En Espacio, Tiempo y Forma, Serie VII, Historia del Arte, tomo 6, pp Páginas electrónicas 53

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55 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE El agua, fuente inspiradora de las artes Water, inspirational source for the arts Maestro Leonardo Nierman Artista, escultor / Artist, Sculptor 55

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57 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE El agua y la música,...y el viento de Dios flotaba sobre las aguas Water and the music, and the Wind of God moved upon the face of the waters Maestro Sergio Vela Vice-Presidente de la AMCATH Director de escena y diseñador especializado en ópera, cuyos trabajos se han presentado en México, Estados Unidos, Italia, España, Alemania e Irlanda. Como promotor cultural, ha encabezado las más importantes instituciones de México. Ha sido condecorado por Francia, Alemania, Italia, España y Dinamarca. Carrillo Puerto Nº 78, Coyoacán, México D.F., México. +52(55) Correo-e ( ): 57

58 En el libro del Génesis, antes de la creación divina a través de la palabra, existen Dios, los abismos oscuros el caos y el agua. La metáfora bíblica será el punto dee partida para abordar el amplio tema del agua y las artes y, de manera particular, el agua y la música. El marco conceptual, de índole poética, se construirá al relacionar la naturaleza inefable de la música con la necesidad del agua para el surgimiento de la vida. En la charla se hará alusión específica a una serie de obras musicales relacionadas con el agua la Música acuática, de Händel; La creación,de Haydn; El oro del Rin, de Wagner y El mar, de Debussy, entre muchas otras, y la descripción musical del agua, ora quieta, ora en movimiento, será ejemplificada mediante la audición de fragmentos seleccionados para la ocasión. Abstract In the book of Genesis, before the divine creation through the word of God, God preexists, as well as the dark abyss chaos itself and water. The biblical metaphor will be the departure point for addressing the wide issue of water and the arts in general, and water and music in particular. The poetical framework will be built by means of relating the ineffable nature of music and the need of water for the springing of life. During the lecture, some specific examples of musical works related to water will be presented, such as Handel s Music Water, Haydn s The Creation, Wagner s The Rhine Gold, Debussy s The Sea, among others, and the musical depiction of still or fluent water will be shown with carefully selected musical examples. Palabras clave: Agua + música, música + naturaleza, música programática Key Words: Water + music, music + nature, programmatic music 58

59 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER Agua: Creatividad y vida Water: Creativity and Life Maestra Glenda Hecksher-Ramsden Presidenta-Fundadora de la Comisión de Artes Plásticas de la AMCATH Correo-e ( ): 59

60 Museo de la Mujer. Marzo 8 de

61 Museo de la Mujer. Marzo 8 de

62 Museo de la Mujer. Marzo 8 de

63 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER EL AGUA ANTES, DURANTE Y DESPUÉS DE LA CONSTRUCCIÓN DE INSTRUMENTOS MUSICALES WATER, BEFORE, DURING, AND AFTER THE CONSTRUCTION OF MUSICAL INSTRUMENTS Maestro Miguel Zenker-y-Hackett Escuela Nacional de Música / UNAM Correo-e ( ): Laudero, estudios en antropología y musicología; Profesor en la Escuela Nacional de Música, UNAM. Proyectos de carrera en construcción y restauración de instrumentos, Propuesta de Museo Interactivo de Instrumentos Musicales. Artículos y exposiciones. Coorganizador ISMA. Miembro de ICOM, AMCATH. 63

64 Resumen El agua está íntimamente relacionada con los materiales, que podemos clasificar en higroscópicos madera, cola animal, cueros, cabello, tripa, etc. y no-higroscópicos como el metal, con los cuales se construyen los instrumentos musicales. Las especies maderables constitutivas de gran parte de los instrumentos requieren de largos periodos de crecimiento y mucha agua. La tala inmoderada y, principalmente, la falta de planes de reforestación han causado, aparte de las sequías extremas a nivel nacional, el descenso en la oferta de especies y su incremento en los precios de las todavía existentes, necesarias para la construcción de los instrumentos. A la inversa, después del corte, los maderos necesitan largos periodos de secado natural. Adquiridos los materiales, ciertas técnicas en la construcción requieren de agua para su transformación: hidratación para la tensión de cabellos para los arcos y de cueros para tambores, y para el doblado de costillas de violines y guitarras. Una vez terminados, el agua participa en la conservación de todos estos instrumentos: en el control del medio ambiente y en los procesos mismos de conservación, y restauración. Metales requieren de una Humedad Relativa (HR) de 40%, madera de 60% HR para ser conservados en buen estado. Tomando en cuenta que algunos instrumentos contienen materiales de ambos tipos: higroscópicos y no-higroscópicos, se puede considerar 50% HR como porcentaje óptimo. Excesiva humedad provoca el despegado de las partes y promueve la presencia de ataque biológico en maderas, y la oxidación de metales; escasa humedad provoca rajadas y otros efectos nocivos en madera. El agua puede también ser parte constitutiva del instrumento. Como ejemplos podemos considerar algunos tambores y silbatos prehispánicos y el órgano hidráulico griego. El presente trabajo ejemplificará el papel del agua en la constitución, construcción, conservación y restauración de estos nobles objetos sonoros y su relación con la humedad del medio ambiente. ABSTRACT Water is inteem connected to those materials with which musical instruments are built. We can classify them into hygroscopic materials, like animal glue, skin, gut, etc., and non-hygroscopic materials like metal. The trees of those species needed for most of the musical instruments require long periods of growth and much water. Felling without control and principally the lack of reforestation plans have caused extreem drynes in the country and the descent in the offer of species and the increase of the prices of those which still exist, which are necessary for to make instruments. On the contrary, after cutting the tree, logs need long periods in order to dry properly. Once the maker obtains the materials, certain techniques in the construction need to be wetted them in order to transform them: hydratation to apply the hair on the bow properly, or to tension the skins on the drums or bend the sides of a violin or a guitar. Once finished, water keeps a role in the conservation of musical instruments: in the control of the environment and in certain process of conservation and restoration. Metals require a Relativ Humidity (RH) of 40%, wood needs 60% RH in order to be conservated in a proper state. Taking into account that many instruments contain materials of both types, hygroscopic and non-hygroscopic, we consider 50% of RH as best. Excessiv humidity provoques ungluing of the parts and promotes the presence of biological attack on Woods, and oxidation of metals; too less humidity provoques cracks and other negative effects on wood. Water 64

65 can also be a constitutive element of musical instruments. As example, we may consider some drums and precolumbian whistles, as well as the hydraulic organ of the greeks. This presentation shows the role of water on the constitution, construction, conservation and restauration of these noble objects and their relation to humidity and environment. Palabras clave: Instrumentos musicales, construcción, conservación, humedad relativa, medio ambiente Key Words: Musical instruments, construction, preservation, relative humidity, environment 65

66 TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 66

67 Mesa I. El agua y las artes / Table I. Water and the Arts Moderadora magistral / Magistral Chairperson: Ing. Rosalba Juárez-Garduño Presidenta de la Comisión de Divulgación y Difusión Electrónica de AMCATH, Secretaria de la AMCATH , Comisión de Ingeniería / President of the AMCATH Commission for Divulgation and Dissemination, AMCATH Secretary , Commission for Engineering Tema / Theme: Fuentes brotantes, una expresión del arte con agua / Spring fountains, an expression of art with water 67

68 Para esta presentación se tienen varios videos que se encuentran en el disco compacto bajo el rubro: For this presentation there are several videos that are enclosed in the CD under: PRESENTACIÓN MESA I MODERACIÓN TRABAJOS LIBRES (TL) Los invitamos a disfrutarlos We invite all to enjoy them Las fuentes brotantes, una expresión de arte con agua Spring fountains, an expression of art with water 68

69 En México como en el resto del mundo, está de moda la expresión del arte por medio de fuentes brotantes El agua y las luces de colores se mueven al ritmo de la música Santiago de Querétaro, Querétaro de Arteaga, México Peña de Bernal, Queretaro, México Guaymas, Sonora, México Monumento a la Revolución, México D.F., México Laguna de Nainari Cd. Obregón, Argentina Bellagio Las Vegas, Estados Unidos Dubai, Emiratos Arabes Unidos CIRCUITO MAGICO DEL AGUA: Parque de la Reserva en Lima, Perú. En julio del 2007 se inauguró el "Circuito mágico del agua", un conjunto de 13 fuentes ornamentales que se construyeron en el Parque de la Reserva, patrimonio cultural de la nación. Estas fuentes han marcado un Record Guinness al ser "El complejo de fuentes más grande del mundo en un parque público" In Mexico, just as in the rest of the world, it is on fashion the art expression by means of spring fountains Water and lights of colors dance to music's rhythm Santiago de Queretaro, Queretaro de Arteaga, Mexico Peña de Bernal, Queretaro de Arteaga, Mexico Guaymas, Sonora, Mexico Monument to the Revolution, Distrito Federal Lagoon of Nainari Cd. Obregón, Argentina Bellagio Las Vegas, United States Dubai, United Arab Emirates MAGIC CIRCUIT OF THE WATER: Reservation Park of Lima, Peru. In July 2007, the "Magic Circuit of the Water" was inaugurated. It is a group of 13 ornamental fountains that were built in the Reservation Park, that constitutes a cultural heritage of the nation. These fountains have become a Guinness Record to "The biggest complex of fountains in the world located in a public park" 69

70 A-A TL-1 LAS FUENTES DE AGUA COMO INSTRUMENTO PARA LA CONCIENTIZACIÓN AMBIENTAL Y LA DIFUSIÓN DE LAS MANIFESTACIONES ARTÍSTICAS THE FOUNTAINS AS AN INSTRUMENT TO ENVIRONMENTAL AWARNESS AND DISSEMINATION OF THE ART EXPRESSIONS Artemisa Margarita Reyes-Gallegos* Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto Politécnico Nacional. Candidata a doctor en musicología, Maestra en Humanidades; académica de la Escuela Nacional de Música de la UNAM y arpista principal de la Orquesta Sinfónica del IPN Víctor Manuel López-López Instituto Politécnico Nacional, Programa de Cambio Climático y Sustentabilidad, miembro de la Academia de Ingeniería Av. Juan de dios Batiz s/n, edificio de Posgrado, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, Delegación G.A.M., 07300México D. F. *Sullana 713, Col. Lindavista, Del. Gustavo A. Madero México, D.F. - Tel: +52 (55) RESUMEN Ante el indiscutible estrés hídrico al que se encamina la humanidad y nuestro país en particular, se requiere una cultura del agua que pueda contribuir al aprovechamiento y diversificación del vital líquido, que además considere aspectos científicos, tecnológicos, sociales y culturales. En este trabajo se pretende señalar la importancia de dar un uso sustentable del agua, que a la vez vincule aspectos artísticos, como es el caso de las fuentes que conjugan luz, música y movimiento, mediante herramientas mecánicas y digitales, en un escenario popular. Se particularizan algunos ejemplos de fuentes muy conocidas que se han actualizado tecnológica y artísticamente a lo largo del tiempo, también se plantean algunas ideas de proyectos que incluirán la variable ambiental en los espacios lúdicos que representan las fuentes, ello con la idea de obtener un mejor aprovechamiento de la disponibilidad líquido, tanto en la operación de las fuentes mismas como en la captación pluvial. Aún cuando el agua ha sido motivo de inspiración de composiciones musicales, el tema música y agua musicológicamente hablando, ha sido poco abordados. ABSTRACT Faced with the undoubted hydric stress to what humanity in directly walking, included our Country, a water culture is required in order to take advantage from the diverse ways to use the vital liquid, which in addition takes in account scientific, technological, social and cultural aspects points of view. This paper attempts to point out the importance to use the water in a sustainable way beside the integration of artistic issues meanwhile this is possible, this could be the case of the fountains that integrate the use of lights, music and motion through mechanical and digital tools to be shown them in popular scenarios. We distinguish some old and very well known fountains from the world that have put up to date their shows through the use of the latest technology and available artistic resources and we also show a Mexican project that approach the environmental variable to their performance in order to collect the rain water and 70

71 put it into its operation. Eventually, among other conclusions, we assert that even when water has been inspiration for musical compositions the issues water and music had been addressed all together only few times for art purposes. Palabras clave: Agua, arte, fuente, medio ambiente, música Key Words: Art, environment, fountain, music, water INTRODUCCIÓN Tres cuartas partes de la superficie del planeta Tierra están cubiertas por agua, razón por la cual se le conoce como el planeta azul. Del total de agua existente, 97.50% es salada, 2.24% es dulce y se encuentra congelada en glaciares y casquetes polares (proporción que está disminuyendo paulatinamente debido al calentamiento global), en tanto que solo el 0.26% está disponible para el consumo humano. El agua transita a través del ciclo hidrológico, en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. La cantidad de agua que se moviliza entre estos estados es prácticamente constante, es decir, disponemos de la misma cantidad que hace tres mil millones de años, merced al principio de que esta materia no se crea ni se destruye, solo se transforma de un estado a otro. Así que durante millones de años el agua se ha evaporado, ha formado nubes y se ha precipitado en forma de lluvia o nieve, para eventualmente volver a evaporarse e iniciar nuevamente el ciclo. Sin embargo, la especie humana ha empezado a interferir este ciclo hidrológico con acciones que contaminan esa cantidad de agua más o menos fija, lo que a la postre está conduciendo a una menor disponibilidad de agua apta para consumo humano y otras especies que viajan con nosotros en la misma nave que se llama planeta Tierra. Al respecto, la disponibilidad de agua en México pasó de m 3 /persona anual en 1955, a m 3 /persona que teóricamente disponemos hoy día, lo que se considera una dotación hídrica intermedia. No obstante, en el norte y centronorte del país escasamente se dispone de m 3 /persona y es en esa región donde viven más de dos terceras partes de la población y se produce el 77% del producto interno bruto. Por otra parte, la distribución es muy irregular, pues la mayor cantidad de agua pluvial se concentra en el sur-sureste del territorio nacional, en tanto que en el norte y centro-norte, que territorialmente representa más de la mitad del país y alberga a las dos terceras partes de la población, se dispone de menos de una quinta parte de las precipitaciones. Así que aunque el balance global aparenta ser positivo, con 777mm de precipitación media anual, algunas regiones del país son fehacientemente deficitarias en la disponibilidad de agua, por lo que en diversos foros se ha expresado que México vive un serio problema relacionado con el agua (CONAGUA, 2011; Urbina, 2006). Por otra parte, el calentamiento global que está cambiando los patrones climáticos mundiales, está también incidiendo negativamente en la disponibilidad hídrica de la mayor parte de las cuencas hidrológicas del país. La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) declaró en la COP 16, celebrada en noviembre-diciembre de 2010 en Cancún, que el cambio climático ya se siente en el agua y la mejor manera de enfrentarlo es mediante una gestión responsable del vital líquido. Hay un inmenso vínculo entre el CO 2 (principal gas de efecto invernadero que induce al calentamiento global) y el H 2 O. Pero aún considerando nuestra cercanía al llamado estrés hídrico es importante impulsar una cultura del uso del agua que incluya orientaciones atípicas, tal como la vinculación agua-manifestaciones culturales, es decir, el agua como elemento de cultura, que es el caso del tema de esta ponencia que trata de integrar agua y arte, en las fuentes urbanas de agua que utilizan música para mostrar una suerte de danza acuática y así llevarla de su nominación como recurso natural, a través de la creatividad y la tecnología al de elemento del patrimonio cultural. 71

72 DE RECURSO NATURAL A ELEMENTO DE ARTE Es de dominio público que una de las propiedades físicas del agua es la que la caracteriza como incolora, otra singularidad adicional es que el agua es un eficiente medio de transmisión de luz y, por consiguiente, del color. Otra particularidad más del agua en sus estados líquido y gaseoso (vapor) lo es su sensible movilidad, propiedad ésta que aunada al color de los reflectores de luz y a la música acondicionada puede provocar tal abstracción, que se percibe por los humanos como una danza de agua multicromática. Esta es una conjunción del agua con una manifestación artística, en este caso la música, en una peculiar fusión que es capaz de transmitir la percepción de ritmo y animación, y que es representado como danza, también testimonio del arte en movimiento. En síntesis pues, el agua además de ser el medio natural de expresión de las funciones de todos los seres vivos, nuestra especie puede utilizarla para manifestarse artísticamente. Es el caso del tema de esta ponencia que describe la integración de agua y arte, en las fuentes de agua urbanas en las cuales mediante el empleo de herramientas tecnológicas armonizan iluminación y música en una representación que resulta en una suerte de baile, que atrae y entusiasma a un público, quien a la vez que se ilustra mediante la audición de temas selectos del repertorio musical, se concientiza del uso y aprovechamiento que se le puede dar a este recurso de la naturaleza, a través de un espectáculo lúdico callejero. El agua es un recurso de gran representación artística, tanto visual como sonora. Buscando imitar al agua se han realizado infinidad de obras pictóricas y escultóricas. Bajo el influjo de su encanto sonoro o con la intención de trasladar éste a los sonidos instrumentales, se ha compuesto un amplio repertorio musical que pretende imitar su fluidez, vitalidad y transparencia. La comunión del agua y la música ha sido inspiración de grandes músicos de todas las épocas, tanto clásicos como populares. Compositores como Johann Strauss (El Danubio Azul), Mauricio Ravel (Juegos de Agua), Claude Debussy (El Mar), Ludwig van Beethoven (La Tempestad), Piotr Ilich Tchaikovski (El lago de los cisnes) y George F. Häendel (Música Acuática), entre muchos otros, han dedicado sus obras al agua. En el género popular Joan Manuel Serrat dice en su cantar: si el hombre es un sueño, el agua es el mundo; si el hombre está vivo, el agua es la vida. El agua es un concepto que aparece en los escritos de Leonardo da Vinci, que estudió desde diferentes puntos de vista. Uno de ellos lo fue las fuentes eternas. El sonido del agua también cautivó a Leonardo quien recogió la impresión recibida al escuchar los sonidos producidos por una fuente. (SAURA, 2011) El agua en su estado líquido puede ser también elemento de arte por sus características sonoras y por su capacidad de conducir el color y la forma; de fuente de inspiración para el arte puede pasar a ser fuente artística cuando se le hace bailar y cantar al ritmo de la música. De entre los recursos vitales de la naturaleza, el agua es el que más da la sensación de lo animado, de lo vivo. En todas las culturas el agua ha tenido un simbolismo dual: es fuente de vida pero sin control también es causante de desastres fatales. Por ello ha sido recurrente su aparición en las manifestaciones artísticas, entre ellas la música. Las fuentes son por excelencia los escaparates artísticos del agua contenida, pues conjugan la energía del líquido con diversas formas arquitectónicas y escultóricas, en un juego, entre lo silente y lo sonoro, entre el ritmo y la aleatoriedad, entre lo estático y el movimiento. Los movimientos acuáticos que forman las danzas de las fuentes son muy variados y se logran a través de centenares de surtidores o boquillas por donde sale el agua a diferentes presiones, reguladas y mediante el encendido y apagado sincrónico de cientos de luces que son controladas a través de computadoras. La danza de las aguas al ritmo de la música, se logra con rutinas musicales coreografiadas profesionalmente, con movimientos de elevación y descenso para lograr una concordancia de movimiento entre el agua y la música. 72

73 Un ejemplo de fuente de aguas artísticas digno de citarse que conjuga magistralmente el movimiento del agua con las manifestaciones artísticas (música clásica y danza) y la iluminación lo es la fuente mágica Montjuic de Barcelona, España; que fue construida con motivo de la exposición universal de 1929 y restaurada para los juegos olímpicos de 1992, otras representaciones magníficas son las fuentes que adornan espléndidas plazas en diversas partes del mundo. Roma, Abu Dhabi, Moscú, Tívoli, Las Vegas, Bruselas, por citar algunas. La fuente de Montjuic, por ejemplo, integra cascadas, estanques, hileras de columnas luminosas laterales, reflectores y centenares de surtidores que expulsan chorros de agua sincronizados con la música que acompaña a las fuentes danzarinas. Esta fuente es una obra emblemática de la ciudad, donde se celebran espectáculos musicales, todos los fines de semana, que incorporan, agua, luz y música para deleite y culturización de los asistentes. Es de forma elipsoidal, constituida por tres estanques concéntricos a diferentes niveles, con 65m de diámetro en la parte más ancha, accionada por un motor de CV con un caudal (gasto) de l/s, con 30 juegos de agua diferentes y coloraciones graduales. Espectáculo nocturno que inicia a las 19:00h y se repite cada media hora hasta las 21h, de viernes a sábado y horario ampliado en verano. Este tipo de gala acuática es considerada por el gobierno local como un difusora de las artes, específicamente de la música. A los sonidos del chispeo del agua de las fuentes danzantes, se suman ahora otros más inquietantes generados por el calentamiento global: el goteo de la fusión del permahielo (o permafrost) y de los grandes glaciares que pueden desaparecer en solo décadas, debido al uso ambiental antropogénico. Tal vez por eso en algunos proyectos de nuevas fuentes danzarinas e iluminadas de colores, anunciadas para ser construidas en la Ciudad de México, ahora se les añadirán colectores de agua de lluvia para aprovechar el valioso líquido que cae en las explanadas que rodean a las fuentes. DIFUSIÓN DE LAS ARTES Y CONCIENTIZACIÓN AMBIENTAL EN LA CIUDAD DE MEXICO ATRAVÉS DE LAS FUENTES DE AGUA El gobierno del Distrito Federal está analizando la factibilidad de construir fuentes en varias plazas y parques de la Ciudad de México, similares a la que ya existe en el Monumento a la Revolución, pero con el añadido ambientalista de que tengan la posibilidad de cosechar el agua de lluvia, en los espacios proyectados para recibir a los visitantes. La fuente ubicada en la explanada de la recién restaurada Plaza de la República, se convirtió en pocos meses en un centro de entretenimiento cada fin de semana para miles de familias de la zona metropolitana del Valle de México. Se sabe que existe un plan inicial de construir al menos seis fuentes más, que además de contar con la tecnología de luz y sonido tendrán la característica sustentable y dispondrán de instalaciones para proyectar cortometrajes y ser escenario de otros eventos culturales. Se integrarán, así, el aspecto lúdico del agua, manifestaciones artísticas y un ejemplo de conservación del vital líquido. El equipo básico consistirá en bombas, casquillos, reflectores, cañón de proyección y una pantalla de agua, para lograr un espectáculo más allá del juego de luces y saltos de agua que hasta ahora tiene el lugar en el Monumento de la revolución. Entre los primeros cortometrajes que se proyectarían en la pantalla de agua que se instalaría en el Monumento a la Revolución es un documental sobre la cosecha de agua. Las fuentes de La Diana Cazadora, la de Petróleos, entre otras, serían susceptibles de ser modificadas para captar agua de lluvia así como de adaptarles la tecnología necesaria para hacerlas más espectaculares. (EL UNIVERSAL, 2011) CONCLUSIONES El agua es un tema frecuentado en la inspiración artística, pese a ello, las publicaciones en general, que la relacionen con el arte, son realmente escasos, pues en el arte, al agua actúa en la sublimación metafórica o como intensión de imitación de la naturaleza. En cambio la ciencia la ha abordado desde diversos enfoques, recientemente el medioambiental ha 73

74 cobrado particular importancia a raíz de la eminencia del calentamiento global. El tema dual ciencia-arte con referencia al agua no ha sido abordado suficientemente. La cuestión del agua es universal y transversal, siendo ésta un componente tan importante para la vida del planeta y de los seres vivos, debe ser tratada tanto por las disciplinas de las ciencias naturales, como también por las sociales y las humanísticas, pues su presencia o ausencia impactará indiscutiblemente la vida en la Tierra. La escasez de agua para el consumo humano ha encendido alertas que han conducido a poner atención en su utilización y optimización, de manera que se intenta garantizar su disponibilidad presente y a las futuras generaciones. Entre las opciones que se están llevando a cabo para el cuidado del agua, es la recolección de agua de lluvia. La disminución en la disponibilidad del agua es resultado de la actividad antropogénica, que aunada a los impactos ambientales emergentes como lo es el cambio climático está llevando a la necesaria implantación de políticas para su consumo, entre ellas está la diversificación controlada de su uso. El uso que puede dársele al agua tiene múltiples vertientes sociales que fortalecen el desarrollo humano. Uno de los aspectos que se puede desarrollar es su relación con la cultura, y en particular con el arte sonoro. El agua, por su capacidad de movimiento y efecto acústico, ha sido abundantemente relacionada con la danza y con la música. Las fuentes de agua son el medio idóneo para conjuntar agua y música, es decir, recursos naturales y manifestaciones artísticas. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ballart, Joseph y Jordi Juan i Tresserras Gestión del patrimonio cultural. Ariel Patrimonio. Barcelona, España. CONAGUA Diálogos por el agua y el cambio climático, llamado a la acción. Comisión Nacional del Agua. México, DF. México. El Universal Fuentes cosecharán la lluvia para autoconsumo. [Fecha de consulta: Mayo 18, En internet Jornada, La (compendio) Agua. Edición Especial. México, DF. México. Larousse El agua, la lucha por la vida. Larousse, VUEF. Barcelona. España. Saura, J Los instrumentos musicales de Leonardo Da Vinci. [Fecha de consulta: Mayo 19, Urbina-Soria, J., Martínez-Fernández, J. (comp.) Más allá del cambio climático, las dimensiones psicosociales del campo ambiental global. Secretaría de Medio Ambiente y recursos Naturales. México, DF. México. 74

75 A-A TL-2 EL AGUA, ARTE Y TECNOLOGÍA, UMA ALTERNATIVA DE SOBREVIVENCIA WATER, ART AND TECHNOLOGY, A SURVIVAL OPTION Almirante Manuel Rodríguez-Gordillo* AMCATH, Secretario del Comité de Tecnología , Comisión de Desarrollo Marítimo / AMCATH, Secretario del Comité de Tecnología , Commission for Maritime development *Correo-e ( ): 75

76 A-A TL-3 EL AGUA, ELEMENTO SAGRADO DE VIDA WATER, A SACRED ELEMENT FOR LIFE Alfonso Bonilla-Santiago* AMCATH, Secretario del Comité de Humanidades, Comisión de Teología / AMCATH, Secretary of the Committee for Humanities, Comisión for Teology Párroco de la Iglesia "El Padre de las Misericordias y San Rafael". Col. Prado Churubusco. México D.F. México. Tels , Correo-e ( ): 76

77 A-A TL-4 EL AGUA DENTRO DE LA HISTORIA DE LA MÚSICA WATER WITHIN THE HISTORY OF MUSIC José Antonio Arredondo-Garza* Comisión de Música, AMCATH Comisión de Ingeniería, AMCATH Facultad de Ingeniería, UNAM. Tel Conservatorio Nacional de Música, INBAL-CONACULTA-SEP Correo-e ( ): RESUMEN Aunque podría hacerse referencia sobre la construcción de instrumentos musicales históricos relacionados con el agua, sólo nos vamos a referir a los casos en donde música y agua han estado presentes. Más específicamente voy a presentar un lugar histórico en donde se conjuntaron Ingeniería, Arte, Música e inspiración musical posterior sobre un lugar conocido como La Villa de Este situada en Tívoli, cerca de Roma, Italia. Declarada actualmente como patrimonio histórico de la humanidad, siendo esta una pieza maestra de la arquitectura italiana y especialmente del diseño de jardines. 77

78 Encargada su construcción por el Cardenal Hipólito II de Este ( ), hijo de Alfonso I de Este y Lucrecia Borgia, y nieto del Papa Alejandro VI. Nombrado gobernador de Tivoli por el Papa Julio III, este le regaló la villa preexistente, la cual construyó por completo siguiendo los diseños de Pirro Ligorio, bajo la dirección del ingeniero y arquitecto ferrarés Alberto Galvani. El pintor en jefe de la decoración interior fue Livio Agresti ( ) de Forli. De 1550 hasta su muerte en 1572, cuando la villa estaba casi terminada, el cardenal creó un palacio rodeado de jardines en forma de terrazas de estilo manierista y por supuesto, los requerimientos de agua eran muy grandes porque los jardines estaban decorados con fuentes, cascadas y fuentes de agua. Carl Blechen ( ): Im Park der Villa d Este Pirro Ligorio con la asistencia de Thomaso Chiurichi de Bolonia, considerado este último como uno de los mejores ingenieros hidráulicos del siglo XVI, diseñaron los jardines de la villa. También en los diseños técnicos de las fuentes ayudó el francés Claude Vernard, quien era un experto en el diseño de órganos de agua. Sin embargo, el Órgano de Agua existente en la Villa de Este fue construido por Clericho Lucha y terminado por Claude Vernard. Este órgano es considerado como el más famoso del siglo XVI, construido entre Ya en esa época se tenía el precedente del diseño de cajitas de música con lo cual se podía perfectamente programar la ejecución de melodías predestinadas y cabe remarcar que en el siglo XIX y principios del siglo XX estuvo de moda que algunos compositores crearan obras emulando la sonoridad de una cajita de música en el piano. Fontana dell'organo vista dalle Peschiere El órgano de agua en su construcción necesariamente tiene un sistema de fuelle de aire movido por la fuerza hidráulica y esta a su vez mueve a un mecanismo que hace posible reproducir melodías. 78

79 Es obvio que la Villa de Este se inspiró directamente en las técnicas romanas de la ingeniería hidráulica. Además también se inspiró en la Villa Adriana que era el palacio de retiro del emperador Adriano. Todos los diseños de paisajes europeos se vieron influenciados por los juegos de agua de la Villa de Este. Detalle del Órgano de Agua El Cardenal Alejandro de Este en 1605 amplió y reparó los jardines, pasando en el siglo XVII la villa y sus jardines a manos de la Casa de Habsburgo después de que Hércules III de Este los legara a su hija María-Beatriz, casada con el duque Fernando de Habsburgo. La villa y sus jardines fueron descuidados posteriormente debido que los ingenios hidráulicos caen en desuso y al mismo tiempo, muchas de las esculturas encargadas por Hipólito de Este fueron dispersadas en diferentes lugares. Cambió la situación bajo la tenencia del cardenal Gustav von Hohenlohe en el sigloi XIX, quién a su vez invitó a Franz Liszt quien quedó muy impresionado con el lugar y compuso una obra pianística llamada D Eaux à la Villa d Este (Los Juegos de Agua de la Villa de Este) y posteriormente años después Maurice Ravel retomaría el tema con su obra para piano Jeux d eau (Juegos de Agua). La Villa de Este fue adquirida por el Estado Italiano después de la Primera Guerra Mundial, siendo restaurada y amueblada de nuevo con pinturas de los almacenes de la Galería Nacional de Roma. Finalmente, La Villa de Este además de haber inspirado a diseñadores de fuentes, se puede decir que fue también fuente inspiración de poetas, escritores, pintores y músicos. La Cathédrale Engloutie Otra obra que relaciona música y agua es La Cathédrale Engloutie (La Catedral Sumergida) del Primer Libro de Preludios de Claude Aquiles Debussy. 79

80 En los Preludios de Debussy, cabe hacer la aclaración, que el autor no puso en título de las obras al principio sino al final de la misma, dejando así al intérprete la libertad de soltar su imaginación. De hecho, una esencia referente a la correcta interpretación de este tipo de obras es soltar la imaginación, e igualmente el que escucha debe transformar la música en imágenes que necesariamente conducirán a sentimientos. Con referencia a La Cathédrale Engloutie, Debussy se inspiró en una leyenda de la Catedral de Ys, la cual se hundió en las profundidades del mar de Bretaña hace 1500 años como castigo para la población de impíos. En la leyenda, se le permite a la catedral elevarse del agua al amanecer para recordar a la gente sus pecados, entonces se vuelve a sumergir lentamente a las profundidades dejando un ambiente místico de paz. Aquí en esta obra se encuentra presente el elemento agua, planos sonoros, misticismo, una catedral sumergida, el surgimiento portentoso de la catedral de las profundidades del mar, los monjes cantando cantos gregorianos que se transforman en voces corales y finalmente, el desvanecimiento de la catedral se vuelve a sumergir lentamente. En el año 2009 al estar en un Taller Literario de Narración de los Sentidos escribí algo referente a mi percepción personal sobre este preludio de Debussy dentro del cual menciono la siguiente historia fantástica: Y el Monje de la Estatua suavemente nos decía: Ahí, en el fondo de la bahía hay una catedral que se hundió a consecuencia de los pecados de los impíos. Cuando hay luna llena la catedral surge del mar en medio de majestuosos cantos que se transforman en cantos gregorianos. Abren entonces sus velas los barcos para salir a su encuentro los pescadores, enmudecidos se quedan absortos ante tal prodigio. 80

81 Antes del alba, lentamente se comienza a sumergir de nuevo, en medio de una suave niebla que termina por cubrirlo todo, quedando solamente murmullos de cantos de esos antiguos monjes medievales, dejando en el aire, un ambiente de santidad en medio de ecos, reminiscencias y recuerdos. El Monje de la Estatua Taller de Narración de los Sentidos José Antonio de Jesús Arredondo Garza Año 2009 Referencias Órgano de Agua de la Villa de Este:http://www.youtube.com/watch?v=gGJumf6m44M& feature=related D Eaux à la Villa d Este, Franz Liszt Jeux d eau, Maurice Ravel Les Préludes, Claude Aquiles Debussy 81

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83 Mesa II. El agua y las ciencias / Table II. Water and the Sciences Moderador magistral / Magistral Chairperson: Dr. Marco MurrayLasso, Académico fundador y Presidente fundador del Consejo de Honor de la AMCATH / Founding Academy Member, Founding President of the AMCATH Council of Honor Tema / Theme: EL AGUA Y LAS CIENCIAS: COMENTARIOS PRELIMINARES GENERALES WATER AND SCIENCE: GENERAL PRELIMINARY REMARKS 83

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85 EL AGUA Y LAS CIENCIAS: COMENTARIOS PRELIMINARES GENERALES WATER AND SCIENCE: GENERAL PRELIMINARY REMARKS Marco Antonio Murray Lasso* Presidente Fundador y Miembro de Honor, Academia Nacional de Ingeniería. Ex Presidente, Consejo de Academias de Ingeniería y Ciencias Tecnológicas (CAETS). Miembro Honor, Academia de Ingeniería. Consejero Educativo, MIT. Profesor, Facultad de Ingeniería, UNAM. * :Rembrandt 53, Col. Mixcoac, México, D.F. México Tel. +52(55) Correo-e ( ): RESUMEN Se presentan algunos comentarios preliminares sobre el agua, su historia científica, el interés de la Ciencia en el agua, las consecuencias en el mundo y aplicaciones del agua debidas tanto a su disponibilidad como a sus propiedades físicas y químicas comparadas con las de otras sustancias, el manejo y purificación del agua para beber y algunos efectos sociales del agua. Finalmente se da una breve bibliografía de la cual el lector puede obtener una más amplia. ABSTRACT Some general preliminary comments about water are presented together with its scientific history, the interest that Science has had with respect to water, the consequences for the world as well as 85

86 the applications of wate,r taking into account both its availability and its properties when compared with those of other substances. The handling of and purification of drinking water as well as its social effects are briefly covered. Finally, a short bibliography is provided, from which the reader can obtain a more extensive one. Palabras clave: Agua, aplicaciones, ciencia, efectos sociales, propiedades físicas y químicas Key Words: Water, applications, science, social effects, physical and chemical properties INTRODUCCIÓN El agua es una de las sustancias más importantes para que se dé la vida tal como la conocemos. Se cree que la vida en la Tierra comenzó en los océanos que contienen soluciones complejas de sustancias en el agua.. A temperatura ambiente en pequeñas cantidades el agua pura es un líquido transparente, incoloro, inodoro e insípido En el cuerpo humano se encuentra presente en un rango de 55 a 78% de su composición. El agua es el compuesto más abundante en la superficie de la tierra pues cubre cerca del 70% de su superficie. Es una de las pocas sustancias en la tierra que se presenta en forma natural en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso como hielo o nieve, agua o vapor. HISTORIA CIENTÍFICA Para los filósofos antiguos el agua era uno de los cuatro elementos de los que se componía el universo, siendo los otros tres el aire, la tierra y el fuego. Al agua se le consideró un elemento durante la Edad Media hasta que en el año 1781 el físico y químico inglés Henry Cavendish ( ) asombró al mundo científico con el anuncio de que el agua se obtenía a partir de la combustión del hidrógeno. Sin embargo, Cavendish estaba tan obsesionado con la explicación flogística de la combustión que no apreció en su totalidad su descubrimiento y la explicación tuvo que esperar a que el célebre químico francés Antoine-Laurent Lavoisier ( ) repitiera los experimentos de Cavendish dos años más tarde y estableciera que el agua no es un elemento sino un compuesto formado de hidrógeno y oxígeno. A estos eventos le siguieron estudios cuantitativos del químico sueco Jons Jacob Berzelius ( ) y el químico francés Pierre-Louis Dulong ( ) en En 1805 el químico francés Joseph-Louis Gay-Lussac ( ) con el científico alemán Alexander von Humboldt ( ) midieron que los volúmenes de hidrógeno y oxígeno para formar el agua se combinaban exactamente en proporción 2 : 1, estableciendo que la fórmula del agua es H 2 O. El químico francés Jean-Baptiste-André Dumas ( ) en 1842 determinó la composición del agua por su masa. Edward William Morley ( ) pesó con precisión en forma directa el hidrógeno y oxígeno del agua y reportó sus resultados en la primera reunión general de la Sociedad Americana de Química en La primera descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno por electrólisis la hizo en 1800 el químico inglés William Nicholson ( ). En 1933 se aisló el agua pesada pura, un compuesto de una parte de oxígeno por dos partes de deuterio, un isótopo del hidrógeno. El agua pesada se usa en algunos reactores nucleares. 86

87 INTERÉS DE LA CIENCIA EN EL AGUA La ciencia ha mostrado gran interés en el agua. Varias medidas científicas están relacionadas con ella. La Escala Centígrada de temperatura se definió inicialmente con base en las temperaturas de fusión del hielo y evaporación del agua a presiones determinadas por la atmósfera en ciertas latitudes. La Escala Kelvin se definió en algún momento en base al punto triple del agua. En 1795 en Francia se definió el gramo como el peso absoluto de un volumen de agua pura igual a un cubo de un centímetro de lado a la temperatura de la fusión del hielo. Por incertidumbres técnicas se han tenido que cambiar varias veces esta y otras definiciones. Además de utilizarse para definir unidades en la física, a la ciencia le ha interesado la determinación de las propiedades física y químicas del agua. tales como su densidad que depende de la temperatura, su muy alta capacidad calorífica, su calor latente de fusión y evaporación, su viscosidad, su transparencia a rayos de diferentes frecuencias, su capacidad de absorción de rayos infrarrojos y ultravioleta, su baja compresibilidad, su miscibilidad, su capacidad de disolver sustancias, su tensión superficial y capilaridad, su conductividad y otras propiedades eléctricas, su acidez y alcalinidad entre otras. El estudio del agua ha dado origen a varias ciencias entre las que está la hidrología, la hidromecánica y la hidráulica. Para almacenarla se construyen tanques, diques y presas. La química e ingeniería química así como la ingeniería ambiental se ocupan de los métodos para protegerla y purificarla para que sea apta para beberla. CONSECUENCIAS Y APLICACIONES DEL AGUA DEBIDO A SU DISPONIBILIDAD Y SUS PROPIEDADES Muchas de las propiedades del agua la hacen muy útil para la vida y para aplicaciones que le da el hombre. Muchos de los procesos de la vida se llevan a cabo con soluciones acuosas: sangre, jugos gástricos, etc. Asimismo, debido a las altas fuerzas de capilaridad, el agua vence a la gravedad cuando sube, en ocasiones grandes alturas en árboles, para soportar la vida en las partes más altas de dichas. plantas. Debido a su gran capacidad de almacenar calor, la cual supera la de todas las sustancias naturales menos el amoniaco, los cuerpos de agua como los lagos y océanos regulan la temperatura de las porciones de tierra cerca de ellos. El agua se utiliza mucho en la industria y en los hogares como vehículo de calentamiento y enfriamiento. El agua se utiliza con mucha frecuencia en la extinción de incendios ya sea de edificaciones o de pastizales y bosques. En cuanto al problema del calentamiento global y cambio climático el océano absorbe mil veces más calor que la atmósfera y guarda del 80 al 90% del calor global de la tierra. El alto calor latente de fusión ayuda a retardar la fusión del hielo en los polos jugando un papel estabilizador en el clima muy importante, además de jugar, en forma de hielo, un papel importante en la refrigeración de alimentos para retrasar su descomposición. 87

88 La densidad del agua depende de la temperatura en forma no lineal, de modo que su máxima densidad ocurre a 4 C. Esta peculiaridad permite que en cuerpos de agua suficientemente profundos el agua más densa se vaya al fondo, el hielo flote y el agua profunda no se congele y permita la vida de peces y otros seres acuáticos aún en zonas muy frías. En el océano este fenómeno es ayudado por el hecho que, debido a las sales disueltas, el punto de fusión del hielo es más bajo (por eso en la elaboración de nieves y helados se utiliza hielo con sal añadida y en los países en que caen nevadas, para evitar que se forme hielo resbaloso, se esparce sal en el suelo mojado) El hecho que el hielo flote es muy benéfico a la navegación pues los icebergs y capas de hielo en ríos y lagos son visibles. Debido a la miscibilidad y capacidad del agua de disolver sustancias se le da el nombre de solvente universal. Esto hace que se use mucho en la industria como solvente. En particular, debido a que todos los componentes principales de las células como proteínas, ADN y polisacáridos se disuelven en el agua. También se disuelven sales, azúcares, ácidos, sustancias alcalinas, y algunos gases. Estas propiedades hacen que el agua sea muy utilizada en la industria alimentaria. Su gran miscibilidad con el etanol, con el cual puede formar líquidos homogéneos en cualesquier proporción, facilita enormemente la fabricación de alcohol industrial y bebidas alcohólicas muy estables de diferentes graduaciones. Como gas, el vapor de agua es totalmente miscible con el aire, propiedad que le da muchos usos industriales a la mezcla, tanto para calentamiento como para aplicaciones donde se guarda como gas a presión, limpiador, y muchas otras aplicaciones. La máquina de vapor dio pie a la Revolución Industrial. Por su gran capacidad como disolvente el agua se utiliza en el lavado y limpiado doméstico, industrial, y municipal para el lavado corporal, de ropa, de las calles, de los automóviles y otros vehículos y de objetos en la industria. Algunas industrias, como la de fabricación de papel, son grandes consumidoras de agua. En agricultura, el agua se utiliza para el riego de plantas, y transporte de madera.. En la industria se utiliza como transmisor y distribuidor de presión. El agua en forma de vapor se utiliza en la industria para mover turbinas y como fuente de calor para calentar fluidos. En estado sólido como huelo se utiliza como agente enfriador. El agua en los ríos, lagos y el océano se utiliza como medio de navegación. MANEJO DEL AGUA Por su valor tanto en la vida humana, animal y vegetal como en aplicaciones de otra índole hay necesidad de almacenar el agua en albercas, tinacos, tambos, cubetas, jarras, vasos, etc. Para mover o subir el agua se requieren diversos tipos de bombas. Para transportarla y distribuirla se construyen redes complejas de tubos y grandes obras civiles incluyendo presas, diques y lagos artificiales para captarla, almacenarla y controlar su flujo. Esto da origen a muchas actividades en la ingeniería e industria. PURIFICACIÓN DEL AGUA El agua se puede contaminar tanto con contaminantes orgánicos como inorgánicos así como microorganismos vivos, pues a menudo las industrias la utilizan para eliminar desechos industriales y la gente las utiliza en el drenaje y como tiraderos. Para recuperar esa agua y hacerla apta para el 88

89 consumo humano y animal hay diversos procesos que se pueden utilizar. Cuando existen partículas suspendidas se pueden usar cribas o filtros para separarlas. Un método alternativo es la sedimentación. El carbón activado y la aereación son útiles para quitarle malos olores y sabores al agua. El añadirle pequeñas cantidades de cloro es un método que se usa en algunas ciudades. En muchas ciudades se construyen grandes plantas de tratamiento utilizando una combinación de procesos que pueden terminar con agua potable y/o agua propia para el riego y uso industrial. Cuando el agua casi no tiene impurezas y sólo microorganismos, se puede utilizar el método de irradiación y en situaciones domésticas un método eficaz para potabilizarla es hervirla o añadirle una pequeña cantidad de cloro. Cuando el agua contiene sustancias químicas tóxicas generalmente se requieren métodos químicos especializados dependiendo de la naturaleza de las sustancias extrañas. Algunos de estos métodos químicos también se utilizan para quitarle la dureza al agua. Finalmente, el agua que se utiliza en los laboratorios generalmente se destila y en algunos casos se doble destila.. ALGUNOS EFECTOS SOCIALES DEL AGUA El agua no está distribuida uniformemente en el mundo. Algunos países o regiones no tienen colindancia con los océanos y están en desventaja con respecto a aquellos que sí la tienen para importar y exportar productos por vía marítima. Algunos países o regiones son sumamente secos y gran parte de su territorio es desierto. Para estos países el agua toma un valor relativamente alto con respecto a otros bienes. Muchos ríos, lagos y mares pasan o están adyacentes a países distintos, por lo que es necesario que dichos países firmen tratados internacionales para definir los derechos de cada país sobre el agua que comparten. Esta situación ha motivado guerras en el pasado y se espera las siga motivando en el futuro al ir creciendo la población mundial. Muchos investigadores de ciencias sociales predicen que habrá más guerras en el futuro por el agua que las que ha habido por el petróleo. La disponibilidad de agua en abundancia en sus fuentes naturales ha sido muy importante en la selección del sitio de grandes asentamientos humanos. Muchas de las grandes ciudades del mundo se han establecido cerca de ríos, lagos o el océano. Algunos ejemplos son: El Cairo, Bagdad, Ciudad de México (en tiempos de la Gran Tenochtitlán), Roma, Londres, París, Amsterdam, Leningrado, Nueva York, Boston, Chicago, Toronto, Buenos Aires. No obstante su enorme utilidad, el agua también puede ser causa de catástrofes que destruyen bienes y vidas. En muchas regiones de la Tierra se presentan esporádicamente inundaciones y tormentas acompañadas de viento que destruyen hogares, vidas y otros bienes. Los huracanes, tifones, y tsunamis han causado muchos estragos en diferentes regiones de la tierra. En alta mar muchos barcos pesqueros y otras embarcaciones pueden hundirse o dañarse severamente por tormentas marinas acompañadas de grandes olas. Los huracanes del Atlántico y del Caribe y otros mares cada año amenazan regiones enteras y la ciencia de la meteorología está muy interesada en predecir sus trayectorias para que la población tome las precauciones necesarias para evitar lo más posible desgracias. Para este efecto se utilizan satélites y grandes redes de instrumentos para predecir el 89

90 estado del tiempo con varios días de anticipación. También se utilizan redes de comunicación masiva para advertir a la población de los eventos. En países en altas latitudes las tormentas de nieve pueden causar muchos daños en ciudades a la circulación de vehículos y a la navegación y transporte aéreo. Todo esto es capaz de causar muchas molestias y grandes daños económicos a la población. La agricultura es otra de la víctimas de las heladas, lluvias torrenciales o de los prolongados períodos de sequía. En zonas desérticas y de grandes asentamientos humanos el agua potable es escasa y por lo tanto adquiere un gran valor económico. Se dice que las próximas guerras ya no serán por el petróleo sino por la posesión del agua. En vista de que los mares y océanos son fuentes importantísimas de agua, hay mucho interés en quitarle las sales a dicha agua para hacerla apta para el consumo humano. Una fuente muy importante de agua son los yacimientos de hielo que se forman en las montañas y en las regiones polares y las que se acumulan en los mantos freáticos. El agua es tan importante para los asentamientos humanos que muchas de las grandes ciudades del mundo se establecieron en las orillas de ríos, lagos, mares y océanos. Ejemplos son: Londres, Roma, París, Nueva York, Chicago, la Ciudad de México (en las épocas de la Gran Tenochtitlán), Buenos Aires. CONCLUSIÓN En este breve artículo se han esbozado algunas de las conexiones que existen entre el agua y la ciencia señalando la importancia que tiene el agua para la vida y las aplicaciones al servicio del hombre. Se han dado breves explicaciones de lo afortunado que es para la vida en el planeta que el agua tenga ciertas propiedades físicas y químicas. Son tantos los beneficios y usos del agua que no se puede exagerar su importancia que la convierte en una de las sustancias más importantes para la civilización. Es por eso que hay tanto interés en el agua y por eso que la ciencia la estudia con mucho detalle. Tan es así que vaias ciencias surgen de su estudio y varias unidades de medición se han definido basadas en el agua. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta, Microsoft Corporation, Collier s Encyclopedia. MacMillan Educational Corporation, Encyclopaedia Britannica 2004: Ultimate Reference Suite CD.Encyclopaedia Britannica, Inc Wikipedia, The Free Encyclopedia Wikipedia.org/wiki/ Consultada: mayo 20,

91 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE El agua y la salud Water and health Dr. Jesús Kumate Rodríguez Presidente del Consejo de Honor de la AMCATH , , Académico Fundador de la Comisión de Medicina / AMCATH President of the Honor Council , , Founding Academic Member of the Commission for Medicine 91

92 92

93 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE MARES LIMPIOS CLEAN OCEANS Dra. Leticia Rosales-Hoz Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, México D. F., MÉXICO RESUMEN El estudio de metales pesados en zonas costeras y marinas es prioritario para la preservación del hábitat marino. La erosión derivada de la tala de bosques y uso de suelos agrícolas, urbanos e industriales contribuye en la erosión costera pues en al ambiente de playa la energía del oleaje removerá partículas más finas que cada vez son más abundantes en los litorales y los sedimentos más lodosos serán sedimentos con mayor capacidad de alojar contaminantes diversos. El exceso de nutrientes en zonas costeras produce zonas de hipoxia en el agua de mar y los metales pesados biodisponibles representan una amenaza para los mares limpios. Las instituciones de investigación superior tienen frente a sí el reto contribuir a la preservación de un ambiente marino sano. 93

94 ABSTRACT The study of heavy metals in coastal and marine areas is a priority for the preservation of the marine habitat. Erosion resulting from logging and farming, urban and industrial land uses contributes to coastal erosion as wave energy in littorals remove finer particles that are becoming more abundant in the coastal and muddy sediments that are more capable of retaining various pollutants. Excess nutrients in coastal areas of hypoxia occur in seawater and bio available heavy metals pose a threat to the seas. Research institutions are facing the challenge to contribute to the preservation of a healthy marine environment. Palabras clave: agua de mar, hipoxia, nutrientes, metales, erosión Keywords: sea water, hypoxia, nutrients, metals, erosion INTRODUCCIÓN México posee un territorio continental de 1, 962,375 km 2 y un área marina de 3, 149,920 km 2, es decir, el área marina es 1.6 veces mayor que el área terrestre. Adicionalmente en el área marina es en donde se concentran las principales pesquerías, recursos de hidrocarburos (Vázquez-Botello et al., 2004), materiales de construcción, recursos minerales de importancia económica, los arrecifes de coral y una enorme biodiversidad marina, la cual se concentra principalmente en las zonas costeras. En la Tabla 1, de Long et al. (1995), se da un listado de los principales problemas que se presentan actualmente en las zonas costeras del mundo, en México el problema es más grave pues la cantidad de científicos que estudian la parte marina es muy limitada y su estudio requiere de recursos costosos empezando por los buques oceanográficos y su instrumentación, esto retraso el inicio de la investigación oceanográfica en México la cual dio inicio hace menos de cuarenta años. Tabla 1. Principales problemas ambientales de la Zona Costera (Long et al., 1995) Eutrofización Desarrollo/modificación/destrucción de hábitats Interrupción de ciclos hidrológicos costeros Difusión de toxinas y patógenos Introducción de especies exóticas Contaminación por plásticos, metales pesados, hidrocarburos y otros Erosión acelerada del litoral por deforestación y desertificación Sobreexplotación de recursos Variabilidad y cambio climático global 94

95 METODOLOGÍAS EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA El estudio integral del ambiente marino requiere de la participación de diferentes áreas del conocimiento, como son biología, química, física y geología y el uso de embarcaciones y/o buques oceanográficos equipados con equipos altamente especializados que permitan la obtención de información. Hacia finales de la década de los 70 la UNAM adquirió dos buques oceanográficos, cuya instrumentación científica fue actualizada en Noventa por ciento de la investigación realizada en los mares Mexicanos y 80% a 90% de la formación de oceanógrafos de México se ha logrado con su valioso apoyo. Los trabajos realizados en los B/O de la UNAM han contribuido con más de 1,500 artículos y a través de su uso se han descubierto más de 180 especies, los primeros nódulos de manganeso estudiados por mexicanos, la detección de campos de hidratos de carbono, volcanes de asfalto y la determinación de patrones de circulación y corrientes en los mares de México, solo por citar algunos ejemplos. En este trabajo se hace énfasis en el estudio de metales pesados y nutrientes RESULTADOS Y DISCUSIÓN El uso excesivo de fertilizantes en los campos agrícolas ha producido que los ríos que llegan a la zona costera acarreen un exceso de nitrógeno, esto produce afloramientos masivos de plancton, el cual al degradarse consume el oxígeno disuelto en el agua lo que ocasiona zonas de hipoxia o anoxia que ocasionan la migración o muerte de las especies presentes en estas áreas. Las descargas continentales arrojadas hacia la zona costera sin un tratamiento adecuado pueden producir problemas tales como la difusión de toxinas y patógenos. En estudios realizados frente a la desembocadura del río Pánuco se ha observado (Fig. 1) una mayor concentración de nutrientes. El polígono superior corresponde con el valor promedio y desviación estándar para la época de lluvias y el polígono inferior para la época de sequías. Los muestreos en ambos casos corresponden con estaciones colectadas entre 20 y 70 m de profundidad a bordo del buque oceanográfico Justo Sierra. El incremento para nitrógeno total disuelto en época de lluvias parece corresponder con un mayor lixiviado de nutrientes utilizados en campos agrícolas. En los estudios de contaminación por metales pesados se pueden presentar en el ambiente acuático en diferentes formas: 1) disueltos en la columna de agua, 2) en el material suspendido, 3) en los sedimentos o 4) en el agua intersticial. El análisis de metales en los sedimentos permite evaluar como ha evolucionado la concentración de los metales a través del tiempo. Las lagunas, estuarios y mares marginales son las áreas donde quedan atrapados grandes partes de los metales y solo una fracción menor llega al océano. En el estuario del Río Coatzacoalcos (Rosales y Carranza, 2005), a lo largo de 50 km a partir de la desembocadura del río se encontró, durante tres épocas diferentes (enero, época de nortes, abril 95

96 época de secas y agosto época de lluvias) que en abril, cuando el caudal del río es más bajo, se presentaron los valores más altos de concentración de cadmio, cobre, y zinc en sedimentos fluviales; particularmente en la estación ubicada en la zona de la dársena donde existen también niveles más bajos de energía. N total disuelto SiO 4 PO 4 Figura 1. Estudios realizados frente a la desembocadura del río Pánuco, concentración de nutrientes: El polígono superior corresponde con el valor promedio y desviación estándar para la época de lluvias y el polígono inferior para la época de sequías Los valores más altos de cromo y níquel se encontraron en la misma época pero en frente de la zona del astillero. Los valores más altos de vanadio se encontraron en la zona de la dársena pero durante el mes de agosto, correspondiente a la época de lluvias. Para determinar si las concentraciones de metales presentes en los sedimentos están por arriba de valores que se considerarían normales, se llevó a cabo una prueba estadística t comparando los valores de metales en los sedimentos de la parte baja del río donde se ubica la zona industrial, con sedimentos de la parte alta. En aquellas estaciones donde la concentración de metales era significativamente más alta que los valores de referencia, se rechazo la hipótesis de que las concentraciones de metales son iguales y se sugiere un origen antrópico para los metales en ciertas estaciones. La dársena de pajaritos recibe descargas de varios complejos industriales, además de las descargas de los buques de carga que vierten sus deshechos ahí, y es uno de los sitios más contaminados, adicionalmente, la dársena está aislada del resto del río y el intercambio de agua entre el río y la dársena es bajo. Con objeto de evaluar como ha variado la concentración de metales a través del tiempo en el estuario del Río Coatzacoalcos (Rosales-Hoz y Carranza-Edwards, 1998; Rosales-Hoz et al., 2003) 96

97 se tomaron núcleos de sedimentos en varias localidades. En el núcleo colectado en el río 4.5 km antes de su desembocadura, en el punto donde el arroyo Teapa procede de un importante corredor industrial que se conecta con al Río Coatzacoalcos, se obtuvieron valores de materia orgánica cuatro veces mas alta que en la estación tomada como referencia. Aquí la concentración de metales pesados fue significativamente más alta que en los otros núcleos estudiados. Los elementos que muestran mayor enriquecimiento fueron zinc, níquel y cobre, en tanto que el vanadio muestra un aumento gradual de concentración hacia la superficie, lo que sugiere que las descargas de este metal fueron aumentando a través de los años. En investigaciones relativas a la concentración de metales en sedimento en la zona costera adyacente al Puerto de Veracruz, en las inmediaciones de la Isla de Sacrificios (Rosales-Hoz et al., 2007, Rosales-Hoz et al., 2008) durante los meses de febrero (época de nortes), junio (secas), y octubre (lluvias) se observó que los valores más altos de metales durante el mes de octubre aparentemente asociado a las mayores descargas del río Jamapa localizado 7 km al sur de la Isla de Sacrificios, y a una mayor cantidad de escurrimientos urbanos. Las concentraciones de los metales fueron en orden decreciente hierro <vanadio <cromo <zinc <níquel <plomo <cobre. Las máximas concentraciones para cada metal variaron de localidad lo que sugiere fuentes de aporte diferentes; así las estaciones localizadas cerca de la desembocadura del Río Jamapa muestran los valores más altos de cobre y vanadio sugiriendo su origen asociado a los materiales acarreados por el río. Altas concentraciones de cobre, níquel, y zinc se presentan muy cerca de la costa lo que sugiere su origen asociado a descargas urbanas. En dos estaciones localizadas cerca del puerto se presentaron valores altos de cobre, níquel, cromo, vanadio, plomo y zinc aparentemente asociados a las actividades portuarias. Durante el mes de febrero las concentraciones de metales fueron más bajas que en los otros meses, aparentemente los fuertes vientos que se presentan en esa época produce una mezcla de sedimentos lo que diluye la concentración de los metales. Las concentraciones promedio encontradas en el área son de mg/kg para cobre, mg/kg para cromo, mg/kg para níquel, mg/kg para plomo y vanadio mostro grandes variaciones desde 83 a mg/kg. Usando la concentración de metales en sedimentos del Río Jamapa se calcularon los factores de enriquecimiento (FE) para cada metal siendo FE= 4.42 en octubre para cromo y EF= 2.34 para níquel, en las estaciones cercanas a los escurrimientos urbanos. En febrero el plomo mostró un alto FE=7.69. La concentración de metales en los sedimentos muestra una fuerte correlación con el tamaño de las partículas de sedimento. Los sedimentos finos tienen mayor concentración de metales. Únicamente el plomo no muestra una correlación significativa lo que sugiere un mecanismo diferente de introducción. Los metales son contaminantes persistentes que pueden permanecer en el medio ambiente por mucho tiempo, Long et al. (1995) se basaron en datos de metales en sedimentos para evaluar los impactos biológicos adversos de los metales. De acuerdo con este estudio los efectos adversos biológicos de los metales biodisponibles en el área son: zinc (6.1 %), plomo (8.0 %), cobre (9.4 %), 97

98 níquel (16.7 %) y cromo (21.1 %), con base en lo anterior se puede decir que el cromo es el metal que presenta el mayor riesgo de contaminación en el área. CONCLUSIÓN Entre los diversos contaminantes arrojados tanto en zonas costeras como marinas, se resalta la importancia de los metales pesados que se han determinado y señalado por diversos autores en años recientes. Son frecuentes las advertencias de realizar monitoreos que permitan investigar y prevenir daños ecológicos en los mares mexicanos. De esta forma las instituciones de investigación contribuirán eficientemente al cuidado de los mares limpios. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Long, E.R., D.D. MacDonald, S.L. Smith and F.D. Calder, Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments. Environ. Manage. 19: Rosales Hoz L. and A. Carranza Edwards, Heavy metals in sediments from Coatzacoalcos River, Mexico. Bull. Env. Contam and Toxicology 60, Rosales Hoz L. y Carranza Edwards A Estudio Geoquímica de metales en el Estuario del Río Coatzacolcos. En Golfo de México Contaminación e Impacto Ambiental. Ed. A.V. Botello, j. Rendon von Osten, G. Gold Bouchot, C. Agraz Hernandez. Cap 23, Rosales Hoz L., Cundy A.B., and Bahena Manjarrez J.L., Heavy metals in sediment cores from a tropical estuary affected by anthropogenic discharges: Coatzacoalcos Estuary. Mexico. Estuarine Coastal and Shelf Science 58, Rosales-Hoz L., Carranza-Edwards A. and Celis Hernández O., Environmental Implications of Heavy Metals in Surface Sediments near Isla de Sacrificios, Mexico. Bull Environ Contam Toxicol (2007) 78: Rosales-Hoz L., Kasper-Zubillaga J.J., Carranza-Edwards A. y Celis Hernández O., Composición geoquímica de sedimentos superficiales alrededor del ecosistema arrecifal de Isla Sacrificio, Veracruz, México. Rev. Hidrobiológica 18(2):1-11. Vázquez Botello A., Villanueva Fragoso S., Rosales Hoz L Distribución y Contaminación de metales en el Golfo de México, Vol 2: En Diagnostico Ambiental del Golfo de México. Ed. M. Caso, I. Pisanty y E. Ezcurra Secretaria de Medio Ambiente y Recursos naturales INE, Harte Research Institute 98

99 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER Biodiversidad acuática global: una estrategia para su conservación Global aquatic biodiversity: A strategy for its conservation Raúl Pineda-López UAQ, Coordinador de la Maestría en Gestión Integrada de Cuencas / UAQ, Coordinator of the Master s Program in Management of Basins Biólogo por la Facultad de Ciencias, U.N.A.M. ( ), Maestría en Ciencias (Biología) por la Facultad de Ciencias, U.N.A.M. ( ) y Doctorado en Filosofía (Ciencias Biológicas), por la Universidad de Exeter, Inglaterra. Profesor- Investigador en la U.J.A.T. ( ). Director de la División de Ciencias Biológicas de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco ( ), Profesor-investigador de Tiempo Completo en la Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad Autónoma de Querétaro desde 1995 a la fecha y actualmente Coordinador de la Maestría en Gestión Integrada de Cuencas desde el Las líneas de investigación que maneja son la gestión integrada de cuencas, la conservación de ecosistemas acuáticos y la ecología de los parásitos de animales silvestres. Como responsable ha dirigido 35 proyectos de investigación financiados por instancias nacionales e internacionales y publicado 35 trabajos de investigación en revistas y libros nacionales e internaciones y tres libros. 99

100 Raúl Pineda-López 1 Topiltzin Contreras-Macbeath 2 Maestría en Gestión Integrada de Cuencas, Universidad Autónoma de Querétaro 1 y Centro de Investigaciones Biológicas, Universidad Autónoma del Estado de Morelos 2 Resumen Debido a que las especies dulceacuícolas son frecuentemente indicadoras del estado de salud de los ambientes en donde habitan, se vuelve prioritario definir cuanto antes una estrategia global para lograr su conservación. En respuesta a ello la UICN, a través de la Comisión de Sobrevivencia de Especies (CSE), decidió crear el Sub-Comité de Conservación de Especies Dulceacuícolas para que (1) coordine las actividades de conservación de éstas especies al interior de la CSE, e identifique patrones emergentes (2) elabore recomendaciones basadas en esta coordinación, (3) represente a la CSE en temas relacionados con las aguas dulces y (4) ayude a la CSE a involucrarse de manera importante en todos los foros globales que se relacionen con el tema. Para lograr lo anterior, se llevó a cabo un simposio en Querétaro, México del 21 al 24 de junio, al cual asistieron algunos de los líderes mundiales en diversos temas relacionados con el agua dulce y el trabajo en torno a las especies indicadoras del estado de salud de los ecosistemas. El simposio permitió definir la visión, misión, objetivos y metas de lo que será la primera Estrategia Global de Conservación de Especies Dulceacuícolas. Además se propuso publicar el documento resultante, se constituyó un grupo de trabajo para México y se inició un proyecto piloto en la materia en nuestro país. El contexto Las actividades humanas han afectado severamente la condición de los ecosistemas dulceacuícolas de todo el planeta, lo anterior a través de la construcción de presas, extracción de agua, contaminación, introducción de especies exóticas, sobre pesca y acuacultura. Como consecuencia de lo anterior, se ha reducido considerablemente su capacidad para sostener su biodiversidad natural, de tal forma que muchas poblaciones están declinando rápidamente y han ocurrido numerosas extinciones (Abell et al., 2008; Dudgeon et al., 2006; MEA, 2005; Revenga et al., 2000; Salafsky et al., 2008). Se sabe que las tasas de declinación de la biodiversidad dulceacuícola son mucho mayores que las que ocurren actualmente en los ambientes terrestres y marinos (Dudgeon et al. 2006; Ricciardi y Rasmussen 1999). La situación anterior es muy lamentable, ya que los ecosistemas dulceacuícolas sostienen una proporción importante de la biodiversidad global. En este sentido, los ecosistemas dulceacuícolas ocupan apenas el 0.8% de la superficie planetaria, sin embargo albergan al menos 100,000 especies, lo que representa cerca del 6% de todas las especies descritas (Abell et al., 2008). Unas 12,000 especies de peces viven en aguas dulces, lo cual representa el 43% de la diversidad global del grupo 100

101 y una cuarta parte de la diversidad de vertebrados (Nelson, 2006). Si a estas cifras le sumamos anfibios, reptiles acuáticos (cocodrilos y tortugas) y mamíferos (nutrias, delfines de río y ornitorrincos) nos lleva a un tercio de la diversidad de vertebrados (Dudgeon et al., 2006). Pero desafortunadamente las aguas dulces son tal vez los ecosistemas más impactados del planeta. Estos tienen además contacto directo con sus cuencas de captación, por lo que las alteraciones en el uso del suelo los afectan considerablemente (Malmqvist y Rundle, 2002). Consecuentemente, a pesar de que no existen evaluaciones completas para muchos grupos dulceacuícolas (IUCN, 2009), los resultados preliminares muestran altos porcentajes de especies amenazadas (tabla 1) para grupos como lo peces dulceacuícolas (44%), anfibios (30%) y odonatos (13%), algunos de los cuales enfrentan amenaza severa de extinción (peces dulceacuícolas 9% y anfibios 7.7%) si los comparamos con grupos terrestres (aves 1.8% y mamíferos 3.4%). Tabla 1. Porcentaje de especies amenazadas para algunos grupos (Datos basados en IUCN 2009) Grupo/# especies Peces Odonatos/ 1,989 Anfibios/ 6,285 Aves/ 9,998 Mamíferos/ 5,490 evaluadas dulceacuícolas /3,120 Amenazados (%) Críticamente amenazados (%) Deficiente en datos (%) A pesar de esta combinación de extraordinaria biodiversidad, alto endemismo y amenazadas excepcionales, existen pocos esfuerzos para su conservación a nivel global que incluyan de manera importante a estas especies (Abell et al., 2008). Tal vez esto sea consecuencia de que no existe, salvo el caso de los anfibios y cangrejos dulceacuícolas, indicadores globales para la mayoría de las especies (Darwall et al., 2009). La designación de áreas naturales protegidas, principalmente en el ambiente terrestre, ha sido la piedra angular de los esfuerzos de conservación y recientemente ha sucedido lo mismo para grandes áreas en los océanos (Suski y Cooke, 2007), pero desafortunadamente la designación de áreas naturales protegidas dulceacuícolas se han quedado atrás como estrategas de conservación, tal vez debido a que existen pocos modelos exitosos a seguir y porque las nociones tradicionales de áreas protegidas no se traducen de manera natural al ambiente dulceacuícola (Abell et al., 2007). Pero el impacto de la pérdida de la biodiversidad dulceacuícola va más allá de la extinción de especies ya que en la actualidad la pesca sigue siendo en la actualidad el mayor uso extractivo de la vida silvestre en el planeta, con una captura anual de 93.8 millones de toneladas (FAO, 2007). La captura total para aguas dulces en 2005 fue de 9,712,551 tn, de las cuales los peces dulceacuícolas representaron 8,360,729 (87%), los peces diadromos 309,180 (3%), los marinos que se pescan en 101

102 aguas dulces 74,751 (1%), crustáceos 420,387 (4%), moluscos 428,009 (4%), y otras especies acuáticas 48,665 (1%) (Figura 1)(FAO, 2008). Figura 1. Porcentaje de captura por categorías para 2005 (FAO, 2008) Cerca del 94% de todas las pesquerías dulceacuícolas ocurren en países en desarrollo (Figura 2) (FAO, 2007), por lo que al nivel más básico los peces proveen beneficios directos como alimento a las comunidades marginadas de los países en desarrollo. Proveen además ingresos para millones de personas y contribuyen al bienestar económico de estos países a través de exportaciones, turismo y recreación (Worldfish Center, 2002). 102

103 Pero además se sabe que estas pesquerías están sub-registradas en un factor de dos o tres (Revenga et al., 2000), por lo que se estima que la captura real es del orden de 30 millones de toneladas. Lo interesante de este dato, es que estas 20 millones de toneladas extras se relacionan con pesquerías de subsistencia, por lo que representan una fuente de proteínas que va directamente a los más pobres. Desafortunadamente, también se sabe que las pesquerías tradicionales han sido afectadas por la degradación de los ecosistemas acuáticos y que muchas de estas ya no se pueden sostener sin la intervención humana (Revenga et al., 2000). Esta situación se agrava debido a que la sobre explotación apenas se reconoce para las aguas dulces debido a datos deficientes y debido a que las declinaciones en las pesquerías ocurren como consecuencia de un complejo de presiones (Allan et al., 2005). Si bien existen algunos esfuerzos globales para atender el tema de las aguas dulces, como el Foro Mundial del Agua, por lo regular los temas relacionados con la biodiversidad dulceacuícola se dejan de lado o en el mejor de los casos quedan en segundo término, inclusive al interior del Programa de Agua de la UICN, de ahí que se haya tomado la decisión de crear el Sub-Comité de Conservación de Especies Dulceacuícolas. Desafortunadamente en México se presentan prácticamente todas las amenazas que han sido identificadas a nivel global para ambientes dulceacuícolas, tales como modificaciones a los recursos acuáticos y sobreexplotación del agua, contaminación e introducción de especies exóticas (Salasfsky et al., 2007), lo cual ha traído impactos negativos sobre los ecosistemas dulceacuícolas y su biodiversidad (Contreras et al., 2008, Challenger et al. 2009), como lo demuestra el hecho de que con 21 especies de peces extintas (16 extintas y 5 extintas en la naturaleza), el país ocupa el primer lugar a nivel global con el 20% de las extinciones conocidas (Mittermeier et al., 2010). Esta situación ha despertado el interés tanto de investigadores como de diversas organizaciones, de tal forma que se han hecho importantes esfuerzos para conocer el estado actual de los ecosistemas acuáticos y su biodiversidad, así como para identificar áreas prioritarias de conservación. Entre estos destacan las Regiones Hidrológicas Prioritarias de CONABIO (Arriaga et al., 2002), la Planeación ecorregional para la biodiversidad dulceacuícola realizada por The Nature Conservancy y Pronatura (Carrillo-Rivera et al., 2007) o el Análisis de vacíos y omisiones en conservación de la biodiversidad dulceacuícola realizado por CONABIO (en prensa). A pesar de que se ha avanzado, si tomamos lo planteado por Knight et al. (2006) en lo referente a la planeación para la conservación, todos estos estudios corresponden al componente de Evaluación Sistemática para la Conservación y a la fecha ha existido, como ocurre para el caso de los ecosistemas dulceacuícolas de muchos otros países, un vacío en el componente de Estrategia de Implementación, donde se definen objetivos y acciones de conservación, se asignan responsabilidades y compromisos (Figura 3). 103

104 El proceso La Comisión de Supervivencia de Especies (CSE) dentro de la Unión Internacional para la Conservación (UICN) cuenta con poco más de 7,500 expertos voluntarios de casi la totalidad de los países del mundo, todos trabajando juntos para alcanzar nuestra visión de Un mundo que valora y conserva los niveles actuales de la biodiversidad. Planeación de la Conservación Evaluación Sistemática para la Conservación Prioridades en las acciones de conservación Vacío evaluaciónplaneación Estrategia de Implementación Definición de objetivos, acciones de conservación asignación de responsabilidades y compromisos Vacío planeación-acción Manejo para la conservación Implementación de acciones efectivas de conservación Participación sectorial Figura 3. Componentes de la conservación (Basado en Knight et al. 2006) En estrecha colaboración con el Programa de Especies, la función principal de la CSE es la de proveer información a la UICN sobre la conservación de la biodiversidad, del valor inherente de las especies, de su función en la salud y en la dinámica de los ecosistemas, en el aprovisionamiento de servicios ambientales y se su soporte al bienestar humano. Los miembros de la CSE también proporcionan asesoría científica a organizaciones ambientales, agencias gubernamentales y a otros miembros de la UICN y además apoyan la implementación de acuerdos multilaterales.en su estructura la CSE es gobernada por una mesa directiva, de la cual se desprenden varios sub-comités, grupos de trabajo, así como poco más de 100 grupos de especialistas que es donde se agrupa a la mayoría de los miembros. Los Sub-Comités son creados para poner énfasis a temas específicos. Entre los 6 sub-comités existentes se tiene a: El Comité de la lista Roja que es tal vez el más conocido por la publicación de la Lista Roja de especies en riesgo, el Sub-Comité de Conservación de Especies Marinas, el Sub- 104

105 Comité de Conservación de Plantas, el Sub-Comité de Conservación de Invertebrados y el recién creado Sub-Comité de Conservación de Especies Dulceacuícolas. Este último surge en respuesta a la crisis global que sufren los ambientes dulceacuícolas y su biodiversidad, mismas que se describen en la justificación de la presente propuesta, la CSE decidió el año pasado en Chironí Venezuela, crear un Sub-comité de Conservación de Especies Dulceacuícolas, que atienda a las causas y que busque soluciones a dicha crisis. Para ello se nombro a Topiltzin Contreras-MacBeath como líder del Sub-Comité y se convocó a finales del año pasado a un grupo de expertos en diversos temas a nivel global quienes después de una primera reunión de planeación definieron trabajarán en: Coordinar las actividades de conservación de especies dulceacuícolas al interior de la CSE, para identificar patrones emergentes y asegurar que los temas no pasen desapercibidos. Elaborar recomendaciones basadas en esta coordinación. Representar a la Comisión en temas relacionados con las aguas dulces. Ayudar a la Comisión a involucrarse de manera importante en todos los foros globales que se relacionen con el tema. Pero para poder lograr lo anterior, hubo consenso en el que se debía realizar una reunión de planeación estratégica en la que se definieran la visión, misión, objetivos y metas del grupo, a partir de la cual sea posible además estructurar tanto una agenda, como una estrategia de financiamiento para cumplir con estos objetivos. Para dicha reunión se convocó a algunos de los más importantes expertos en el área de los recursos acuáticos a nivel global, quienes además representan a algunas de las organizaciones líderes en el tema como: The Nature Conservancy, Conservation International, Wetlands International, Convención RAMSAR, BIODIVERSITAS, IUCN Species Programme-Freshwater Unit, IUCN World Commission on Protected Areas, IUCN/SSC Freshwater Fish Specialist Group, IUCN/SSC Tortoise and Freshwater Turtle Specialist Group, Ardeola Environmental services UK, University of Stellenbosch Sudáfrica, así como a diversos expertos de instituciones Mexicanas: Comisión para el conocimiento y uso de la Biodiversidad, Universidad Autónoma del estado de Morelos, Universidad Autónoma de Querétaro, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Universidad michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Universidad Nacional Autónoma de México, World Wildlife Fund-México, Universidad Nacional Autónoma de México y el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, quienes se espera se conformen en un grupo de trabajo para el país. Objetivo general Diseñar una estrategia de trabajo que permita enfrentar la crisis actual que existe con relación a la biodiversidad dulceacuícola global y que sirva además como el instrumento de planeación básica para organizaciones ambientales, agencias gubernamentales, así como para otros miembros al interior de la UICN. 105

106 Objetivos específicos Organizar un Simposio en el que con la participación de expertos de diversas organizaciones internacionales relacionadas con el agua, se dé a conocer la situación actual de este recurso en el mundo y de su biodiversidad, así como de su manejo y conservación. Sostener una reunión de planeación estratégica que tenga como producto un documento de trabajo que sea el referente a futuro sobre el tema de la conservación de la biodiversidad dulceacuícola. Difundir tanto el Simposio, como el documento resultante a nivel global. El primero a través de la transmisión en línea, en tiempo real de las ponencias y el segundo a través de un portal que será desarrollado ex profeso para tal efecto. Integrar un grupo de trabajo para México que promueva la estrategia en el país y que identifique un proyecto piloto. Logros Se llevó a cabo el establecimiento formal del Sub-Comité de Conservación de Especies Dulceacuícolas, integrado por los miembros de las organizaciones participantes y se reforzó con la integración de un grupo de expertos nacionales que promoverá la aplicación de la estrategia global en México y la vincularán con otras estrategias desarrolladas en el país. Este simposio que fue difundido a nivel global por medio de la red de internet, colaboró con la difusión tanto en México como en el mundo de la situación actual del agua a nivel global y de su biodiversidad, así como de su manejo y conservación. También será apoyada por una publicación conteniendo una caracterización del agua dulce y de su biodiversidad global, así como la estrategia para afrontar la crisis actual. Se propuso mantener un portal con la información del Sub-Comité de Conservación de Especies Dulceacuícolas que contenga la información general del grupo, las ponencias para ser visualizadas bajo demanda, así como la publicación y otros documentos resultantes. Adicionalmente, se propuso un proyecto piloto de aplicación de la estrategia resultante en México El beneficio más notable de este proyecto será el de contar con la publicación que integre las líneas estratégicas y acciones prioritarias que habrá que desarrollar para lograr enfrentar la crisis de la biodiversidad dulceacuícola. Es importante recalcar que a pesar de que existen algunas publicaciones, principalmente en la literatura científica, no existe en la actualidad un documento como el que será producido, de tal forma que se espera se convierta en un referente a nivel global. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Abell R., Allan, J. D., Lehner, B Unlocking the potential of protected areas for freshwaters. Biological Conservation. 134:

107 Abell R., M. L. Thieme, C. Revenga, M. Bryer, M. Kottelat, N. Bogutskaya, B. Coad, N. Mandrak, S.Contreras Balderas, W. Bussing, M. L. J. Stiassny, P. Skelton, G. R. Allen, P. Unmack, A. Naseka, R. Ng, N.Sindorf, J. Robertson, E. Armijo, J. V. Higgins, T. J. Heibel, E. Wikramanayake, D. Olson, H. L. López, R. E. Reis, J. G. Lundberg, M. H. Sabaj Pérez, & P.Petry Freshwater Ecoregions of the World: A New Map of Biogeographic Units for Freshwater Biodiversity Conservation BioScience 58 (5) Allan J. D., R. Abell, Z. Hogan, C. Revenga, B. W. Taylor, R. L. Welcomme, & K. Winemiller Overfishing in inland waters. BioScience 55(12): Arnell N. W Climate change and global water resources. Global Environmental Change 9: Arriaga, L., V. Aguilar, J. Alcocer "Aguas continentales y diversidad biológica de México". Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. México. Brooks T. M., G. A. B. da Fonseca and Ana S. L. Rodrigues Protected areas and species. Conservation Biology. 18(3): Carrillo-Rivera J., S. Contreras, T. Contreras-MacBeath, A. Lot, M. Medina N. y R. Novelo G Biodiversidad de Aguas Continentales. en: Biodiversidad del Centro y Occidente de México. Planeación Ecorregional: Avances y Próximos Pasos. The Nature Conservancy y Pronatura A.C. 79 p. Challenger, A., R. Dirzo, et al Factores de cambio y estado de la biodiversidad, en Capital natural de México, vol. II: Estado de conservación y tendencias de cambio. Conabio, México, pp CONABIO. (en prensa). Análisis de vacíos y omisiones en conservación de la biodiversidad dulceacuícola. Contreras-Balderas S., G. Ruiz-Campos, J. J. Schmitter-Soto, E. Díaz-Pardo, T. Contreras-MacBeath, M. Medina-Soto, L. Zambrano-González, A. Varela-Romero, R. Mendoza-Alfaro, C. Ramírez-Martínez, M. A. Leija-Tristán, P. Almada-Villela, D. A. Hendrickson, and J. Lyons Freshwater fishes and water status in México: A country-wide appraisal. Aquatic Ecosystem Health & Management, 11(3): Darwall W., K. Smith, D. Allen, M. Seddon, G. McGregor Reid, V. Clausnitzer & V. Kalkman Freshwater biodiversity: a hidden resource under threat. In: Vié, J.-C., Hilton-Taylor, C. and Stuart, S.N. (eds.). Wildlife in a Changing World An Analysis of the 2008 IUCN Red List of Threatened Species. Gland, Switzerland: IUCN. 180 pp. Dudgeon D., A. H. Arthington, M. O. Gessner, Z. Kawabata, D. J. Knowler, C. Le veˆque, R.J. Naiman, A. Prieur- Richard, D. Soto, M. L. J. Stiassny & C. A. Sullivan Freshwater biodiversity: importance, threats, status and conservation challenges. Biol. Rev. 81: FAO The state of world Aquaculture and Fisheries Food and Agriculture Organization of the United Nations. Fisheries and Aquaculture Department. Rome, Italy. 180 pages. FAO Yearbooks of fisheries statistics. Summary tables. ftp://ftp.fao.org/fi/stat/summary/summ_05/a1a.pdf (consulted 14/11/2008). Knight, A. T., Driver, A., Cowling, R. M., Maze, K., Desmet, P.G., Lombard, A.T., Rouget, M., Botha,M.A., Boshoff, A.F., Castley, J.G., Goodman, P.S., MacKinnon, K., Pierce, S.M., Sims-Castley, R., Stewart, W.I., von Hase, A., 2006b. Designing systematic conservation assessments that promote effective implementation: best practice from South Africa. Conservation Biology 20, [MEA] Millennium Ecosystem Assessment Ecosystems and Human Well-being: Synthesis.Washington (DC): Island Press. Mittermeier R. A., T. M. Brooks, T. A. Farrell, A. J. Upgren, I. J. Harrison, T. Contreras-MacBeath, R. Sneider, F. Oberfeld, A. A. Rosenberg, F. Boltz, C. Gascon and O. Langrand Fresh water: the essence of life. In: Fresh water: the essence of life. CEMEX and ILCP. 299 p. Revenga C., J. Brunner, N. Henninger, K. Kassem & R. Payne Pilot Analysis of Global Ecosystems: Freshwater Systems. World Resources Institute, Washington, DC. 78 pages. Revenga C., J. Brunner, N. Henninger, K. Kassem & R. Payne Pilot Analysis of Global Ecosystems: Freshwater Systems. World Resources Institute, Washington, DC. 78 pages. Ricciardi, A. and J. B. Rasmussen Extinction Rates of North American Freshwater fauna. Conservation Biology 13 (5):

108 Salafsky N., D. Salzer, A. J. Stattersfield, C. Hilton-Taylor, R. Neugarten, S. H. M. Butchart, B. Collen, N. Cox, L. L. Master, S. O connor, & D. Wilkie A Standard Lexicon for Biodiversity Conservation: Unified Classifications of Threats and Actions. Conservation Biology, Volume 22( 4): Stiassny, M. L. J. (2002). Conservation of freshwater fish biodiversity: the knowledge impediment. Verhandlungen der Gesellschaft für Ichthyologie 3:7 18. Suski C. D. and S. J. Cooke Conservation of aquatic resources through the use of freshwater protected areas: opportunities and challenges. Biodivers Conserv.16: Worlfish Center Fish: An Issue for Everyone. A Concept Paper for Fish for All. Electronic publication. 12 p. 108

109 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER Los nuevos paradigmas del agua subterránea en México New paradigms of groundwater in Mexico Dr. Marco Adrián Ortega-Guerrero Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla. Blvd Juriquilla 3001, Juriquilla, Querétaro, 76230, México. Teléfono (+52) (442) RESUMEN Diversas investigaciones científicas en torno al comportamiento del ciclo hidrológico en el mundo, y en particular de su componente subterránea, muestran que su funcionamiento obedece a lo que se ha denominado Sistemas Gravitacionales de Flujo de Agua Subterránea asociados a cuencas sedimentarias e hidrológicas (Tóth, 2009). Bajo este concepto, el agua subterránea sigue patrones de flujo tridimensionales que determinan los contenidos de humedad en el suelo y subsuelo y que permiten el desarrollo de humedales o ecosistemas xerófitos. Los sistemas de flujo también interactúan con arroyos, ríos y lagos en el interior de una cuenca hidrológica unitaria y también entre cuencas. Los primeros estudios de los sistemas de flujo datan de los años 60 s y se han multiplicado hasta el presente. Dada su importancia, muchos países han incorporado y evaluado este concepto en la identificación uso, manejo sostenible y sustentable de sus aguas subterráneas e interacción con los ecosistemas superficiales. México se encuentra rezagado en este proceso. 109

110 Conocer el funcionamiento de los sistemas de flujo de agua subterránea involucra un conocimiento integral de los patrones de flujo en el subsuelo que están asociados a i) la geometría de la cuenca, ii) su geología, iii) efectos de cambios temporales en el nivel freático iv) profundidad del acuífero y v) continuidad hidráulica. Los Sistemas Gravitacionales de Flujo de Agua Subterránea están inducidos por diferencias en las elevaciones del nivel freático y sus patrones se organizan por si mismos en grupos jerárquicos de sistemas de flujo (locales, intermedios y regionales), que a la vez son modificados por las heterogeneidades de la conductividad hidráulica de los materiales y rocas del subsuelo (Toth, 1963; Freeze y Witherspoon, 1966). Donde los parámetros de la dinámica de flujo están controlados por la Ley de Darcy (Freeze y Cherry, 1979). La profundidad de la cuenca sedimentaria tienen una influencia importante en los patrones de flujo y desde el punto de vista de la hidrogeología una cuenca sedimentaria puede ser vista como una depresión estructural de la corteza terrestre rellena con sedimentos o rocas y posiblemente conteniendo varias cuencas de drenaje (Tóth, 2009). Desde el punto de vista químico, el agua meteórica presenta ciertas características químicas e isotópicas antes de ingresar al subsuelo, al interactuar con los primeros centímetros de suelo modifica parte de su contenido iónico y a medida que se integra a los diferentes sistemas de flujo que interactúan con los materiales y rocas del subsuelo van cambiando progresivamente su composición, controlado por el equilibrio termodinámico. Toda esta información química e isotópica es muy útil en la reconstrucción de los sistemas de flujo. Toth (1999), muestra también la relación entre los sistemas de flujo con los tiempos de residencia del agua en el subsuelo. De esta manera, los sistema de flujo local tienen tiempos de residencia cortos (días, semanas, meses y hasta pocos años), los flujos intermedios tienen tiempos de residencia hasta de cientos de años y los regionales de miles de años. El concepto de edad, asociado a los tiempos de residencia del agua subterránea es fundamental en el uso y manejo del agua en una región o país, ya que la extracción del agua subterránea involucra la posible captación de agua de diferentes edades (décadas, cientos y miles de años. Concepto fundamental en la renovabilidad del recurso y de su recarga. En este contexto, la calidad del agua subterránea de cada uno de los sistemas de flujo puede ser crítico en su manejo (Ortega-G., 2009). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Por medio de tres ejemplos se mostrará que, el desconocimiento de los sistemas de flujo y en particular la mala administración del agua superficial y subterránea por parte de las autoridades federales y estatales está teniendo consecuencias negativas críticas en diversos aspectos sociales, económicos, políticos y ambientales en México. Estos ejemplos incluyen los siguientes casos: 1) la Cuenca de México, 2) la Cuenca de la Independencia (Cuenca Alta del Río la Laja) en el estado de Guanajuato y 3) la Región Lagunera en los estados de Coahuila, Chihuahua y Durango). Donde se analizan los sistemas de flujo de agua subterránea y de cuyo desconocimiento en el pasado, han dado lugar a una situación crítica en cantidad y calidad del agua subterránea con severas 110

111 implicaciones en la salud, daño a la infraestructura urbana, propiedad privada y otros aspectos sociales y económicos negativos en estas cuencas. 1) La cuenca de México El análisis de los sistemas de flujo es fundamental para entender la interacción del acuífero granular del que se obtiene agua para abastecimiento de la zona metropolitana de la Ciudad de México. Para ello se seleccionó la porción sureste de la cuenca, en el Exlago de Chalco, donde la operación de catorce pozos construidos en la década de 1980, denominado Sistema Mixquic-Santa Catarina (SMSC) está causando una de las transformaciones ambientales del paisaje más importantes de la Cuenca de México en las últimas dos décadas. En la zona central de la planicie, donde existe el mayor espesor de sedimentos lacustres (300 m), se han generado hundimientos de hasta 40 cm/año como resultado de la consolidación del acuitardo por efecto del bombeo en el acuífero principal subyacente. En esta depresión topográfica se está desarrollando un nuevo lago, por la acumulación de agua superficial, cuya evolución y forma actual es controlada por la extensión y la geometría de una colada de basaltos, proveniente de la Sierra de Santa Catarina, ubicada a 50 metros de profundidad dentro de la secuencia lacustre. La superficie del Nuevo Lago de Chalco, se ubica 12 metros por debajo del nivel original del terreno, cubriendo una extensión actual de 1,000 ha. De acuerdo con los controles y magnitud de la subsidencia regional observada, se estima un crecimiento de hasta 1,500 ha para el año 2015, incrementando el riesgo por inundación a las zonas urbanas de Tláhuac y Valle de Chalco. Para reducir el peligro y riesgo de subsidencia e inundaciones será necesario analizar la conveniencia de incrementar la cantidad y la eficiencia de la infraestructura hidráulica a futuro contra la opción de reubicar varias colonias, en un radio aproximado de 2.5 a 3 km con centro en el pozo P9 del SMSC. La creación de un Consejo Metropolitano permitirá definir las estrategias dinámicas e integrales para el ordenamiento del territorio, y en particular para la prevención de desastres y el adecuado equilibrio entre la planeación de las áreas propuestas de conservación y mejoramiento ambiental, con la reducción o mitigación del riesgo (Ortega y Farvolden, 1989; Ortiz y Ortega, 2007 y 2010). 2) La cuenca de la Independencia (Cuenca Alta del Río la Laja) en el estado de Guanajuato En el Norte y Noreste de Guanajuato, las investigaciones (Ortega-G., 2009) muestran que se trata de un solo acuífero granular denominado Acuífero de la Independencia- y no de tres o seis como lo proponían las autoridades federales y estatales del agua. La división de acuíferos que manejan la CNA y la CEASG, son divisiones basadas en límites administrativos y no a los reales o naturales. Los criterios oficiales han causado una extracción irracional del agua subterránea, ya que con los criterios oficiales de división y recarga, quienes más extraen, erróneamente se les autoriza extraer más, a expensas de zonas vecinas del acuífero. Adicionalmente, el incremento desproporcionado de concesiones de pozos posteriores a declaraciones oficiales de veda rígida agudizaron el problema. Más del 50 % de las concesiones, de los volúmenes de extracción de agua subterránea, autorizadas por la Comisión Nacional del Agua exceden la disponibilidad segura de agua en el acuífero; por lo 111

112 que los acuíferos se están minando prácticamente. Equilibrar los descensos, requerirá reducir la extracción en la misma proporción. La geometría del acuífero presenta espesores que van de 50 a 450 metros en su parte media y que existe otro acuífero abajo en rocas volcánicas fracturadas que las autoridades oficiales, consideraban como una barrera impermeable o sin agua. Este acuífero fracturado juega un papel importante en la calidad del agua subterránea, como se verá más abajo. Por otro lado es evidente que algunas zonas del acuífero con poco espesor se están quedando sin agua y otras muchas correrán el mismo riesgo en poco tiempo; impactando la producción de alimentos y el desempleo. Se encontró que el origen del agua es meteórico (proveniente del agua de lluvia) pero que ingresó al acuífero hace varios miles de años. Es decir que el agua joven de años recientes ya se agotó y que el agua que se está extrayendo actualmente es agua que ingresó en un periodo de entre 5, 000 y 35,000 años atrás. Esto tiene varias y severas implicaciones: 1) el agua subterránea, en la región, ya no es un recurso renovable a escala humana, 2) estos acuíferos no se recargan o se alimentan año con año, y 3) los métodos de balance, para calcular la disponibilidad de agua subterránea en México, propuestos por la CNA, basados en el balance anual, donde el 20 % del agua de lluvia se infiltra, no se aplican y, el déficit del agua en los acuíferos de esta porción de la Cuenca Lerma-Chapala es del 100% y no del 40 % que manejan las autoridades del agua. Finalmente, la calidad del agua se evaluó en más de 400 sitios en la Cuenca Lerma- Chapala y por primera vez en este tipo de estudios se analizaron más de 70 elementos químicos contra 10 o 15 que tradicionalmente se realizan en los estudios oficiales que no incluyen todos los sugeridos por la normatividad. Los resultados muestran la existencia en altas concentraciones de elementos nocivos a la salud como flúor y arsénico entre otros. Investigaciones independientes realizadas por organismos no gubernamentales detectaron cerca de 3,000 casos de flúorosis dental en las regiones Norte y Noreste del estado de Guanajuato y cerca de 5,000 casos en la Región Suroeste. La flúorosis dental causa la destrucción del hueso más duro del cuerpo humano, la encía de los dientes en los niños. Existe potencial de debilitamiento de los huesos en humanos y animales. Los efectos del arsénico no han sido aún evaluados pero se conoce su efecto cancerígeno en la Región Lagunera (Coahuila, Durango y Chihuahua) así como en otros países en el mundo. En el caso del uso del agua en agricultura se encontró un exceso de sodio, que afecta tanto la fertilidad del suelo, como los procesos de fotosíntesis y movimiento de nutrientes en la planta. En casos severos el suelo se vuelve improductivo, Cerca del 15% de las tierras agrícolas ya están afectadas por este proceso. Estudios más recientes muestran que estos contenidos de flúor, arsénico y sodio se están incrementando de manera importante y progresiva, en estas regiones y partes aledañas, incluyendo el estado de Querétaro. Adicionalmente, los resultados permitieron identificar que, la calidad del agua subterránea aplicada a riego agrícola ha disminuido sustancialmente en las últimas dos décadas en el Estado de Guanajuato (Castellanos et al, 2002). Variables como conductividad eléctrica, ph, sodio, potasio, magnesio, cloruros, sulfatos, bicarbonatos, carbonatos, relación de adsorción de sodio y carbonato de sodio residual medidos durante 18 años muestran que existe en general una degradación del la calidad del agua subterránea. En particular, los autores muestran un marcado incremento en la concentración de sodio en la región del Bajío; donde este ión 112

113 esta teniendo efectos negativos en el suelo, en los cultivos y en el método de riego. Finalmente sugieren identificar los procesos geoquímicos que controlan estos incrementos, con el fin de considerarlos en la planeación de la actividad agrícola en el estado. Es evidente, también que los impactos negativos de la situación del agua tienen y tendrán repercusiones cada vez más severas en la producción de alimentos, salud y calidad de vida, en la industria de la transformación, en el comercio y en la gobernabilidad, entre los principales. 3) La región lagunera (Estados de Coahuila, Chihuahua y Durango). El envenenamiento crónico por arsénico, a través del agua potable, es endémica en la región de La laguna, ubicadas en los estados de Coahuila y Durango en el norte de México, donde las altas concentraciones de arsénico en aguas subterráneas han sido documentados. Este estudio aborda la composición isotópica y química de las aguas subterráneas en las áreas de Viesca y Matamoros, ubicado en el extremo sureste de la parte inferior de la cuenca cerrada de los ríos Nazas y Aguanaval, donde las condiciones contrastantes de uso del agua subterránea y la tierra existe. Por lo que muestras de agua subterránea se obtuvieron de los manantiales, pozos de bombeo en un acuífero carbonatado del Cretácico, de un acuífero granular terciario y de de pozos de extracción industrial en un acuitardo arcilloso del cuaternario. Los resultados indican que el arsénico en el acuífero carbonatado está por encima del nivel máximo de contaminante (MCL) de 50 mg L-1, y al parecer relacionadas con la disolución progresiva de los minerales de óxido de hierro y sulfuro, principalmente de rocas sedimentarias marinas del Mesozoico y afloramientos aislados de Terciario rocas ígneas y organismos hidrotermales de mineral presente en las áreas de recarga, donde prevalecen condiciones de oxidación. Las aguas subterráneas en el acuífero granular y en el acuitardo se originaron como agua meteórica que alcanzó el lago a través de las aguas subterráneas del acuífero carbonatado principalmente como abundantes manantiales perennes y las inundaciones del río Aguanaval. Paleo-agua del lago se sometieron a la evaporación gradual que dio lugar a la formación de las aguas subterráneas ricas en arsénico. El enriquecimiento de oxígeno-18 y deuterio es consistente con los patrones químicos en el acuífero granular y acuitardo y seguir las tendencias generales de la evaporación desarrollado para otras cuencas cerradas o semi-cerradas en el mundo. Un comportamiento similar que para el arsénico se observó para el B, Mg, Sr y el PO 3, que están por encima de los límites máximos permisibles respectivamente para la mayoría de los pozos de muestreo. Ortega, A. (2004) postula que la evaporación es el mecanismo dominante de las altas concentraciones de arsénico en el área de estudio y quizás el resto del acuífero granular en la región de La Laguna. Referencias Castellanos, J. Z., A. Ortega-Guerrero, O. A. Grajeda, A. Vázquez-Alarcón, S. Villalobos, V. Badillo, J., 113

114 J. Muñoz-Ramos, B. Zamudio, J. G. Hurtado, B. Hurtado, P. Vargas, and S. A. Enríquez Changes in the quality of groundwater for agricultural use in Guanajuato. TERRA. Vol. 20, No. 2. Freeze A. and J.A. Cherry, Groundwater. Prentice Hall, USA, 604p. Freeze A. and Witherspoon, P.A., Theoretical analysis of regional groundwater flow: 1. Analytical and numerical solutions to the mathematical model. Water Resources Research, 2(4), Ortega, A., The Evaporative Concentration of Arsenic in Groundwater. La Laguna Region, Mexico. Abstract, International Geologic Congress, Florence, Italy. Ortega, G. M. A., Presencia, distribución, hidrogeoquímica y origen de arsénico, fluoruro y otros elementos traza disueltos en agua subterránea, a escala de cuenca hidrológica tributaria de Lerma-Chapala, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas. 26(1), Ortiz-Z. D.C. and Ortega-Guerrero, M.A., Evolution of long-term land subsidence near Mexico City: Review, field investigations and predictive simulations. Water Resources Research, 46, W01513, doi: /2008wr Tóth, J., A theoretical analysis of groundwater flow in small drainage basins. Journal of Geophysical Research, 68(16), Tóth, J., Groundwater as a geologic agent: an overviewof the causes, processes, and manifestations. Hydrogeology Journal 7(1), Tóth, J., Gravitational systems of groundwater flow. Cambridge University Press, 297p. 114

115 TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 115

116 Mesa II. El agua y las ciencias / Table II. Water and the Sciences Moderadora magistral / Magistral Chairperson: Dra.-Ing. Marisela Bernal-González, Presidenta de la Comisión de Química de la AMCATH / President of the AMCATH Commission for Chemistry Tema / Theme: El agua, espejo de la ciencia / Water, mirror for science 116

117 El agua, espejo de la ciencia Water, mirror for science Marisela Bernal-González Presidenta de la Comisión de Química de la AMCATH , Comisión de Ingeniería / President of the AMCATH Commission for Chemistry Correo-e ( ): Obtuvo su título en Ingeniería Química en 1997 y su grado de Maestra en Ciencias (orientación Química Ambiental) en 2000, ambos en la Facultad de Química de la UNAM. Realizó una estancia académica de investigación en la Universidad de Umeå, en Suecia, en Concluyó sus estudios de Doctorado en Ingeniería Ambiental en abril de 2008 en la UNAM. Actualmente trabaja como Técnica Académico Titular A Tiempo completo, en la Facultad de Química de la UNAM. Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM. México D. F., México. Tel: (55) , 02. Fax. (55) RESUMEN El agua es, quizá, la sustancia más importante y versátil de la naturaleza. Sus propiedades están relacionadas con su estructura simétrica, que le permite ser una de las sustancias más importantes para la vida del planeta: Es un disolvente biológico, ya que se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesaria para la vida; esencial para el transporte de nutrientes y la eliminación de desechos; por su alta constante dieléctrica solubiliza sales y forma electrolitos que, a su vez, tienen la propiedad de conducir la energía eléctrica por los iones que contiene; tiene alta capacidad calorífica, es un buen agente de transferencia de calor; cuando se congela forma una estructura hexagonal que ocasiona que su punto de fusión sea mayor que el esperado, su densidad es menor a la del agua líquida, lo que permite que la flora y la fauna sobrevivan en el invierno. 117

118 Además, forma parte sustancial de todos los organismos, posee una importancia cuantitativa ya que viene a representar el 75 % del cuerpo de algunos seres vivos y de otros más del 90%. Por todas las características y propiedades mencionadas los investigadores se sirven de ella como patrón en los sistemas de medida de densidad y temperatura. ABSTRACT Water is perhaps the most important and versatile substance of nature, their properties are related to its symmetrical structure that allows it to be one of the most important substances for life on the planet is a biological solvent, since it is of a biomolecule of inorganic nature that represents the environment in which they occur most cellular reactions of metabolism, being the substance most necessary for life, essential for transporting nutrients and waste disposal, for its high dielectric constant solubilized form salts and electrolytes, which in turn are the property of conducting electrical energy ions it contains, has high heat capacity, is a good heat transfer agent, when it freezes to form a hexagonal structure causes its melting point is greater than expected, its density is less than that of liquid water, allowing flora and fauna survive in the winter. In addition a substantial part of all agencies, has a quantitative importance and which contribute over 75% of the living body. For all features and properties mentioned researchers used it as a standard in systems of measurement of density and temperature. Palabras clave: Estructura, biomolécula, organanismos Key Words: Structure, biomolecule, organanismos INTRODUCCIÓN Los seres vivos contienen en su organismo entre 70% y 90% de agua, que circula a través de los diferentes órganos del cuerpo y transporta los nutrientes y sustancias de desecho (Fig. 1). De esta forma, el agua no se encuentra de manera estática en el cuerpo de los seres vivos, pues siempre está en movimiento. La mayoría de los organismos unicelulares se desarrollan en un ambiente acuoso y cuentan con una membrana permeable que permite el paso del agua al interior y al exterior del organismo. En las células de las plantas y los animales ocurre un proceso muy similar, y además el agua ayuda a que se metabolicen las grasas, los hidratos de carbono, coloquialmente conocidos con el anglicismo carbohidratos, las proteínas, las sales y otras moléculas esenciales que se encuentran en el citoplasma. En el caso de los animales, el agua facilita el transporte de nutrientes que se obtienen del alimento y ayuda a remover los materiales de desecho a través de la sangre (Fig. 2). De esta manera, la sangre recibe del intestino las sustancias nutritivas que se producen en la digestión, así como el oxígeno de los pulmones o las branquias, y lleva esas sustancias hacia el resto de los órganos del cuerpo. Asimismo, la sangre retira de los órganos del cuerpo el dióxido de carbono y los desechos del 118

119 metabolismo de las células durante la respiración, el dióxido de carbono de la sangre se elimina en los pulmones, los desechos se filtran en los riñones y finalmente se eliminan por medio de la orina. Fig.. 1. El agua constituye entre el 50 y el 95% de la masa de cualquier sistema vivo Fig. 2. El agua en el hombre Una sustancia con una masa molecular del agua debería existir a temperatura ambiente en forma de gas y tener un punto de congelación a -100 C. Sin embargo, el agua a temperatura ambiente tiene su punto de congelación a O C. Tiene el más alto calor específico de cualquier sustancia conocida, excepto el amoníaco líquido, el cual es un 13% más alto (Fig.3). Fig.3. El alto calor específico del agua es una consecuencia de los puentes de hidrógeno El agua tiene una alta tensión superficial comparada con otros líquidos, debido a las altas fuerzas cohesivas entre las moléculas. Esto hace que pueda soportar hasta 1000 atmósferas de tensión; sin que las moléculas se rompan (Fig.4). Propiedad que sirve para respaldar la teoría de la cohesión que explica el ascenso del agua en los árboles de gran altura (Fig.5). 119

120 Fig. 4. el goteo de agua e insectos caminando sobre un estanque, efecto de la tensión superficial Fig.5 Capilaridad El calor latente de vapor es el más alto conocido, 540 cal g -1 a 100 C, el calor de fusión, 80 cal g -1, es también inusualmente alto. Debido a esto, la evaporación del agua tiene un pronunciado efecto refrigerante y la condensación un efecto de calorífico. También tiene un alto calor de fusión, para fundir un gramo de hielo a 0 C, deben aplicarse 80 cal g -1, buen conductor de calor comparado con otros líquidos y sólidos no metálicos, aunque es pobre comparado con los metales. El agua tiene una de las constantes dieléctricas más altas que se conocen (78.54). Una sustancia no polar tiene una constante dieléctrica de Este parámetro es una medida de la capacidad de neutralizar la atracción entre cargas eléctricas. Debido a esto el agua se comporta como casi un solvente universal, especialmente para electrolitos y moléculas polares, como los azucares. La porción (+) de la molécula es atraída hacia la superficie (-) y viceversa, lo cual resulta en que cada ión es rodeado por un escudo de moléculas de agua, que mantienen los iones de carga opuesta separados. Posee además un coeficiente de viscosidad (resistencia a fluir) muy bajo, a 20 C es de centipoises, mientras que a 19 C en el aceite industrial es de 120 centipoises. La viscosidad del agua decrece de manera notable al aumentar la temperatura, pero esto no tiene mucha importancia en la fisiología de la planta, también es de alta densidad y es destacable que su máxima densidad es a 4 C en vez de ser a 0 C. Pero es más sobresaliente el hecho de que el agua se expanda al congelarse, de manera que el hielo tiene un volumen 9% mayor que la forma líquida de donde se formó (Fig. 6). A MANERA DE CONCLUSIÓN La importancia del agua es tan grande en el universo que los investigadores se sirven de ella como patrón en los sistemas de medida, además el agua no sólo es indispensable para la vida biológica, sino también un elemento necesario para satisfacción cultural y espiritual de los humanos, por lo que 120

121 es una de las voces que se puede tratar desde el terrero del derecho, la economía, la física, la química y la hidrología. Por ello, en estos trabajos libres sobre El agua y las ciencias tendremos la oportunidad de escuchar importantes contribuciones al respecto. Fig. 6. Volumen de hielo REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Acosta, R.M. Segundo Curso de derecho administrativo, 2ª ed., México, Porrúa, 1993, pp Athie, L. M. Calidad y cantidad de agua en México, México. Fundación Universo Siglo Veintiuno, 1987 Múgica, A.V. y Figueroa, L. J. Contaminación ambiental. Causa y Control en México, Universidad Autónoma Metropolitana, 1996, p

122 A-C TL-1 EVALUACIÓN DE BACTERIAS PARA LA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES DE AGUAS Y SU APLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS AMBIENTALES EVALUATION OF BACTERIA FOR WASTEWATERS CONTAMINANT REMOVAL AND ITS APLICATION IN AMBIENTAL TECHNOLOGIES Irina Salgado-Bernal* Facultad de Biología. Departamento de Microbiología y Virología, Laboratorio de Ecosistemas Acuáticos. Universidad de La Habana. Cuba. Profesor Instructor. Licenciado en Microbiología. Maestro en Microbiología, Mención Ecología Microbiana. Herlen Cárcamo-Ramírez Facultad de Química. Conjunto E. Universidad Nacional Autónoma de México. Mario Cruz-Arias Facultad de Biología. Departamento de Microbiología y Virología. Universidad de La Habana. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Facultad de Química. Conjunto E. Universidad Nacional Autónoma de México. *: Calle 25 No. 455, Vedado. Ciudad de La Habana. Código Postal Cuba. Tel.:+00(537) Fax: (53)(7) RESUMEN Los humedales construidos han sido estudiados como método para la eliminación de contaminantes de aguas y existe un gran interés actual en optimizar esta tecnología. Este trabajo se propuso como objetivo demostrar que la selección de bacterias con potencialidades para la remoción de contaminantes y su posible inoculación en humedales artificiales puede constituir una alternativa para el mejoramiento de estos sistemas y para el tratamiento de aguas residuales. Se aplicó una metodología general secuencial, propuesta por el colectivo de autores, para el aislamiento de bacterias, estudio de la interacción entre los aislados y contaminantes como materia orgánica, nitrógeno, fósforo inorgánico y metales pesados (plomo, cromo y mercurio) y para la evaluación de la remoción de estos elementos, como etapas fundamentales para la selección de los microorganismos inoculantes, el mejoramiento de estos sistemas y para el tratamiento de aguas residuales. Se aplicó una metodología general secuencial, propuesta por el colectivo de autores, para el aislamiento de bacterias, estudio de la interacción entre los aislados y contaminantes como materia orgánica, nitrógeno, fósforo inorgánico y metales pesados (plomo, cromo y mercurio) y para la evaluación de la remoción de estos elementos, como etapas fundamentales para la selección de los microorganismos inoculantes. Se demostró el potencial de 13 aislados bacterianos de la rizosfera de plantas hidrófitas, obtenidos a partir de humedales naturales, para la remoción de los contaminantes analizados, de manera individual y en algunos casos con consorcios bacterianos. Estos resultados contribuyen a proponer un conjunto de estos microorganismos para su aplicación en sistemas de tratamiento basados en humedales artificiales, con el consecuente estudio de la influencia de los factores que influyen en el proceso de remoción y la identificación hasta especie de las bacterias implicadas antes de su total incorporación en los sistemas de tratamiento. 122

123 Palabras clave: Aguas residuales, bacterias, contaminantes, tratamiento INTRODUCCIÓN Los humedales artificiales representan una alternativa de bajo costo y aceptable remoción de materia orgánica, medida en forma de DQO. Además, se pueden emplear para la eliminación de nitrógeno, fósforo y otros elementos como metales pesados (Ruiz-López, 2009) de aguas residuales. Los humedales son ecosistemas que se encuentran presentes en la naturaleza; se caracterizan por tener un área inundada y vegetación de tipo emergente, sumergida, de raíces flotantes o combinaciones de ellas, en cuyas raíces se desarrollan microorganismos que aprovechan la materia orgánica (Reyes-Luz, 2006). Según lo declarado en la Convención de Ramsar en 1971 el concepto de humedales engloba las extensiones de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de aguas, sean estas de régimen natural o artificial, permanentes o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas, incluidas las extensiones de agua marina cuya profundidad en marea baja no exceda de seis metros (Ramsar, 2007). Basado en estos sistemas naturales se han diseñado humedales artificiales o construidos (HA o HC). En ellos se adapta un terreno realizando una excavación de forma rectangular que posteriormente se impermeabiliza para ser rellenado con el material de empaque (arena, tezontle, grava, etc.) que servirá de soporte para las plantas y microorganismos y como medio depurador del sistema por su capacidad de filtrar. Las plantas llevan oxígeno del ambiente a sus raíces, provocando un complejo sistema aerobio-anaerobio en el que las bacterias transforman la materia orgánica, el nitrógeno, el fósforo y algunos otros compuestos en biomasa a través de su metabolismo celular (Gagnon, 2007). Dentro de estos componentes los microorganismos son los principales responsables de la remoción de contaminantes en un HA, pues es debido a sus procesos metabólicos, aerobios o anaerobios, que el C, N y P presentes en el agua residual son transformados en tejido celular, gases y minerales que pueden ser aprovechados por las plantas en sus procesos Las funciones generales que presentan son: transformar un gran número de sustancias inorgánicas y orgánicas en sustancias inocuas e insolubles, alterar las condiciones del potencial de óxido-reducción y la degradación y transformación de la materia orgánica (Guido-Zárate, 2006). A pesar de la gran importancia de los microorganismos estos han sido relegados en los estudios relacionados con la remoción de contaminantes empleando HA, recayendo la mayoría de los estudios en el papel de las plantas hidrófitas, lo cual se demuestra en diferentes trabajos como el de Llagas y Gómez, Teniendo en cuenta este elemento en el caso de los humedales artificiales o construidos la meta actual consiste en optimizar esta tecnología, maximizando las fuerzas de interacción biológica en la zona de las raíces de la planta (rizosfera) (Kuschk et al., 1999), donde precisamente las bacterias hacen una gran contribución en la eliminación de contaminantes (Chaudhry et al., 2005). Esto sugiere que la introducción selectiva de bacterias con propiedades específicas frente a los contaminantes en un HA puede mejorar la remediación de aguas contaminadas (Tabacchioni et al., 2002). La bioaumentación ha sido utilizada en la agricultura por muchos años, pero más recientemente es que se intenta aplicarla para intentar resolver numerosos problemas ambientales (Terry et al., 2004). Esta es una técnica promisoria de remediación in situ. La búsqueda de microorganismos competentes y las condiciones para cada sitio contaminado es probablemente la mejor solución en la actualidad (Tyagi et al., 2011). El empleo de HA con bacterias pre-seleccionadas inoculadas puede ser contemplada dentro de la biorremediación, metodología que se basa en el uso de sistemas biológicos para la eliminación de contaminantes y específicamente el empleo de biomasas bacterianas representa una alternativa viable (Gupta et al., 2000; Pethkar et al., 2001). La biorremediación es una tecnología limpia, más amigable con el medio ambiente, más costo-efectiva y eficiente que el tratamiento químico o la remoción física de contaminantes del agua. Teniendo en cuenta los aspectos planteados el presente trabajo se propuso como objetivo: Demostrar que la selección de bacterias con potencialidades para la remoción de contaminantes y su posible inoculación en humedales artificiales puede constituir una alternativa para el tratamiento de aguas residuales. 123

124 METODOLOGÍA En la Figura 1 se presenta el diagrama de la metodología general seguida para la optimización de las interacciones en la zona rizosférica de un humedal artificial, HA, para la remoción de contaminantes (demanda química de oxígeno, DQO, nitrógeno y fósforo inorgánico y metales pesados) de aguas residuales. Figura 1. Propuesta de protocolo para el aislamiento y evaluación de cepas bacterianas rizosféricas con potencialidades en la remoción de contaminantes y su incorporación en tecnologías para el tratamiento de aguas (Propuesta del colectivo de autores) RESULTADOS Y DISCUSIÓN REMOCIÓN DE DQO, N Y P DE AGUA RESIDUAL SINTÉTICA En las Figuras 2, 3 y 4 se muestran, de forma general, algunos de los resultados obtenidos con aislados obtenidos de la rizosfera de plantas hidrófitas de humedales naturales que están siendo evaluados según la remoción de DQO, N y P para su empleo como inoculantes en humedales artificiales. 124

125 Figura 2. % de remoción de DQO por cepas individuales y consorcios después de enfrentamiento a agua residual sintética simple a 30 C, 100 r.min -1, 72 horas de contacto Figura 3. % de remoción de NH4 + por cepas individuales y consorcios después de enfrentamiento a agua residual sintética simple a 30 C, 100 r.min -1, 72 horas de contacto Figura 4. % de remoción de P por cepas individuales y consorcios después de enfrentamiento a agua residual sintética simple a 30 C, 100 r.min -1, 72 horas de contacto 125

126 De manera general se observa que los aislados presentan potencialidades para la remoción de DQO, N y P de la solución sintética. Cuando se realiza un análisis de la remoción de cada consorcio y las cepas individuales por las que cada consorcio está conformado, se observa que los consorcios en algunas ocasiones resultan más efectivos que cada cepa de manera individual, pero no en todos los casos. Los mejores resultados de manera general se obtienen con los consorcios C1S y C12S, que están constituidos por bacterias G+ y G-. De acuerdo a estos resultados, se observa que la remoción de los compuestos contaminantes del agua se da con mayor eficiencia cuando se hace interaccionar en un mismo consorcio bacterias G+ y G-, ya que las bacterias trabajan de forma sinérgica. REMOCIÓN DE METALES DE SOLUCIONES MIXTAS SINTÉTICAS En las Figuras 5, 6 y 7 se muestran, de forma general, algunos de los resultados obtenidos con aislados obtenidos de la rizosfera de plantas hidrófitas de humedales naturales que están siendo evaluados según la remoción de plomo, cromo y mercurio para su empleo como inoculantes en humedales artificiales. Figura 5. Remoción de plomo por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 C, ph 7, 72 horas de contacto, 100 r.min -1 Figura 6. Remoción de cromo por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 C, ph 7, 72 horas de contacto, 100 r.min

127 Figura 7. Remoción de mercurio por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 C, ph 7, 72 horas de contacto, 100 r.min -1 Se obtuvieron aislados que mostraron remoción de algunos de los metales estudiados e incluso de los 3 metales, lo cual es de suma importancia ya que en los sistemas naturales los metales no se encuentran de forma individual. A pesar de no haberse encontrado elevados niveles de remoción, hay que destacar que se ensayaron concentraciones de metales muy elevadas, considerando la toxicidad de estos elementos para los organismos vivos, por lo que estas bacterias pudieran ser empleadas, optimizando el proceso de remoción, en el mejoramiento de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados. Aunque se demostró el potencial de todos estos aislados para la remoción de materia orgánica, nitrógeno, fósforo y metales, para aplicar cualquier microorganismo en una tecnología ambiental para el tratamiento de aguas esto no es suficiente, como se muestra en la metodología sugerida en Materiales y Métodos, se hace indispensable la identificación hasta especie de estos aislados; además el estudio de la influencia de diferentes factores abióticos y bióticos en los procesos de remoción para lograr incrementar los niveles de remoción. Estos aspectos son muy importantes dentro de la investigación con microorganismos para ser propuestos como agentes biorremediantes y su futura inoculación en humedales artificiales que será el destino final de esta investigación. CONCLUSIONES Se propuso una metodología para la pre-selección de microorganismos con características biorremediantes para ser incorporados en una tecnología para el tratamiento de aguas y se demostró el potencial de aislados bacterianos de la rizosfera de plantas hidrófitas para la remoción de materia orgánica, nitrógeno, fósforo y metales, contaminantes de importancia ambiental. Estos resultados conjuntamente con la profundización de la influencia de factores en el proceso de remoción pueden contribuir a la proposición de un consorcio de estos microorganismos para su aplicación en sistemas de tratamiento basados en humedales artificiales. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Chaudhry, Q., Blom-Zandstra, M., Gupta, S., Joner, E.J Utilising the synergy between plants and rhizosphere microorganisms to enhance breakdown of organic pollutants in the environment. Environ Sci and Pollut Res 12(1): Gagnon, V Influence of macrophyte species on microbial density and activity in constructed wetlands. Wat. Sci. Technol. 56(3): Guido-Zárate, A Estudio de los potenciales de óxido-reducción en reactores biológicos que simulan un humedal artificial. Tesis de Maestría en Ingeniería (Campo del Conocimiento: Ingeniería Ambiental, Campo Disciplinario: Agua). Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería. UNAM. México, D.F., México. 127

128 Gupta, R., Ahuja, P., Khan, S., Saxena, R.K., Mohaptra, H Microbial biosorbents: meeting the challenges of heavy metal pollution in aqueous solutions. Current Science. 78: Kuschk, P., Wiebner, A., Stottmeister, U Biotechnology. Second Completely Revised Edition. Eds. Rehm, H.J., Reed, G. Vol. 11a, Section 12. Biological processes in wetland systems for wastewater treatment. Pp Elsevier. The Netherlands. Llagas, W., Gómez, E Diseño de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales en la UNMSM. Rev. Inst. Investig. Fac. Minas Metal Cienc. Geogr. 9(17). Enero/Junio. ISSN Versión impresa. Lima, Perú. Pethkar, K., Gaikaiwari, R.P., Paknikar, K.M Biosorptive removal of contaminating heavy metals from plant extracts of medicinal plants. Current Science. 80: RAMSAR La Carpeta Informativa Ramsar Básica. Documento Informativo No. 1 Qué son los humedales? Secretaría de la Convención de Ramsar. Gland, Suiza. Reyes-Luz, M.I Remoción de fósforo en un sistema de humedales artificiales a escala de laboratorio. Tesis de Licenciatura en Ingeniería Química. Facultad de Química, UNAM. Diciembre 07. México D.F., México. Ruiz-López, V Remoción de cadmio y zinc en aguas residuales de una industria minera mediante reactores biológicos que simulan un humedal artificial. Tesis de Maestría en Ingeniería (Campo del Conocimiento: Ingeniería Ambiental, Campo Disciplinario: Sustancias y residuos peligrosos). Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería, UNAM, México, D.F., México. Tabacchioni, S., Bevivino, A., Dalmastri, C., Chiarini, L Burkholderia cepacia complex in the rhizosphere: A minireview. Ann Microbiol. 52: Terry, G. J., Rensing, C., Pepper, I Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 34: Tyagi, M., Da Fonseca, M. R., De Carvalho, C. C.C. R Bioaugmentation and biostimulation strategies to improve the effectiveness of bioremediation processes. Biodegradation. 22: DOI /s

129 A-C TL-2 LA FOTOCATÁLISIS COMO UNA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS POR COMPUESTOS RECALCITRANTES THE PHOTOCATALYSIS AS AN ALTERNATIVE OF TREATMENT OF THE CONTAMINATED WATERS BY RECALCITRANT COMPOUNDS José Manuel Barrera-Andrade* Sayra Lissette Orozco-Cerros María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Departamento de Ingeniería Química, Laboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental. Facultad de Química, UNAM, México *Av. San Ángel 259 Colonia Ampliación Vicente Villada, Ciudad Nezahualcóyotl, Estado de México C.P Tel Correo-e ( ): RESUMEN En las pasadas tres décadas ha crecido la aplicación de la fotocatálisis como un tratamiento para efluentes contaminados con compuestos complejos o recalcitrantes. Empleándose en la degradación de contaminantes orgánicos, pesticidas, colorantes, entre otros. El dióxido de titanio (TiO 2 ) ha surgido como uno de los fotocatalizadores que presenta las mejores características para su empleo en la degradación de compuestos recalcitrantes. A través de las investigaciones que se han llevado a cabo, se hace un pequeño resumen de las diferentes aplicaciones de la fotocatálisis como un método alternativo para degradar compuestos recalcitrantes en el agua. ABSTRACT In the last three decades it had grown the aplication of photocatalysis as a treatment of wastewater with complex o recalcitrant compounds. The photocatalysis use in the degradation of organic compounds, pesticides, dyes, an other complex contaminant. The dioxide titanium (TiO 2 ) has emerged like a photocatalyst because it has good characteristics to use in the degradation of recalcitrant compounds. Through the investigations that is develope, there is a review of the differents applications of the photocatalysis like a alternative method to degradate recalcitrants compounds in the water. Palabras clave: Fotocatálisis, dióxido de titanio Key Words: Photocatalysis, titania dioxide 129

130 INTRODUCCIÓN Con el paso de los años y el avance de la tecnología el hombre ha producido un sin número de bienes para su beneficio, pero a su vez produce otra cantidad importante de contaminantes complejos que son descargados en sus aguas residuales y que no pueden ser eliminados por tratamientos convencionales. Ante esta gran problemática surgen varios métodos llamados procesos avanzados de oxidación (PAOs). Los Procesos avanzados de oxidación están basados en procesos físico-químicos capaces de producir la degradación de las moléculas orgánicas mediante el ataque a los enlaces estructurales de los compuestos orgánicos contaminantes. Para que estos cambios se produzcan, es necesaria la generación de especies transitorias de alto poder oxidante, como es el radical hidroxilo ( OH). Estos radicales son altamente inestables debido a su elevada reactividad, lo que conlleva a su generación de manera in situ por medio de distintos procesos (Andreozzi, 1999). Las características atractivas de los PAOs destacan, la capacidad de llevar a cabo la mineralización de los contaminantes orgánicos hasta dióxido de carbono y agua. La reactividad no selectiva de los radicales hidroxilo con la mayoría de los compuestos orgánicos, hecho especialmente interesante, si se quiere evitar la formación de subproductos potencialmente tóxicos procedentes de los contaminantes originales que pueden generarse mediante otros tratamientos que no llevan a cabo la oxidación total. Su clasificación se basa principalmente en el procedimiento empleado para la generación de estos radicales, ya sea por métodos fotoquímicos, inducidos por la luz, o a través de reacciones químicas de óxido/reducción, asistidas externamente mediante otra fuente de energía (Ver Tabla 1). Ambos procesos poseen una alta efectividad para la oxidación de materia orgánica (Andreozzi, 1999). Tabla 1. Clasificación de algunos PAOs, según el procedimiento para generar radicales hidroxilo. Procesos no fotoquímicos Procesos fotoquímicos Ozonización en medio alcalino (O 3 /OH - ) Fotólisis de agua en ultravioleta de vacío (UVV) Ozonización con peróxido de hidrógeno(o 3 /H 2 O 2 ) UV/peróxido de hidrógeno (UV/H 2 O 2 ) Procesos Fenton (Fe 2+ /H 2 O 2 ) y relacionados UV/O 3 Oxidación electroquímica Foto Fenton y relacionadas Radiólisis γ y tratamiento con haces de electrones Fotocatálisis heterogénea Plasma no térmico Descarga electrohidráulica-ultrasonido Oxidación en agua sub/ y supercrítica Se realiza un enfoque más amplio en el proceso avanzado de oxidación conocido como fotocatálisis heterogénea. Este proceso presenta las mejores características de tratamiento para aguas contaminadas con compuestos difíciles de degradar. Estas ventajas sobre los demás procesos de oxidación son: llevar a cabo una mineralización completa, no se tiene generan residuos, no se necesita agentes oxidantes caros (el aire cumple la función de agente oxidante), bajo costo y puede realizarse a temperatura y presión ambiente. (Zielinska, 2003) FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA La IUPAC (2008) define el término fotocatálisis como la reacción catalítica que implica la absorción de luz por medio de un catalizador o sustrato. Esta definición implica dos tipos de reacciones: una debida a la excitación directa del semiconductor, de manera que éste absorba los fotones usados en el proceso; y/o una segunda reacción debida a la excitación de moléculas contaminantes adsorbidas sobre la superficie del catalizador que a su vez podrían ceder 130

131 electrones al catalizador (Saquib, 2008). El primer caso es el más habitual, al que generalmente se hace referencia cuando se utiliza el término fotocatálisis heterogénea. Entre los distintos catalizadores utilizados en los procesos fotocatalíticos destacan los materiales semiconductores como: TiO2, ZnO, CdS, óxidos de hierro, WO3, ZnS (Herrmann, 1999). Estos óxidos metálicos son económicamente accesibles, contienen elementos relativamente abundantes en la naturaleza y pueden excitarse con luz de no muy alta energía, absorbiendo parte de la radiación del espectro solar. Sin embargo, el material que ha mostrado una mayor actividad fotocatalítica en la mayoría de los casos es el dióxido de titanio (TiO 2 ). El TiO 2 presenta otras características deseables en un fotocatalizador: estabilidad frente a la corrosión, alta actividad, baja toxicidad y bajo costo (Kale, 2006). Por otro lado, tiene el inconveniente de una amplia banda de energía prohibida (E g ), la cual corresponde a la región del espectro electromagnético del ultravioleta cercano, de manera que absorbe sólo una pequeña parte del espectro solar. Con el semiconductor y la fuente de luz se lleva a cabo el proceso fotocatálitico, el cual se basa en la excitación del semiconductor, mediante la absorción de luz, esté se representa en la Figura 1. En el esquema, cuando sobre el fotocatalizador incide un haz de luz con suficiente energía, igual o superior a su banda de energía prohibida, promueve un electrón que va de la banda de valencia hacia la banda de conducción, generando un par electrón-hueco que son capaces de migrar a la superficie del catalizador y reaccionar con las especies adsorbidas. Los huecos formados en la banda de valencia del sólido reaccionan con especies dadoras de electrones; por ejemplo, en presencia de iones hidroxilos a nivel superficial (OH - ), se generan los radicales hidroxilo responsables de la degradación de la materia orgánica. En el caso de los electrones generados en la banda de conducción, la principal especie aceptora de electrones (agente oxidante) suele ser el oxígeno, ya que los procesos fotocatalíticos suelen llevarse a cabo en ambientes aerobios. En competencia con los procesos de transferencia de carga están los procesos de recombinación, en donde los pares generados electrón-hueco se recombinan antes de reaccionar con las especies de la superficie. Es importante señalar que la recombinación del par e - /h + es perjudicial para la eficiencia del proceso fotocatalítico, dado que reduce el número de electrones y huecos que pueden ser transferidos a las especies adsorbidas en la superficie del semiconductor (Castro, 2009). Además el proceso de fotocatálisis heterogénea es influenciado por la concentración del catalizador (TiO 2 ), por el ph de la solución contaminante (efecto en la carga superficial y en la aglomeración de las partículas del catalizador), por la velocidad de agitación del reactor y por la intensidad de iluminación. Fig. 1. Diagrama energético de un semiconductor durante el proceso de fotoexcitación Definiendo y realizando la explicación de los principios básicos de la fotocatálisis heterogénea se realiza un repaso de las diferentes formas de empleó del fotocatalizador de dióxido de titanio, debido a que con el paso de los años se han encontrado mejorías en los resultados de eliminación de contaminantes. Beneficiando principalmente a la separación del fotocatalizador y al empleo de energía de menor longitud de onda (radiación solar) en los diferentes efluentes contaminados. El dióxido de titanio se usó al principio en suspensión, se dopó con diferentes metales y se soportó en diferentes matrices. Cada una de estas características se revisa en el siguiente apartado. 131

132 APLICACIONES DE LA FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA Las primeras publicaciones en fotocatálisis aparecen a principios de la década de los 70. Una de las más conocidas es la de Fujishima y Honda en (1972), que trata sobre el descubrimiento de la electroforesis de agua en un electrodo de TiO 2 bajo la acción de la luz UV. Posteriormente, Carey (1976) publico por primera vez en, la degradación fotocatalítica de la molécula de bifenilo y clorobifenilo en presencia de TiO 2. Desde la aparición de las primeras publicaciones, ha crecido el interés y han aumentado los grupos de investigación. En este sentido y aunque en la fotocatálisis las aplicaciones pueden dividirse, a groso modo, en energéticas y medioambientales, es esta última la que ha acumulado un mayor esfuerzo a lo largo de los últimos 30 años. Una de las principales aplicaciones que más interés ha despertado en la comunidad científica es el tratamiento y purificación del agua mediante fotocatálisis heterogénea con TiO 2. A mediados de la década de los años 80 es cuando se inició un importante avance en la evolución y el desarrollo del proceso fotocatalítico para el tratamiento de contaminantes. Las aplicaciones de la fotocatálisis heterogénea para el control de los contaminantes en el medioambiente son muy extensas. Las aplicaciones de la fotocatálisis en fase líquida, el compuesto a degradar puede transformarse en toda una serie de compuestos intermedios, antes de llegar a su completa mineralización. Por lo tanto, para poder verificar la viabilidad del proceso fotocatalítico como técnica para la degradación de contaminantes, resulta importante demostrar que es posible alcanzar la eliminación no solo de los compuestos iniciales, sino también de todos los compuestos intermediarios que se generen durante la reacción. En definitiva, las aplicaciones prácticas del proceso de degradación, no basta con la desaparición de los contaminantes; es imprescindible también la conversión de, al menos un importante porcentaje del carbón orgánico en carbón inorgánico, en forma de CO 2 (Zielinska, 2003). Sin embargo, la descontaminación aplicando la fotocatálisis presenta básicamente ciertas limitaciones. Entre otras, la más importante es que no es capaz de tratar volúmenes de efluentes industriales muy grandes ni con concentraciones relativamente elevadas; a esto se le suma que el proceso debe brindar la posibilidad de ser barato, simple y con bajos requerimientos operativos. A pesar de estas limitaciones la fotocatálisis heterogénea en fase líquida presenta un amplio campo de aplicaciones en las que el proceso puede llegar a ser altamente competitivo. Así mismo, la utilización de nanopartículas cristalinas de dióxido de titanio ha adquirido un renovado interés en la última década. Desde el punto de vista de la fotocatálisis, la utilización de nanopartículas cristalinas aporta numerosas ventajas, y prueba de ello es que varios de los dióxidos de titanio disponibles comercialmente, como el clásico P25 de la compañía alemana Degussa, están constituidos por cristales de tamaño nanométrico 75% anatasa y 25% rutilo y un área BET de 50 m 2 /g (Brickley, 1992). Una de las ventajas que presentan los materiales nanocristalinos es que los sitios catalíticamente activos se encuentran en la superficie, esta característica convierte a los materiales nanoestructurados en atractivos desde el punto de vista de la catálisis. El fotocatalizador TiO 2 ha sido empleado en la degradación de diferentes contaminantes: Compuestos clorados (Wang, 1999, Hermann, 1999). Colorantes: Naranja ácido 7 (O Rourke, 2010), azul disperso 1 (Saquib, 2008), amarillo reactivo 17 rojo reactivo 2 y azul reactivo 4 (Neppolian, 2002). Compuestos orgánicos como el 2, 4, 6 Trinitrotolueno (Wang, 1995), 1, 4 dioxano (Coleman, 2003), fenol y ácido benzoico (Vioney, 2005). La destrucción de plaguicidas es una de las aplicaciones más adecuadas de la tecnología de fotocatálisis ya que generalmente, se deben tratar soluciones o suspensiones multi-componentes relativamente diluidas y en pequeños volúmenes (Devipriya, 2005). Otra de las aplicaciones interesante de la fotocatálisis es la eliminación de iones metálicos. Muchas especies metálicas son conocidas por sus efectos nocivos sobre la salud, como por ejemplo el cromo, mercurio, cobre, níquel, cadmio etc. Los tratamientos fotocatalíticos pueden convertir las especies iónicas en su forma sólida metálica y depositarlas sobre la superficie del semiconductor, o bien transformarlas en otras especies solubles. Al final del proceso, la especie metálica puede ser extraída de la suspensión por procedimientos mecánicos o químicos. Una aplicación interesante es la 132

133 fotoreducción de Cr(VI) a Cr(III), contaminante frecuente en aguas residuales industriales provenientes de procesos como galvanoplastía, tintura de cueros o manufactura de pinturas (Prairie, 1994). Otra de las aplicaciones que cada vez está teniendo más posibilidades es la utilización de la fotocatálisis para la desinfección de aguas. En este sentido, el cloro es el producto químico por excelencia cuando se habla de desinfección química de aguas debido a su gran capacidad para inactivar bacterias y virus. No obstante, la presencia de impurezas orgánicas en el agua puede generar subproductos no deseados irritantes o cancerígenos tras el tratamiento, tales como halometanos; por estas razones se comenzó a estudiar la posibilidad de aplicar en ciertos casos tecnologías alternativas de desinfección. Aunque la aplicación del dióxido de titanio directamente en el efluente a tratar, presento buenos resultados. También resulta en un inconveniente, es la formación de suspensiones. Esté se presentó a lo largo de los años. Debido principalmente al tamaño de la partícula del dióxido de titanio ( nm). Las partículas mientras más pequeñas tienden a estar suspendidas en el agua y penetran fácilmente los materiales de filtración y obstruirán los filtros o membranas (Malato, 2003). Algunos sistemas utilizaron centrifugación, filtración, y sedimentación para recuperar el material disperso y suspendido del agua ya tratada. Además el tiempo necesario para llevar a cabo la separación se incrementara al disminuir el tamaño de partícula. Esta desventaja se pudo solucionar al soportar el dióxido de titanio en una matriz. De acuerdo con los resultados reportados en la literatura, se han empleado una gran variedad de materiales como sustratos para soportar el TiO 2. La selección de estos materiales radica en su costo, en su transparencia a la luz, su resistencia térmica y mecánica. También debe mencionarse que el vidrio de boro silicato es transparente a la radiación UV cercana, por lo que puede usarse en el trabajo con TiO 2 como soporte. Hasta el momento se utilizan una importante variedad de materiales como sustratos para soportar los materiales que se usan como catalizadores, como el dióxido de titanio y hierro. Se pueden agrupar a los distintos materiales de soporte en dos grandes grupos: fotocatalizadores dispersos en una matriz que le sirve de soporte y fotocatalizadores en forma de recubrimientos, capas o películas. La idea de un soporte para fotocatálisis debe satisfacer diferentes criterios como son: 1. Una fuerte adherencia entre el catalizador y el soporte 2. No haya una disminución de la reactividad del catalizador 3. Aumentar el área superficial 4. Mantener una adsorción fuerte y afinidad con los contaminantes Para los diferentes sustratos se tienen trabajos en los cuales se soporto al fotocatalizador en zeolitas (Lafjah, 2011), vidrio (Gelover, 2004, Mansilla, 2006), sílice (Li, 2009), entre otros. El soporte más estudiado es el dióxido de silicio o sílice, SiO 2, tanto en la forma de vidrios de distinta clase como directamente la sílice fundida o cuarzo (Pozzo, 1997). La selección de estos materiales radica en su costo, en su transparencia a la luz, gran área superficial, porosidad y en su alta estabilidad térmica y mecánica. Los óxidos de titanio soportados sobre sílice tienen mejores propiedades fisicoquímicas que empleando el TiO 2 puro (Bellardita, 2010). La superficie hidroxilica de la sílice generalmente actúa como sitios de adsorción-reacción por su característica hidrofílica (Cozzolino, 2007). Se utiliza el gel de sílice para soportar óxidos de titanio, debido a que este tipo de sílice tiene una gran área superficial y una alta capacidad adsorbente que es muy importante para incrementar la fotoactividad de las partículas de dióxido de titanio (Chen, 2004). Se emplea otro tipo de sílice con un tamaño de partícula del orden de nanómetros (sílice pirogénica) presentando resultados muy alentadores. Al tener una mayor área superficial (Gude, 2008). 133

134 Otra desventaja que presenta el uso del dióxido de titanio es la alta probabilidad de recombinación electrón hueco debido a que no hay una separación física entre los sitios de las reacciones anódicas (oxidación por huecos) y catódica (reducción por electrones). Por otro lado, la baja eficiencia que se obtiene con luz visible es una de las limitaciones más severas de la fotocatálisis heterogénea. La presencia de un catión (dopante) en el seno del catalizador puede favorecer la actividad catalítica mediante la disminución en la velocidad del proceso de la recombinación de carga (Yuan, 2007) y al mismo tiempo potenciar los procesos de reducción en la superficie metálica. En numerosas aplicaciones el TiO 2 se ha utilizado en estado puro, pero distintas aproximaciones para mejorar la eficiencia en su efecto fotocatalítico han conducido a considerar el desarrollo de preparaciones de materiales de dióxido de titanio dopados con iones metálicos de transición. En este sentido, varios intentos se han centrado en incrementar la fotoeficiencia de los catalizadores, ya sea por dopaje con iones o por deposición de metales de transición a nivel superficial. El dopaje del TiO 2 con otros cationes constituye un amplio campo de investigación en fotocatálisis. Choi, 1994 llevo a cabo un estudio del efecto de diferentes cationes dopantes sobre la actividad del TiO 2, en el que se observo una mejora significativa de la fotoactividad con algunos dopantes (Fe 3+, Mo 5+, Ru 3+, Os 3+, Re 5+, V 4+, Rh 3+ ), mientras que con otros (Co 3+, Al 3+ ) la fotoactividad era menor en comparación al TiO 2 puro. En su trabajo se encontró una relación directa entre la mejora de la fotoactividad y un mayor tiempo de vida de las cargas fotogeneradas. De esta manera, se llego a la conclusión de que el catión dopante puede actuar como intermediario en la transferencia de carga a los reactivos o bien como centro de recombinación, dependiendo de una serie de factores como su concentración, su configuración electrónica y su distribución en el material, entre otros. En resumen, cuando se dopa un óxido de titanio con un catión de transición, se pretende inhibir la recombinación del par hueco-electrón en la superficie mediante la creación de sitios atrapadores de carga o trampas dentro de la matriz del TiO 2. El hecho de que el dopaje aumenta la eficiencia fotocatalítica cuando actúa como una trampa de cargas. Al dopar al dióxido de titanio con un metal se logra desplazar su banda de adsorción a la región visible, para poder aprovechar un rango más amplio del espectro solar. Este desplazamiento dependerá del método de preparación y de las propiedades fisicoquímicas del material. El dióxido de titanio se ha dopado con diferentes materiales que presentan este desplazamiento en su banda de adsorción como lo es: Fe (Zhou, 2005), Au (Li, 2002), entre otros. CONCLUSIONES Al realizar la revisión bibliográfica se encuentra que la información es basta y que año con año se encuentran avances para la aplicación en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con compuestos recalcitrantes. Al dopar o soportar al dióxido de titanio ofrecerá grandes ventajas para aprovechar la radiación solar, la fácil separación del fotocatalizador del agua y se tiene una aplicación barata y amigable con el medio ambiente. Es necesario seguir con las diversas investigaciones para poder encontrar el catalizador con las mejores características catalíticas y que ofrezca ventajas para tratar efluentes contaminados con contaminantes recalcitrantes. RECONOCIMIENTOS El primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México la beca de maestría para realizar esta investigación. La segunda autora agradece la beca de la DGAPA-UNAM para realizar una estancia posdoctoral en la UNAM. 134

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136 Saquib, M., Abu Tariq, M., Haque, M.M., Muneer, M Photocatalytic degradation of two selected dye derivatives in aqueous suspensions of titanium dioxide. Desalination. 219: Vione, D., Minero, C., Maurino, V., Carlotti, M.E., Picatonotto, T., Pelizzetti, E Degradation of phenol and benzoic acid in the presence of a TiO 2 -based heterogeneous photocatalyst. Appl. Catal. B: Environ. 58: Yuan, Z., Zhang, J.L., Li, B., Li, J.Q Effect of metal ion dopants on photochemical properties of anatase TiO 2 films synthesized by amodified sol gel method. Thin Solid Films. 515: Wang, K.-H., Hsieh, Y.-H., Chou, M.-Y., Chang, Ch.-Y Photocatalytic degradation of 2-chloro and 2-nitrophenol by titanium dioxide suspensions in aqueous solution. Appl. Catal. B: Environ. 21:1-8. Wang, Z., Charles, K Photocatalytic mineralization of 2,4,6 Trinitrotolueno in aqueous suspensión of titanium dioxide. Chemosphere. 30:1125-l136. Zhou, M., Yu, J., Cheng, B., Yu, H Preparation and photocatalytic activity of Fe-doped mesoporous titanium dioxide nanocrystalline photocatalysts. Mater. Chem. Physics. 93: Zielinska, B., Grzechulska, J., Kalenczuk, R.J., Morawski, A.W The ph influence on photocatalytic decomposition of organic dyes over A11 and P25 titanium dioxide. Applied Catalysis B: Environmental. 45:

137 A-C TL-3 CARACTERIZACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO Y CRECIMIENTO DE PLANTAS MACRÓFITAS EN UN HUMEDAL ARTIFICIAL EN SAN MIGUEL DE ALLENDE, GUANAJUATO MACROPHYTE GROUTH AND FUCTION IN AN ARTIFICIAL WETLAND IN SAN MIGUEL DE ALLENTE, GUANAJUATO Quiroz-Sodi, Marcela *. Lic. Ingeniera Agrónoma, UAM Xochimilco. Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, Posgrado en Recursos Bióticos. Martínez D. Mahinda Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, Profesor-investigador. Guevara E. Aurelio Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, Profesor-investigador. Malda B. Guadalupe Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, Profesor-investigador. * Av. De las Ciencias s/n. Col. Juriquilla, Del. Sta. Rosa Querétaro, Querétaro, México. 01(442) RESUMEN La calidad de agua que se requiere para favorecer a la población con sus beneficios debe ser de calidad y cantidad suficiente; es por ello que se hace presente la necesidad de reciclarla y tratarla. En la búsqueda de resolver estas necesidades surgen tecnologías amigables con el ambiente y con cualidades de autosustentabilidad. Una de dichas tecnologías son los humedales artificiales (HA). En la reserva El Charco del Ingenio, en San Miguel de Allende, Guanajuato se ha construido un HA con la finalidad de amortiguar los daños de un derramamiento de aguas residuales a su interior. Por lo cuál el presente trabajo pretendió evaluar el funcionamiento del HA mediante pruebas de calidad de agua y conocer la respuesta de las plantas y su eficacia biorremediadora. Se realizaron pruebas de coliformes, concentración de nitratos y fosfatos, biomasa, área foliar y cobertura en 6 puntos del HA a lo largo de 6 meses. Se observó una disminución en los coliformes que sin embargo no es suficiente para cumplir con la NOM 001-semarnat Los nitratos y fosfatos se mantuvieron dentro de los límites de la norma (15-25 mg/l y 5-10 mg/l respectivamente). Las plantas mostraron disminución de crecimiento en la temporada de frío y solo una de las especies se vio afectada con pudriciones debido a las condiciones insalubres en que se encontraba. Se concluyó que debe mejorarse el manejo y mantenimiento del HA para optimizar su funcionamiento, mediante ciclos definidos, podas periódicas y coordinación en el suministro de agua. 137

138 ABSTRACT Human population requires quality water in enough quantities to fulfill their daily needs. Therefore, re-using treated water has become a good option. Environmentally friendly techniques are a good, inexpensive option. Constructed wetlands (CW) are one of such techniques, and in the Charco del Ingenio, a small ecological reserve in San Miguel de Allende, Guanajuato, a subsurface-flow CW was implemented to treat the domestic wastewater that run into the reserve. The objective of our study was to evaluate the CW function by testing water quality, plant growth, and their efficiency as biofilters. We measured coliforms, nitrate, and phosphate concentrations, foliar area, and plant cover in 6 points in the CW during 6 months. A decrease in coliforms was observed (50% moreless), but not enough to meet the current national standards. Nitrates and phosphates are within the required limits. Plant growth diminished during the cold season, and only one species rotted due to the poor water quality. CW management needs to be improved by better water retention times, periodic pruning and coordination in water supply, thus optimizing its function. Palabras clave: Biomasa, coliformes, humedales artificial Key Words: Biomass, coliform organisms, constructed wetlands INTRODUCCIÓN El agua en los cuerpos y mantos acuíferos debe ser de buena calidad para proveer a la población de los servicios básicos de este recurso: debido a la alta demanda de este vital líquido deben utilizarse tecnologías de reutilización, reciclaje y tratamiento de agua (De Anda-Sánchez, 2007). En México solamente el 28.2% de las aguas residuales recibe tratamiento y no siempre se cuenta con las instalaciones adecuadas (De Anda-Sánchez, 2007). Para lograr el tratamiento oportuno de agua es importante seleccionar la tecnología y sistema adecuados, debe considerarse que las plantas de tratamiento convencionales de tipo mecanizado pueden resultar demasiado costosas en su construcción, operación y mantenimiento. Como respuesta a la necesidad de llevar a cabo procedimientos de tratamiento de aguas residuales a un bajo costo y que posea cualidades de auto sustentabilidad aparece la posibilidad de emplear una tecnología alternativa como humedales artificiales (Urquiza et al., 2005). Los humedales naturales proveen habitualmente el servicio de tratamiento y remediación, poseen cualidades ecológicas e hidrológicas de gran valor; sin embargo, para acceder de manera controlada y potencializada a sus beneficios se les construye artificialmente (Seoánez, 1999). La reciente construcción de un humedal artificial (HA) en la reserva ecológica El Charco del Ingenio en San Miguel de Allende, Guanajuato pretendía responder a las necesidades de saneamiento del ecosistema en la reserva mediante el uso de las especies más adecuadas para su funcionamiento. El Charco del Ingenio es una reserva natural que provee refugio a un amplio número de especies de flora y fauna nativas y funciona como espacio comunitario de información ecológica y educación ambiental; recientemente ha sido afectada por el derramamiento de aguas residuales domésticas provenientes de una colonia cercana en detrimento del ecosistema y la calidad de agua en el humedal natural y presa El Obraje en su interior (Anónimo, 2009). El HA funge como tratamiento secundario a las aguas residuales; se trata de un sistema subsuperficial con vegetación acuática dentro de un cajón con una superficie aproximada de 2,000 m 2 con desembocadura en una ciénaga de 600 m de largo en forma de serpentín para finalmente desembocar al Arroyo La Longaniza y la presa El Obraje. Para el funcionamiento del humedal se han establecido cuatro especies de plantas semiacuáticas, tres de las cuales se encuentran en abundancia en el parque (Cyperus hermphroditus (Jacq.) Standl., Typha latifolia L. y Schoenoplectus tabernaemontani (C. C. Gmel Palla.) y la planta de ornato Zantedeschia aethiopica Spreng. (alcatraz). El objetivo del presente proyecto es evaluar el funcionamiento del HA por medio de análisis al agua y suelo; y caracterizar el crecimiento y desarrollo de las especies presentes en el humedal artificial en El Charco del Ingenio. 138

139 METODOLOGÍA Para la caracterización de especies vegetales se llevaron a cabo mediciones de biomasa y cobertura utilizando tanto métodos destructivos de peso seco y húmedo, como no destructivos como Índice de área foliar (IAF) y tasa foliar unitaria (TFU). La unidad de muestreo para la biomasa (métodos destructivos) fueron 10 plantas en cada punto de las cuáles se obtuvieron el peso fresco y seco y se calculó la biomasa. Para los métodos no destructivos se hicieron tres tomas en cada punto utilizando un sensor LAI-2000 el cual arrojó los datos del IAF y se calculó la TFU usando la fórmula (1). Bárcenas (2006): E = (W 2 W 1 ) (lns 2 lns 1 ) / (S 2 S 1 ) (t 2 t 1 ) fórmula (1) donde: S = área foliar, W = peso seco, t = tiempo Para la medición de coliformes totales (CT) y fecales (CF) se siguió la metodología señalada en la NOM 112-SSA1-1994, mientras los nitratos (N) y fosfatos (P) se calcularon con el espectrofotómetro HANNA. Los parámetros y límites se obtuvieron de la NOM 001-SEMARNAT-1996 (DOF, 1996). Se muestrearon 100 ml aproximadamente de agua de cada uno de los 6 puntos de muestreo colocados a lo largo del HA. Se compararon las características del suelo de un humedal natural ubicado dentro del mismo Charco de Ingenio con el artificial; realizándose pruebas de textura, densidad de masa aparente (DA) y densidad real (DR) siguiendo la metodología otorgada de Ansorena (1994) y Pire y Pereira (2003). Se efectuó un análisis multivariado para conocer la relación entre las variables y su significancia en el programa JMP; también se analizaron las diferencias entre las especies muestreadas y la eficacia de su funcionamiento en el HA. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se observa disminución en la biomasa debido a las bajas temperaturas de diciembre y enero, comenzando a brotar nueva vegetación en febrero aumentando así la cobertura y la TFU; las especies que registraron disminución de biomasa más lenta fueron T. latifolia y S. californicus. Directamente relacionada con la pérdida de biomasa se encuentran la cobertura y la TFU. Los CT y CF están directamente relacionados entre sí; notándose disminuciones de más del 50% de coliformes, nitratos y fosfatos en los puntos inmediatos a la entrada y aumentos de la misma magnitud en los puntos cercanos a la salida, coincidiendo con la presencia de T. latifolia, S. californicus y Z. aethiopica. A pesar de que los coliformes muestran reducciones, en algunos casos significativos, siguen estando arriba de lo señalado por la NOM 001-SEMARNAT-1996, superándola en más del 100%. Con respecto a los N y P se observa una disminución a lo largo del HA con aumentos a la salida; también se encuentran coincidencias con la reducción de N y P y la presencia de T. latifolia (Fig. 1). El análisis de multivarianza encontró correlaciones negativas significantes de cobertura y biomasa con CT y CF. Para el análisis de suelo, se encontró una predominancia de partículas mayores a 2mm (54.7%) en el suelo del HA, mientras en el del humedal natural se observó un balance en las partículas >2mm, 2 a 1mm y de 1 a 0.25, con 32, 26.8 y 27.5% respectivamente. Con base en el tamaño de las partículas se determinó que el sustrato del HA correspondía a arenoso, mientras el del humedal natural es limoso-arcilloso. Los porcentajes de pérdida de humedad del humedal natural estuvieron alrededor de los 43 g, mientras los del HA apenas alcanzaron los 20 g. A pesar de ello no se encontró una tendencia en ningún sentido respecto a la relación masa-volumen. La porosidad total no fue determinante en ninguno de los casos, sin embargo la porosidad de aireación del sustrato del humedal natural fue en promedio menor (9 ml) a aquella del HA (12.66 y ml para cada muestra). 139

140 Fig. 1. Balance general de aumentos y diminuciones porcentuales de CT, CF, N y P. Donde: HE: humedal entrada, T+número: punto de muestreo, T: T. latifolia, SH: S. californicus, A: Z. aethiopica, SC: C. hermaphroditus, HS: humedal salida. CONCLUSIONES La disminución de la biomasa está relacionada directamente con la reducción de cobertura y TFU considerándose la mayor causa de ello la fenología y época del año en que se realizaron los muestreos (octubre-marzo). También se encontró una relación negativa con CF, siendo lo esperado dado que se busca que a mayor biomasa y cobertura disminuyan los coliformes. Las especies que mostraron mejor respuesta a los coliformes fueron T. latifolia y S. californicus, aunque Zantedeschia mostró buen comportamiento, sin embargo, sufrió pudriciones y crecimiento lento. Se observó disminución en los CT y CF y dada la calidad del sistema de tratamiento primario que alimenta al HA, los parámetros siempre se encuentra arriba de los límites que requiere la NOM 001-SEMARNAT-1996 para considerarse agua de calidad para ser liberada en ríos y embalses. En cuanto a nitratos se encuentran dentro de los límites establecidos en dicha norma, mientras que los fosfatos la rebasan ligeramente. El tipo de suelo utilizado en el HA parece ser de la calidad requerida para el establecimiento y desarrollo de las plantas, además de que posee la permeabilidad necesaria para el paso del agua. El funcionamiento de un HA además de depender de sus cualidades intrínsecas, dependen del manejo, tratamiento previo y mantenimiento por lo que resultante de este trabajo se recomienda aumentar el tiempo de permanencia del agua en el HA, de 3 a 10 o más días; mejorar la poda, control y limpieza de la vegetación y aumentar el personal encargado de dichas tareas. De igual modo se sugiere coordinar eficazmente el manejo de las válvulas de entrada y salida de agua designando a un solo encargado capacitado para dicha tarea y estableciendo días y horas para su apertura y cierre. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Anónimo El Charco del Ingenio. [Fecha de consulta: noviembre 2009]. Ansorena, M Sustratos propiedades y caracterización. MundiPrensa. 172 pp. Madrid, España. Bárcenas, A. P notas del curso modular Potencial productivo de los genotipos. Impartido de enero a abril de 2006 en la UAM Xochimilco. México D.F: México. 140

141 De Anda-Sánchez, J Tratar aguas grises y crear un jardín en comunidades forestales. Revista Electrónica de la Comisión Nacional Forestal, Número junio al 1º de julio de [Fecha de consulta: Agosto, 2009]. DOF Norma official mexicana NOM 001-SEMARNAT Diario Oficial de la Federación. México D.F: México. Pire, R., Pereira, A Propiedades físicas de componentes de sustratos de uso común en la horticultura del estado Lara, Venezuela. Propuesta metodológica. Bioagro. 15: Seoánez, C. M Aguas residuales: tratamiento por humedales artificiales. Ediciones Mundi Prensa. Madrid, España. Urquiza, M. E., et al Instalación de un humedal experimental para el tratamiento de las aguas residuales de la comunidad de Cucuchucho, Mpio. de Tzintzuntzan, Michoacán. 1er Foro Académico de la DES de Ingenierías y Arquitectura de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán, México. 141

142 A-C TL-4 DETERMINACIÓN DE LOS RESIDUOS GENERADOS POR EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE Lemna minor EN LA REMOCIÓN DE CROMO (VI) IDENTIFICATION OF THE WASTES GENERATED BY THE HEAT TREATMENT OF Lemna minor IN THE REMOVAL OF CHROMIUM (VI) Ramos-Tapia Fernando * Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C., Realizo sus estudios profesionales en el Instituto Tecnológico de Celaya donde obtuvo su grado Ingeniero Industrial en el año del Contreras-Bustos Roberto Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S. C *Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C., - Parque Tecnológico de Querétaro Sanfandila - Pedro Escobedo Querétaro, Qro., México. Tel.: 01(442) Fax: 01(442) RESUMEN Con el propósito de encontrar un método eficaz para generar una disminución en la cantidad de residuos de la remoción de cromo hexavalente se realizó un estudio a escala de laboratorio empleando macrófitas acuáticas Lemna minor. Durante el experimento se obtuvieron datos para analizar el efecto que tienen las diversas temperaturas (100 C, 200 C, 300 C y 400 C) en las macrófitas empleadas, y se determinó que por medio de la diferencia del peso húmedo y del peso seco a una temperatura de 300 C la cantidad de residuos es menor. Se llevó a cabo un experimento de remoción de cromo en la planta modelo comprobándose que la Lemna minor es una planta muy efectiva para la remoción del cromo hexavalente. ABSTRACT In order to find an efficient method to generate a reduction in the amount of waste for the removal of hexavalent chromium, a study using laboratory-scale aquatic macrophyte Lemna minor was done. During the experiment, data were collected to analyze the effect of different temperatures (100 C, 200 C, 300 C and 400 C) in the macrophytes used, and it was determined by the difference of wet weight and dry weight at a temperature of 300 C that the amount of waste was lower. We carried out an experiment of removal of chromium in the model plant Lemna minor confirming that the plant is very effective for the removal of hexavalent chromium. Palabras clave: Lemna minor, Remoción, Residuo, Cromo (VI). Key Words: Lemna minor, removal, waste, chromium (VI) 142

143 INTRODUCCIÓN La contaminación tóxica de metales pesados de aguas residuales industriales es un problema ambiental importante. Muchas industrias, como la automotriz, acabado de metales, galvanoplastia, fabricación de baterías, la minería, la fabricación de cables eléctricos, la curtiduría, la industria de acero y la industria textil, liberan varias concentraciones de metales pesados. (Saygideger et al., 2005). Uno de ellos es el cromo que es usado en grandes cantidades en la mayoría de las industrias. El cromo es un elemento que ha sido identificado tanto como un micronutriente esencial, como un agente carcinogénico, dependiendo de su forma química. Una vez iniciado el proceso de acumulación de cromo en el medio ambiente a partir de distintas fuentes (naturales o antropogénicas), puede verse transferido de un ecosistema a otro, como: aire, aguas superficiales, sedimentos, aguas subterráneas, suelos y seres vivos. El vertido incontrolado de cromo al medio ambiente se genera, principalmente, porque la mayor parte de los sistemas colectores de aguas residuales no posibilitan la separación de efluentes urbanos e industriales, de modo que las aguas residuales de las zonas urbanas con polígonos industriales son siempre de tipo mixto (Arauzo et al., 2003). La presencia de este metal en el agua puede convertirse en un problema que puede perjudicar la salud de los humanos, la flora y la fauna. De aquí surge el interés por colaborar con la naturaleza para revertir el efecto de la acumulación de cromo en los cuerpos de agua. Esto nos conduce a realizar la búsqueda de nuevos métodos para la remoción de este metal. Los métodos disponibles para eliminar los metales tóxicos como el cromo en el agua son: intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis, precipitación y adsorción. Sin embargo, el intercambio iónico y la osmosis inversa tienen altos costos de operación. (Wilde y Benemann, 1993). Las fitotecnologías son una alternativa válida y eficaz para el saneamiento de los cuerpos de agua contaminados, no sólo en condiciones experimentales, sino también en condiciones naturales (Miretzky et al., 2004). La fitoremediación es una tecnología biológica emergente que emplea el uso de las plantas, solo o junto con sus microorganismos asociados, para degradar, contener o estabilizar los diferentes contaminantes ambientales en el suelo, el agua y el aire. (Morikawa y Erkin, 2003). Algunas plantas acuáticas tienen una alta capacidad para acumular los elementos pesados o tóxicos por diferentes mecanismos, y se utilizan para el saneamiento de aguas de gran contaminación, debido a los agroquímicos y descargas industriales (Alvarado et al., 2008). Las macrófitas acuáticas flotantes Pistia stratiotes, Spirodela intermedia y Lemna minor presentan una alta tasa de crecimiento y se han utilizado para la remoción de Cd, Cr y Pb (Miretzky et al., 2004). La Lemna minor es una planta angiosperma (planta con flores), monocotiledónea, perteneciente a la familia Lemnaceae. Su tamaño es muy reducido, alcanzando de 2 a 4 mm de longitud y 2 mm de ancho. La planta puede desarrollarse en un rango amplio de temperaturas, que varía entre 5 y 30 C, con un crecimiento óptimo entre los 15 y 18 C.( Arroyave, 2004). METODOLOGÍA Recolección y adaptación de la lemna minor Las macrófitas acuáticas se recolectaron a las orillas de un estanque ubicado el municipio de Colón de Querétaro que se localiza en las siguientes coordenadas: latitud 20 46'34.16"N; longitud 100 3'10.47"O. En la recolección las plantas acuáticas fueron colocadas en contenedores con agua de pozo, para ser trasladadas al Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S. C. Posteriormente se procedió a lavar con agua de pozo la Lemna minor para evitar una posible descomposición por efecto de los organismos que tuvieran las plantas. Para la adaptación la Lemna minor se mantuvo a una temperatura controlada de 20 a 25 C. Características de agua contaminada con cromo La muestra de agua residual se obtuvo de una empresa dedicada a la galvanoplastia, esta fue analizada para determinar la concentración de cromo presente. Los análisis se realizaron mediante las técnicas NMX-AA-044-SCFI-2001 y NMX- AA-051-SCFI-2001, los resultados indicaron que el agua residual presentó una concentración de mg/l de Cr (VI), un ph 6.75 y una conductividad de 1958 µs. 143

144 Experimentos de remoción de cromo en plantas de Lemna minor Se prepararon 5 matraces Erlenmeyer de 250 ml donde a cada uno se les adiciono 100 ml de muestra de Cr (VI). En seguida se colocaron 200 plantas en los matraces que contenían la solución de cromo, poniéndose en agitación a 90 rpm a una temperatura de 45 C en periodos 5, 10, 15, 20 y 25 horas, después se retiró un matraz en cada periodo y se filtró con el equipo de filtración de laboratorio para ser envasado en frascos para su análisis. Tratamiento térmico de la Lemna minor Para la determinación de los residuos del modelo de estudio, se formaron grupos con diferentes cantidades de Lemna minor (50, 100, 200 y 300 unidades). Fueron utilizados vidrios de reloj que previamente se llevaron a masa constante donde se colocó cada grupo de Lemna minor. Estos grupos fueron pesados en una balanza analítica con el fin de obtener la masa húmeda; posteriormente, fueron sometidos a un tratamiento térmico durante una hora, a diversas temperaturas (100, 200, 300 y 400 C). Al finalizar este procedimiento nuevamente se pesaron los vidrios de reloj con la Lemna minor para obtener la masa seca. Las nuevas masas que se obtuvieron sirven para calcular la generación de residuo que genera la Leman minor, mediante la siguiente fórmula: Masa húmeda (g) Masa seca (g) = Masa de residuo (g) ecuación (1) RESULTADOS Y DISCUSIÓN Remoción de cromo utilizando Lemna minor En la Figura 1 se observa una disminución de la concentración de cromo hexavalente y cromo total conforme pasa el tiempo. Es debido a que los iones cromo fueron adsorbidos por la Lemna minor. Obteniéndose un punto donde prácticamente el cromo hexavalente fue removido en su totalidad en un periodo de 15 horas, quedando una concentración de cromo hexavalente de mg/l; sin embargo se observa que al pasar las 15 horas comienza un nuevo incremento de la concentración de cromo hexavalente, esto pudo ser causado por la saturación de cromo en la Lemna minor, esto puede deberse a que la Lemna minor entra en su fase de muerte, provocando la lixiviación de los iones de cromo a la solución. En cuanto al cromo total el mejor tiempo de remoción de la concentración fue en un periodo de 15 horas, quedando una concentración de cromo total de mg/l disminuye en un periodo. Figura 1. Gráfica de resultados obtenidos de la remoción de cromo, empleando 200 ejemplares de Lemna minor a 45 C (Nota de los editores, hora se abrevia h) 144

145 Análisis de tratamiento térmico de la lemna minor El ensayo se realizado con plantas acuáticas de Lemna minor para cuantificar el residuo que se obtendría, la razón de ello es conocer la cantidad que genera y así deducir los costos que se originaran para el tratamiento de la biomasa empleada. A las distintas temperaturas Figura 2 los cambios generados en los diferentes conjuntos varían muy poco entre el peso húmedo y el peso seco a excepción del tratamiento térmico a 100 C en dónde se observa que la Lemna minor genera una mayor cantidad de residuo. Al obtener el peso del residuo se puede observar un comportamiento lineal de los tratamientos térmicos a 200 C, 300 C y 400 C, en cuanto al aumento del número de Lemna minor con respecto a la generación de residuo. Figura 2. Generación de residuo de la Lemna minor a varias temperaturas (Nota de los editores, gramo se abrevia g) En la Figura 3 se observa la cantidad de residuo generado por el tratamiento térmico a 300 C con distintas cantidades de Lemna minor, esta información permite cuantificar la cantidad de residuo que genera la biomasa empleada para el tratamiento de agua residual de la industria de la galvanoplastia. El análisis muestra el tratamiento térmico que genera una menor cantidad de residuo que es a una temperatura de 300 C. Con la información se obtiene un modelo lineal con el cual se calcula el residuo que generaron los ejemplares de Lemna minor. Este residuo estará en función de la cantidad de agua residual a tratar. El modelo obtenido se muestra en la ecuación 2: y = x ecuación (2) Con el modelo obtenido se calculó el residuo que generó el sistema de tratamiento a escala de laboratorio, para este caso la cantidad de Lemna minor empleada fue de 200 plantas, al sustituir tenemos que la cantidad de residuo a confinar o a tratar es de g. En la Figura 4 se muestra la información sobre Lemna minor después de haber realizado el tratamiento térmico a 300 C durante una hora. Este tratamiento térmico ocasiona que la biomasa de Lemna minor quede prácticamente reducida a cenizas y su residuo generado sea en menor cantidad y tenga al metal en forma estable. 145

146 Figura 3. Coeficiente de correlación del tratamiento térmico de 300 C (Nota de los editores, gramo se abrevia g) A B C D Figura 4. Fotografías del material después de realizar el tratamiento a 300 C durante 1 hora: (A): 50 ejemplares de Lemna minor; B: 100, Lemna minor; C: 200, Lemna minor; D: 300, Lemna minor 146

147 CONCLUSIONES Para finalizar, se concluye que el sistema de fitorremediación para la remoción de cromo con Lemna minor es eficiente ya que remueve el cromo hexavalente del agua residual, el mejor porcentaje de remoción fue de un 99%. En cuanto a la generación de residuo se concluyó que un tratamiento térmico a 300 C genera una menor cantidad de residuo de Lemna minor. Toda esta información fue obtenida a nivel de laboratorio. Con los estudios realizados fue posible adquirir conocimientos sobre la aplicación de estas fitotecnologías que actualmente se están empleando. RECONOCIMIENTOS Los autores agradecen al CONACYT por la beca otorgada a F. Ramos-Tapia para la realización de sus estudios de maestría. Al Fondo Mixto Gobierno del Estado de Querétaro CONACYT por el financiamiento para la realización del proyecto con clave No QRO-2007-C REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alvarado, S., Guédez, M., Lué-Merú, M., Nelson, G., Anzalone, A., Arroyo C., Gyula, Z Arsenic removal from waters by bioremediation with the aquatic plants Water Hyacinth (Eichhornia crassipes) and Lesser Duckweed (Lemna minor) Bioresource Technology 99: Arauzo, M., Rivera, M., Valladolid, M., Noreña, C., Cedenilla, O Contaminación por cromo en el agua intersticial, en el agua del cauce y en los sedimentos del río Jarama. Limnetica 22: Arroyave, P La lenteja de agua (Lemna minor): Una planta acuática promisoria. EIA 1: Miretzky, P., Saralegui, A., Fernandez Cirelli, A Aquatic macrophytes potential for the simultaneous removal of heavy metals (Buenos Aires, Argentina) Chemosphere 57: Morikawa, H., Erkin, O Basic processes in phytoremediation and some applications to air pollution control. Chemosphere 52: NMX Norma Mexicana NMX-AA-051-SCFI Análisis de agua Determinación de metales por absorción atómica en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas. CDU: NMX Norma Mexicana NMX-AA-044-SCFI Análisis de aguas - Determinación de cromo hexavalente en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas. CDU: 543.3: Saygideger, S., Gulnaz, O., Salih - Istifli, E., Yucel, N Adsorption of Cd (II), Cu (II) and Ni (II) ions by Lemna minor L.: Effect of physicochemical environment. Journal of Hazardous Materials B126: Wilde, E.W., Benemann, J.R Bioremoval of heavy metals by the use of microalgae. Biotechnology Advances 11(4):

148 148

149 A-C TL-5 AGUA EN LA INDUSTRIA AZUCARERA: ESTABILIDAD TÉRMICA Y DE ALMACENAMIENTO DEL COLOR DE JARABES FRUCTOSADOS DE GUARAPO Y JUGO CLARIFICADO DE CAÑA WATER IN THE SUGAR CANE INDUSTRY: THERMAL AND STORAGE STABILITY OF COLOR OF FRUCTOSED SYRUPS FROM GUARAPO AND CLARIFIED SUGAR CANE JUICE Solís-Fuentes Julio Alberto* Ingeniero químico, Maestro en Ingeniería de Alimentos, Doctor en Ciencias Químicas (Ingeniería Química). Profesor- Investigador, Instituto de Ciencias Básicas, Universidad Veracruzana Ayala-Tirado, R. C. Instituto de Ciencias Básicas, Universidad Veracruzana Av. Dos Vistas s/n carretera Xalapa-Las Trancas, Xalapa, Ver., México Durán-Domínguez-de-Bazúa, María del Carmen Facultad de Química, UNAM Conjunto E, Labs , Ciudad Universitaria, México, D.F. Fax (+52) Correo-e ( ): *Fax (+52) Correo-e ( ): RESUMEN En este trabajo se estudio la estabilidad térmica del color del guarapo y jugo claro de caña de azúcar purificados mediante tratamiento con carbón activado y ultrafiltración en membrana polimérica así como la evaluación de la estabilidad del color durante el almacenamiento de los jarabes fructosados elaborados con ellos. Los resultados mostraron que los tratamientos de purificación removieron hasta el 99% del color inicial de los jugos originales. El color remanente se incrementó por el tratamiento térmico a 100 C y 1h de duración en valores que dependieron del tipo de tratamiento de purificación, la inversión enzimática de la sacarosa contenida en ellos y el ph del jugo. Los jarabes elaborados en base a estos jugos purificados e hidrolizados tuvieron sólidos solubles de más de 50 Brix y color de 255 UI para el jarabe de guarapo y de 152 UI para el jarabe de jugo claro. Estos jarabes mostraron incrementos de color durante el almacenamiento a temperatura ambiental (22 C). En condiciones de refrigeración los jarabes presentaron mayor estabilidad en su valor de ph y color, teniéndose a las 10 semanas de almacenamiento los jarabes fructosados de guarapo y jugo claro niveles de color de 411 y 195 UI de color, respectivamente. La densidad óptica de estos jarabes a las 10 semanas de almacenamiento a 8 C fue menor a UDO, valor que corresponde subjetivamente a un color paja ligero. 149

150 ABSTRACT In this paper the thermal stability of the color of purified guarapo and clarified sugar cane juice after treatment with activated carbon and ultrafiltration in polymeric membrane was studied; and the color stability during storage of fructose syrup made from them was evaluated. The results showed that the purification treatments removed up to 99% of the initial color of the juices. The remnant color of these purified juices increased with heat treatment at 100 C and 1 h duration and the increment dependent on the type of purification treatment, the invertase treatment of the sucrose contained in them and the ph of the juice. Syrups prepared from these purified and hydrolyzed juices had soluble solids over 50 Brix and color of 255 IU for guarapo cane juice syrup and 152 IU for the clarified juice syrup. They showed increases in color during storage at room temperature (22 C. In refrigerated conditions the syrups showed more stability in their ph value and color. After 10 weeks of storage the color levels were 411 and 195 IU for guarapo and clarified juice, respectively. The optical density (OD)of these syrups at 10 weeks of storage at 8 C was less ODU, corresponding subjectively to a light straw color. Palabras clave: Guarapo, jugo de caña, jarabes fructosados, color ICUMSA Key Words: Guarapo juice, sugar cane juice, fructose syrup, ICUMSA color INTRODUCCIÓN El color de los alimentos es el resultado de la presencia de pigmentos naturales, de colorantes añadido o de aquellos generados durante su procesamiento y/o vida de anaquel. En los vegetales los pigmentos naturales son propios del organismo vegetal y están presentes en los alimentos no procesados e incluso en algunos procesados donde su presencia es deseable y a veces en coexistencia de otros colorantes que pueden formarse como resultado de los tratamientos fisicoquimicos y térmicos sucedidos durante el procesamiento. En la industria de la caña de azúcar, el proceso seguido para la fabricación de sacarosa está dirigido en gran medida a obtener un producto libre de substancias cromóforas. Sin embargo, si bien durante el conjunto de tratamientos sucedidos en fábrica, se eliminan compuestos cromóforos y diversos precursores de color, naturales como los son clorofilas, carotenoides, flavonoides, compuestos fenólicos, etc (Smith y Paton, 1985) y se generan muchos otros como los caramelos, melanoidinas, productos de la degradación alcalina, etc., cuyos tipos suelen estar constituido de una mezcla de compuestos altamente compleja y altamente sensibles del ambiente químico del sistema, por ejemplo el valor de ph (Carpenter y Roberts, 1976); Chen, 1991; Davis, 2001). El color aparece durante los diferentes tratamientos fisicoquímicos del proceso, durante la defecación o clarificación, la evaporación, la cristalización e incluso durante el almacenamiento del producto (Prey y Andres, 1971; Shore y col., 1984; Godshall y col., 1988; Kelly y Brown, 1978). La formación no enzimática de color (conocida como reacción de Maillard) en el proceso de fabricación de azúcar es causada por reacciones de degradación térmica de azúcares con o sin la participación de aminoácido (Clarke y col. 1997; Keramant y Nursten, 1994; Rossi, 2007). En años recientes la industria azucarera mexicana enfrenta una compleja problemática con elementos diversos de índole financiero, comercial y tecnológico. Dentro de estos últimos se encuentra el hecho de que cuenta, en lo general, con un proceso que presenta partes con niveles altos de obsolescencia y durante muchos años no ha desarrollado nuevos productos que le permitan competir ante la dinámica de los mercados internacionales de edulcorantes. Una posibilidad que con frecuencia se ha planteado es la que se refiere a la obtención de azúcares líquidos y jarabes fructosados a partir del jugo de caña. Para cualquiera de estos casos, el proceso que se considere como consecución del proceso tradicional de elaboración de azúcar o bien de alguno de sus subprocesos habrá de requerir mejorar el proceso de purificación del jugo de caña sea este de primera extracción o guarapo, y clarificado. El presente trabajo analiza procesos de purificación ulterior del guarapo y jugo clarificado para la remoción del color, la estabilidad térmica del color remanente de estos jugos y la estabilidad del color de jarabes elaborados con base en estos jugos -guarapo y jugo claro-, hidrolizados enzimáticamente, evaluada durante su almacenamiento en condiciones ambientales y bajo condiciones de refrigeración. 150

151 MATERIALES Y MÉTODOS Obtención de las muestras Las muestras de jugo claro y guarapo de caña se obtuvieron del ingenio azucarero Mahuixtlán, S.A. de C.V. ubicado en la localidad de Mahuixtlán del municipio de Coatepec, en el estado de Veracruz. Las muestras fueron almacenadas a una temperatura de -10ºC hasta su uso para los tratamientos y análisis programados. Caracterización fisicoquímica y determinaciones analíticas Las muestra fueron sujetas a determinaciones de ph, ºBrix, color Icumsa y densidad óptica en diferentes momentos de la investigación de acuerdo con los procedimientos oficiales de análisis (De Whaley, 1975; Pancoast y Junk, 1980). Color subjetivo El color subjetivo de las muestras se relacionó con las UDO estimada de las muestras de acuerdo con la clasificación dada por Guzmán-Maldonado (1992). Estabilidad del color de jugos purificados e hidrolizados y jarabes de caña La estabilidad del color se estimó mediante la medición del incremento de color ICUMSA de las muestras originales y posterior a un tratamiento térmico o a un periodo de almacenamiento bajo condiciones controladas. Estabilidad térmica de color en jugo claro y guarapo purificados Se estudió la estabilidad térmica de muestras de jugo claro (JC), guarapo (G) de muestras provenientes directamente del ingenio filtradas y/o centrifugadas (FyC), de muestras purificadas ulteriormente en el laboratorio mediante tratamientos con carbón (CA), ultrafiltración (U) y mediante tratamientos conjuntos de carbón activado y ultrafiltración (CAyU), así como de muestras purificadas y posteriormente hidrolizadas con la enzima invertasa para obtener los respectivos jugos claro hidrolizado y guarapo hidrolizado en los diferentes niveles de purificación acorde con los tratamientos citados. La estabilidad del color se midió a través del incremento del color originado por el calentamiento de la muestra a 100 C. Se tomaron 2 muestras de 6 ml de cada uno de los jugos estudiados y se colocaron en tubos de ensaye de vidrio sellados que se sumergieron en un baño de agua en ebullición por 1 hora, se midió la absorbancia de las muestras a 420y se calculó el color final ICUMSA, finalmente se estimó el incremento del color por diferencia entre el color inicial de cada muestra y su correspondiente color al final del tratamiento térmico. Estabilidad durante el almacenamiento de jarabes fructosados de jugo claro y guarapo de caña Se analizó la estabilidad del color de jarabes elaborados a partir de jugo claro y guarapo de caña purificados mediante tratamientos CAyU, hidrolizados con invertasa y concentrados mediante liofilización hasta concentraciones de sólidos solubles superiores a 50 Brix. Los jarabes se almacenaron en frascos de plástico cerrados. La estabilidad del color se estimó en base al incremento del color ICUMSA durante el almacenamiento bajo condiciones ambientales (aprox. 22 C) y en refrigeración (8 C). Para ello se determinó cada semana el color ICUMSA de muestras de los jarabes elaborados y almacenados por periodos de 8 a 10 semanas. Tratamientos de acondicionamiento y purificación de jugo claro y guarapo de caña para remoción de color Filtración y centrifugación (FyC) El jugo claro y el guarapo de caña provenientes del ingenio se filtraron en papel; el guarapo además del filtrado fue procesado en una centrifuga durante 30 minutos a 4000 rpm. Ultrafiltración (U) El jugo claro filtrado y el guarapo filtrado y centrifugado, se procesaron en un equipo de ultrafiltración (Labscale TFF system, marca Millipore), provisto con una membrana de polietersulfona Biomax 30 de 50 cm 2 de área. 151

152 Tratamiento con carbón activado (CA) 500 ml del jugo a tratar, se depositaron en un vaso de precipitados de 1 L al que se agregaron 2 g de carbón activado pulverizado (G-60, -100 mesh marca SIGMA-ALDRICH) por cada 100 ml de jugo, la mezcla resultante se agitó durante 45 minutos, después de lo cual y el jugo filtrado resultante se centrifugo durante 20 minutos a 4000 rpm. El procedimiento se repitió al jugo tratado para un segundo tratamiento con CA. Tratamiento combinado de carbón activado y ultrafiltración (CAyU) El jugo previamente tratado con CA se ultrafiltró mediante el procedimiento descrito anteriormente. Hidrólisis de la sacarosa del jugo claro y guarapo purificados con invertasa Se realizó la hidrólisis con la enzima invertasa de S. cerevisae (Enmex, S. A. de C. V) del jugo claro y del guarapo de caña en sus diferentes niveles de purificación. Para ello, se midieron 100 ml de jugo con pipeta volumétrica, se colocaron en un vaso de precipitados de 250 ml, se ajusto el ph a 4 con solución de ácido clorhídrico o hidróxido de sodio, se calentó la muestra hasta alcanzar una temperatura de 30ºC, con una agitación de 300 rpm, se le agregaron 150 L de la enzima invertasa que se midieron con una pipeta automática, la reacción se mantuvo por 2 horas. Elaboración de jarabes fructosados de guarapo y jugo claro de caña Muestras de guarapo y jugo claro purificados mediante CAyU fueron hidrolizados con invertasa fueron procesados en un liofilizador (Labconco, modelo Freezone 4.5) hasta concentraciones de sólidos solubles mayores a 50 Brix, para la elaboración de jarabes fructosados de guarapo y jarabes fructosados de jugo claro de caña siguiendo la metodología seguida por (Solís-Fuentes y col., 2010) RESULTADOS Y DISCUSIÓN Características fisicoquímicas del guarapo y jugo claro durante su purificación Las muestras de guarapo y jugo claro procedentes del proceso de fabricación del ingenio azucarero tuvieron el característico color café oscuro verdoso y con sólidos en suspensión de manera notable en el guarapo. La operación de filtración simple y centrifugación permitió la obtención de los jugos libres de materia suspendida. El guarapo con Brix de 16.4, ph de 4.93 y color de más de UI y el jugo claro con 15.2 Brix, 6.41 unidades de ph y arriba de las UI de color. Los ulteriores procesos de purificación provocaron cambios en los valores de estas características Los cambios en la coloración del guarapo y jugo claro por efecto de los tratamientos fisicoquímicos de purificación en el laboratorio se muestran en la Tabla 1, que presenta también, los resultados de las pruebas del efecto del tratamiento térmico en el color de las muestras sujetas a purificación. El tratamiento de ultrafiltración por si mismo provocó una disminución de color en el guarapo de 35,663 a 7,350 UI; el tratamiento con CA logró un descenso en el color hasta 1,846 UI y el tratamiento sucesivo de CA y U logró la obtención de un guarapo prácticamente libre de componentes cromóforos hasta un nivel de 50 UI. En el caso del jugo claro la operación de ultrafiltración llevó el color de éste de 13,980 a 10,537 UI; el carbón activado pulverizado permitió que el jugo claro tratado con este adsorbente en dos etapas sucesivas tuviera solo 162 UI y la combinación de estos dos tratamientos de purificación logró un jugo claro purificado de 120 UI. Las diferencias en el efecto de los tratamientos de purificación en ambos tipos de jugo de caña se entiende se deben a la naturaleza propia de los componentes crómoforos presentes en ellas como resultado del procesamiento fisicoquímico y térmico en el ingenio azucarero. En la Tabla 1 se pueden observar también los efectos de los tratamientos de purificación en el laboratorio en el color de las muestras resultantes después de haber sido sujetas a una reacción de hidrólisis de la sacarosa contenida en ellas con invertasa. 152

153 Tabla 1. Efecto de los tratamientos de purificación y estabilidad térmica del color en guarapo y jugo clarificado de caña de azúcar a ph 7 FyC* U CA CAyU Guarapo Color inicial 35, , , Color final 38, , , Incremento promedio de color 2, , Desviación estándar Guarapo hidrolizado Color inicial 36, , , Color final 43, , , Incremento promedio de color 6, , Desviación estándar Jugo claro Color inicial 13, , Color final 14, , Incremento promedio de color Desviación estándar Jugo claro hidrolizado Color inicial 11, , Color final 12, , Incremento promedio de color 1, , Desviación estándar FyC; Filtrado y centrifugado: U: Ultrafiltrado: CA: Tratado con Carbón activado; CAyU: Tratado con Carbón activado y ultrafiltración Estabilidad térmica del color de las muestras de jugo purificadas La Tabla1presentan los resultados de las pruebas de estabilidad térmica del color de los jugos en sus diferentes niveles de purificación. Los tratamientos térmicos a 100 C durante 1h se realizaron acondicionando el ph del jugo a 7.0 antes y después de la hidrólisis enzimática de la sacarosa contenida en ellos. En la Tabla 1 se puede observar que en lo general el nivel en la generación de color por efecto del tratamiento térmico dependió del grado de purificación (nivel de color inicial), de la mayor o menor presencia de precursores de color y de azúcares reductores por efecto de la hidrólisis enzimática. Así, mientras que para el guarapo filtrado y centrifugado el color se elevó en 2,414 UI, en el guarapo purificado mediante CAyU se incrementó en sólo 346 UI, los correspondientes guarapos hidrolizados presentaron mayores efectos por el calentamiento del jugo: 6,984 y 858 UI respectivamente. Semejante comportamiento mostró el jugo claro aunque incrementos menores debido a menores cargas de color inicial. El jugo claro FyC incrementó por el calentamiento 784 UI de color. Su correspondiente producto purificado mediante CAyU lo hizo en 275 UI y las formas hidrolizadas de estos jugos claros tuvieron incrementos de 1,163 UI para el primero y de 603 UI de incremento promedio en color, para el segundo. Como se aprecia en los resultados obtenidos el guarapo y el jugo clarificado purificados mediante tratamientos sucesivos con carbón activado y ultrafiltración presentan niveles mínimos de coloración; sus correspondientes productos hidrolizados enzimaticamente presentaron colores de poco mas de 100 UI y menos, que subjetivamente se apreciaron incoloros. El incremento en los valores de esta característica debido al tratamiento térmico provocó incrementos entre las 600 y 800 UI que significaron subjetivamente colores paja ligero como ser mostrará más adelante. 153

154 Color, UIcumsa EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Los jugos así purificados fueron la base para la elaboración de los jarabes frutosados de guarapo (JG) y de jugo claro (JJC), mismos que fueron sujetos a pruebas de estabilidad del color durante su almacenamiento. Estabilidad del color de jarabes fructosados de guarapo y jugo claro de caña Los jarabes fructosados elaborados con guarapo y jugo claro purificado y sujetos a pruebas de almacenamiento tuvieron las características siguientes: jarabe de guarapo (JG) 56 Brix, ph de 3.65 y color de 255 UI; jarabe de jugo claro (JJC) 56 Brix, ph de 3.78 y color de 152 Brix. El ph de las muestras a temperatura ambiental de 22 C en promedio se mantuvo alrededor de su ph inicial durante las primeras 4 semanas de almacenamiento para después para después descender paulatinamente hacia niveles más ácidos. No fue así para las muestras conservadas en condiciones de refrigeración cuyos valores de ph se mantuvieron a lo largo de toda la prueba. La Figura 1muestra el comportamiento del color ICUMSA de las muestras de JG y JJC, medido a ph 7, para las dos condiciones de alamacenamiento. Se aprecia el aumento del color hasta niveles de alrededor de 1000 UI en condiciones ambientales al cabo de las 8 semanas para ambos jarabes. No así para los jarabes conservados en refrigeración que mostraron una evidente estabilidad en su coloración a lo largo de las 10 semanas de almacenamiento. El JG pasó de 255 a 411 UI (medido a ph 7) y el JJC pasó de 152 a 195 UI al término del periodo de prueba Jarabe de jugo claro a 8 C Jarabe de guarapo a 8 C Jarabe de jugo claro a T ambiente Jarabe de guarapo a T ambiente Tiempo de almacenamiento, semanas Figura 1. Evolución del color ICUMSA (medido a ph 7) en jarabes de jugo claro y guarapo de caña de azúcar, purificados e hidrolizados, almacenados a temperatura ambiente (aprox. 22 C) y en condiciones de refrigeración (8 C) Para una mejor apreciación global de los resultados obtenidos, la Figura 2 muestra un comparativo de los niveles de densidad óptica y el color subjetivo correspondiente, de los jugos de caña estudiados (jugo claro JC1 y guarapo G1,) tratados con carbón activado y ultrafiltración (CAyU) e hidrolizados con invertasa (JCH1, GH1) y sus respectivos jugos tratados térmicamente (JC2, G2, JCH2 y GH2) para el análisis de la estabilidad o incremento de coloración. Así como el efecto del almacenamiento en el color a temperatura ambiente y en condiciones de refrigeración de jarabes jugo claro purificado e hidrolizado (JJCA1, JJCR1, JGA1, JGR1) al término de 8 y 10 semanas (JJCA2, JGA2 y JJCR2, JGR2, respectivamente) de almacenamiento. 154

155 Unidades de densidad óptica EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA 0.20 Amarillo fuerte Amarillo ligero Paja Paja ligero Agua 0.00 COLORSUBJ JC1 JC2 G1 G2 JCH1 JCH2 GH1 GH2 JJCA1JJCA2JJCR1JJCR2JGA1 JGA2 JGR1 JGR2 Tipo de jugo y jarabe de caña de azúcar Figura 2. Efecto del tratamiento térmico y el almacenamiento en la densidad óptica y el color subjetivo de jugos de caña purificados e hidrolizados y en jarabes fructosados de caña de azúcar En ella se puede observar que el jugo claro y el guarapo purificados mostraron niveles mínimos de color cuya densidad óptica se relaciona con la coloración que se percibe subjetivamente con el agua pura, el tratamiento térmico a 100 C durante 60 minutos produjo leves incrementos en los niveles de coloración. Las muestras de estos jugos después de hidrolizados mostraron un niveles mayores de color mismo que se incrementó por efecto del tratamiento a alta temperatura mostrando densidades ópticas propias de una coloración paja ligera para el jugo claro y paja para el guarapo hidrolizado. Las muestra de jarabe elaborado con jugo claro y guarapo purificados después de su hidrólisis y concentración hasta valores superiores de 50 Brix mostraron coloraciones semejantes a las del agua pura y el color paja ligero, aspecto que se mantuvo durante 10 semanas de almacenamiento a temperaturas de 8 C; sin embargo, las muestras almacenadas a temperatura ambiente (de alrededor de 22 C) desarrollaron coloraciones paja cercanas al amarillo ligero (jarabe de guarapo) y al amarillo fuerte (jarabe de jugo claro purificado) al término de 8 semanas. CONCLUSIONES Los tratamientos de purificación ensayados para remover los componentes cromóforos de jugos provenientes del proceso de elaboración de azúcar, lograron remociones importantes del color que dependió del tipo de tratamiento y de las cargas de color originales relativas al tipo de jugo. En el guarapo y el jugo clarificado de caña de azúcar, purificados mediante tratamientos combinados con carbón activado y ultrafiltración se lograron remover más del 99% de color original de los jugos. Las cantidades remanentes de color estuvieron en el orden de las 100 unidades ICUMSA de color. 155

156 Los tratamientos térmicos de los jugos purificados provocaron incrementos en los niveles remanentes de coloración, mismos que dependieron del tipo de jugo, su ph durante el calentamiento y la existencia o no del tratamiento enzimático para la hidrólisis de la sacarosa presente en ellos. Los niveles de color generado por el calentamiento en los jugos de mayor pureza fue de hasta cerca de 1000 UI de color. Los jarabes elaborados con los jugos purificados, hidrolizados enzimáticamente y concentrados a más de 50 Brix presentaron niveles de coloración ICUMSA y densidades ópticas relacionadas con una apreciación subjetiva de color semejante a la del agua pura. La estabilidad del color de jarabes fructosados de guarapo y de jugo clarificado fue mayor durante el almacenamiento en condiciones de refrigeración. RECONOCIMIENTOS Los autores agradecen al Fondo Mixto CONACYT- Gobierno del Estado de Veracruz, por el apoyo para la realización de este trabajo en el marco del Proyecto Clave Así mismo, reconocen el apoyo del Grupo Zucarmex S.A de C.V., por la donación de muestras de jugo de caña proporcionadas por el Ingenio Mahuixtlán. REFERENCIAS Baunsgaard, D., Nørgaard, L., Godshall, M., A Specific Screening for Color Precursors and Colorants in Beet and Cane Sugar Liquors in Relation to Model Colorants Using Spectrofluorometry Evaluated by HPLC and Multiway Data Analysis. J. Agric Food Chem. 49: Clarke, M.A., Blanco, R.S., Godshall, M.A., To, T.B.T Color components in sugar refinery processes. Proc Sug Ind Technol. 44: Clarke, M.A., Edye, L.A., Eggleston, G Sucrose decomposition in aqueous solution, and losses in sugar manufacture and refining. Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 52: Chen, C.P.J Manual del Azúcar de Caña para fabricantes de azúcar de caña y químicos especializados. Limusa. México, D.F. Davis, S.B The Chemistry of Colour Removal a processing perspective. Proc. S. Afr. Sug. Tech. Assoc. 75: deman, M.J Principles of food chemistry (Third edition). Kluwer academic / plenum publisher. New York, U.S.A. De Whaley, H Métodos ICUMSA de análisis de azúcar. Amsterdam, Holanda. Guzmán-Maldonado S Optimización de un procedimiento enzimático para la licuefacción del almidón mediante la metodología de superficie de respuesta. Tesis. Instituto Politécnico Nacional. México. 197 pp. Hernández J.P.; Rodríguez A.S.L., Bello P.L.A Obtención de jarabe fructosado a partir de almidón de plátano (Musa paradisíaca L.). Caracterización parcial. Interciencia. 33(005): Kelly, F. H. C., Brown D. W. 1978/1979. Thermal decomposition and color formation in aqueous sucrose solutions. Sugar Technol. Rev. 6:1-48. Keramat, J., Nursten H. E The relationship between the coloured compounds present in the pressed liquor of cane sugar manufacture and those formed in Maillard reactions, in alkaline degradation of sugars, and in caramelisation. Food Chem. 51: Rossi, J.P La combinación de los azúcares con las biomoléculas desde la cocina al organismo. Medicina (Buenos Aires), 67: Prey, V., Andres, H Secondary reactions during juice purification. Z. Zuckerind. 21: Shore, M., Broughton, N. W., Dutton J. V., Sissons, A Factors affecting white sugar color. Sugar Technol.Rev. 12:1-99. Sikorski, E.Z Chemical and functional properties of food components. Technomic Publishing Company, Inc. Lancaster, Pennsylvania, EEUU. Solís-Fuentes, J. A., Calleja-Zurita, K., Durán-de-Bazúa, M. C Desarrollo de jarabes fructosados de caña de azúcar a partir de guarapo. Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ). 25(1):

157 A-C TL-6 EVALUACIÓN CUANTITATIVA DE RIESGOS POR Cryptosporidium parvum Y Giardia intestinalis EN AGUA DE POZO QUANTITATIVE RISK ASSESSMENT ON Cryptosporidium parvum AND Giardia intestinalis IN WELL WATER Ana Paola Balderrama-Carmona * Instituto Tecnológico de Sonora. Maestra en Ciencias en Recursos Naturales. Estudiante del Doctorado en Ciencias en Biotecnología. Maestra auxiliar en la carrera de Ingeniería en Ciencias Ambientales. Pablo Gortáres-Moroyoqui Instituto Tecnológico de Sonora Cristóbal Chaidez-Quiroz Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. Luciano Castro-Espinoza Instituto Tecnológico de Sonora Iram Mondaca- Fernández Instituto Tecnológico de Sonora José de Jesús Balderas-Cortés Instituto Tecnológico de Sonora Dirección (*): 5 de febrero # 8181 sur, C.P Cd. Obregón, Sonora. Teléfono: (644) ext Correo-e ( ): RESUMEN Los parásitos Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis producen enfermedades gastrointestinales a nivel mundial. Estos organismos tienen etapas infecciosas que son resistentes al medio ambiente y a los tratamientos de agua convencionales. En el poblado de Pótam, Sonora no existe ningún tratamiento para el agua de pozo, la cual es consumida por toda la población. En esta investigación se llevó a cabo un análisis de riesgos microbiológicos para agentes patógenos en agua de pozo con referencia a ooquistes de Cryptosporidium parvum y quistes de Giardia intestinalis. Primeramente se identificó la presencia de los (oo) quistes en el ambiente utilizando el método ICR de la EPA. Posteriormente se evaluó la exposición de los pobladores a los (oo) quistes a partir de lo cual se estimó la relación dosis-respuesta y finalmente mediante modelos matemáticos se caracterizaron los riesgos, calculando la prevalencia, incidencia y riesgos microbiológicos esperados de giardiasis y cryptosporidiosis en Pótam. 157

158 ABSTRACT The parasites Cryptosporidium parvum and Giardia intestinalis produce gastrointestinal diseases in the entire world. These organisms have infective stages which are resistant to environmental conditions and conventional water treatment. In the community of Pótam, Sonora there is no treatment for well water and it is consumed by the whole population. In this research it was carried out a risk analysis of microbiological pathogens in well water with special reference to Cryptosporidium parvum oocyst and Giardia intestinalis cysts. First of all it was identified the presence of (oo) cysts in environmental samples using EPA ICR method. Next, exposure of residents to (oo) cysts was assessed. Afterward the dose-response ratio was estimated and finally the risk was characterized using mathematical models by calculating the prevalence, incidence and microbiological risk expected of cryptosporidiosis and giardiasis in Pótam providing against outbreaks of gastrointestinal illness. Palabras clave. Evaluación de riesgos microbiológico, identificación, Cryptosporidium parvum, Giardia intestinalis Key Words. Quantitative microbial risk assessment, identification, Cryptosporidium parvum, Giardia intestinalis. INTRODUCCIÓN Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis producen cryptosporidiosis y giardiasis respectivamente. La cryptosporidiosis y giardiasis son padecimientos gastrointestinales graves en el ser humano y animales (Sánchez et al., 2004; Ortega, 2006; Yoder y Beach, 2007; Graczyk et al., 2008; Vázquez et al., 2009). Los ooquistes de Cryptosporidium parvum y quistes de Giardia intestinalis son importantes en salud pública debido a que pueden mantenerse viables durante meses en agua (Shaber et al., 2008), son resistentes a los tratamientos de agua convencionales y pueden causar infección con la ingesta de en promedio 10 (oo) quistes para ambos parásitos (Ochiai et al., 2004; Smith y Nichols 2006; Betancur y Querales, 2008). La prevalencia de este tipo de infecciones en países tercermundistas, en los cuales la población no tiene acceso a servicios sanitarios y agua limpia, es mayor que en las naciones desarrolladas (Sulaiman y Cama, 2006; Cedillo-Rivera et al., 2009). En países subdesarrollados como los de América latina, existen aproximadamente 200 millones de personas por año que experimentan síntomas de giardiasis (Ortega, 2006). Mientras que en el caso de cryptosporidiosis las estadísticas abarcan desde 0.3 a 4.3 % de la población de América del norte hasta cifras que van desde % en América central y del sur (Fayer, 2004). La evaluación de riesgos microbiológica cuantitativa (ERMC) es una herramienta para predecir el efecto de microorganismos en la salud y las medidas de control que se deben de tomar para la disminución de los brotes de enfermedades (FAO/WHO, 1999; Nydam y Mohamed, 2005; Mena, 2006). En otras palabras es una caracterización cuantitativa y una estimación de los efectos potenciales a la salud asociados a la exposición de los individuos o la población a patógenos microbianos la cual ha emergido como una metodología para prevenir una amplia variedad de riesgos ambientales y su asociación con el impacto en la salud humana. La ERMC incluye cuatro pasos: (1) Identificación del peligro, (2) caracterización del peligro, (3) evaluación de la exposición y (4) caracterización de los riesgos. La identificación y caracterización de Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis consiste en el cálculo de la concentración de los parásitos en agua. La evaluación de la exposición es el número de ooquistes a los que una población está expuesta en base al consumo de agua. Finalmente en la caracterización de los riesgos se calcula la probabilidad de infección por. Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis. En la caracterización de los riesgos se ha demostrado que un modelo exponencial representa mejor la interacción para Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis (Rose et al., 1991; Haas et al., 1999).En el modelo exponencial se evalúa la dosis-respuesta donde dosis es el número de (oo) quistes capaces de iniciar la infección y es igual a para Cryptosporidium y para Giardia (Haas et al., 1999; Mena, 2006). 158

159 La ERMC tiene que ser apoyada mediante técnicas de detección de patógenos. Para la detección y concentración de protozoarios entéricos asociados con enfermedades en humanos en agua existen diversas metodologías entre las que podemos mencionar la técnica de microscopía de inmunofluorescencia (MIF) (Rose et al., 2002) La MIF se usa para la detección de (oo) quistes Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis en agua y se encuentra avalada por la agencia de protección ambiental de los Estados Unidos dentro de los métodos ICR (USEPA, 1999, 2001, 2005). En este proyecto de investigación se estima el riesgo de infección por ooquistes de Cryptosporidium parvum y quistes de Giardia intestinalis en agua de pozo que abastece a toda la población de Pótam, comunidad Yaqui perteneciente al municipio de Guaymas, Sonora, México. Logrando aportar las bases para proteger, controlar y mitigar las infecciones producidas por el consumo en agua de ooquistes de Cryptosporidium parvum y quistes de Giardia intestinalis. METODOLOGÍA DESCRIPCIÓN DEL PUNTO DE MUESTREO Y COLECCIÓN DE LA MUESTRA El municipio de Pótam es uno de los 8 pueblos de la etnia Yaqui en México tiene 5782 habitantes. Se encuentra ubicada a una posición global de ,4 latitud norte, ,7 longitud oeste y una altitud de 10 metros sobre el nivel del mar. Sus principales actividades económicas son trabajo en el campo, empleo en la industria maquiladora y la pesca. El pozo de suministro de agua, tanto para las actividades domésticas como para consumo humano, tiene una profundidad de 12 m, sin embargo debido a la instalación de un equipo de bombeo, el pozo se elevó, terminando a una profundidad promedio de 7 m. El muestreo de agua se llevó a cabo en el pozo, en el período comprendido de septiembre de 2009 a septiembre de 2010 con una frecuencia mensual. Para la colección de muestras se utilizó un equipo de filtración que incluye un filtro de polipropileno de una porosidad de 1 µm. Fueron pasados volúmenes de 100 a 300 litros de agua de pozo a través del filtro a una velocidad de flujo de 3 a 5 litros por minuto. Después del muestreo el filtro fue transportado a baja temperatura hasta el Laboratorio de Microbiología y Biotecnología Ambiental (LMBA) del Centro de Investigación e Innovación Biotecnológica Agropecuaria y Ambiental (CIIBAA) del Instituto Tecnológico de Sonora (ITSON) unidad centro en Ciudad Obregón, Sonora. IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL PELIGRO DE Cryptosporidium parvum Y Giardia intestinalis EN AGUA DE POZO Se tomaron en total 12 muestras de agua en el lapso de un año. Las muestras se procesaron mediante el método ICR para (oo) quistes de Cryptosporidium y Giardia de acuerdo a lo establecido por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA, 1999). Una vez eluido el filtro y purificada la muestra se empleó la tinción de inmunofluorescencia indirecta con anticuerpos Aqua Glo TM G/C. Posteriormente se utilizó un microscopio de epiflourescencia Axiolab Carl Zeiss con el cual se observaron las tinciones buscando una fluorescencia verde manzana en objetos esféricos de 4 a 6 μm para las formas de los ooquistes y de 5 a 10 μm con aspecto ovalado para quistes. Los resultados se calcularon de acuerdo a la fórmula incluida en el método ICR, donde se reporta la presencia de ambos protozoarios en número de microorganismos por cada 100 L de agua (EPA, 1996). EVALUACIÓN DE LA EXPOSICIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE RIESGO POR OOQUISTES DE Cryptosporidium parvum Y QUISTES DE Giardia intestinalis La exposición está determinada por la concentración de los (oo) quistes en el agua. La cual se calculó mediante: N = C R -1 I M (Ecuación 1) donde: N es la exposición, C es la concentración de (oo) quistes, R es el porcentaje de recuperación, I es % de (oo) quistes infecciosos, M es el promedio de agua consumida por cada habitante. 159

160 En la caracterización de riesgo se utilizaron los siguientes modelos (Haas et al. 2009): a) probabilidad de infección diaria (Pi) y b) probabilidad de infección anual (Pi (año)) Pi= 1-exp (-r N) (Ecuación 2) donde Pi es la probabilidad de infección, r es el número de (ooquistes) capaces de iniciar la infección y N representa al número de (oo) quistes en la exposición La siguiente fórmula se utilizó para calcular los riesgos de infección anual: Pi (año) = 1-(1-Pi) (n) (Ecuación 3) donde Pi es la probabilidad de infección diaria y n es el número de días en las que una persona está expuesta a la concentración de parásitos. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La presencia de ooquistes de Cryptosporidium parvum y quistes de Giardia intestinalis resultó positiva en el 100 % de las muestras analizadas. El número de ooquistes de Cryptosporidium parvum por cada litro de agua de pozo estuvo en un rango de 0,52-0,512 con una media geométrica de 2.06 mientras que en el caso de quistes de Giardia intestinalis estuvieron a un rango de 0,52-0,525, con una media geométrica de Se consideraron diferentes parámetros como porcentaje de (oo) quistes infecciosos, consumo de agua y la eficiencia de recuperación del método. Al tomar en cuenta todos éstos valores se obtiene una mejor estimación de la exposición a los (oo) quistes en agua, la ecuación 1 es similar a la utilizada por Mota et al (2009), donde para la evaluación de la exposición se estimó el porcentaje de recuperación del método y el porcentaje de (oo) quistes infecciosos. En esta ERMC se consideran las concentraciones más altas y más bajas. Se usó el límite de detección del método como la más baja concentración. Los porcentajes de recuperación utilizados se determinaron en estudios previos en el LMBA y fueron del 32%, para Cryptosporidium parvum y 36 % para Giardia intestinalis (Herrera, 2006). Se tomó como parámetro que el 100% de los (oo) quistes detectados eran infecciosos. Por último según la organización mundial de la salud en promedio el ser humano (tomando en cuenta género y edad) consume aproximadamente 2 litros de agua por día (Howard y Bartram, 2003) por lo que este dato fue tomado como el consumo diario de agua. Las Tablas 1 y 2 proveen la estimación diaria y anual de infección debida a la exposición de (oo) quistes de Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis en agua de pozo. Se calcularon probabilidades de riesgos de infección anual en donde se asumió que las personas se exponen a esta agua los 365 días del año. Tabla 1. Riesgos diario y anual de infección por ooquistes de Cryptosporidium parvum asociado al consumo de agua de pozo Rango Concentración ooquistes/l Media geométrica 0, Probabilidad diaria Probabilidad anual * * 365 días de exposición por año; modelo exponencial, r= (Haas et al.,1999) 160

161 En la Tabla 1 la media geométrica indica que al día aproximadamente 22 personas de cada 10,000 presentan riesgo de enfermarse de cryptosporidiosis, mientras que la probabilidad anual es de 100 de cada 10,000. Las probabilidades de riesgos diario son mayores para Cryptosporidium, esto es debido al número de ooquistes capaces de iniciar la infección de Cryptosporidium parvum (0.0199) que es mayor al calculado para Giardia intestinalis ( ) (Haas et al., 1999; Mena, 2006). Tabla 2. Riesgos diario y anual de infección por quistes de Giardia intestinalis asociado al consumo de agua de pozo Concentración de quistes/ 100 L Rango Media geométrica 0, Probabilidad diaria Probabilidad anual * * 365 días de exposición por año; modelo exponencial, r= (Haas et al., 1999) Se llegó al resultado de que 1 de cada 100 individuos puede padecer giardiasis o cryptosporidiosis al año en el poblado de Pótam, Sonora, México (Tablas 1 y 2). Se considera que estos datos subestima la presencia de giardiasis puesto que en México la seroprevalencia de Giardia intestinalis es de más del 50% en todos los estatus económicos (Cedillo- Rivera, et al., 2009). Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis se han reportado como parásitos endémicos en el noroeste de México esto de acuerdo a lo reportado por Soto et al. (2003), Díaz et al. (2003), Chaidez et al. (2005), Castro-Espinoza et al. (2009)Mota et al. (2009), en donde se han encontrado (oo) quistes de Cryptosporidium parvum y quistes de Giardia intestinalis en muestras de agua y alimentos. De acuerdo con las probabilidades de riesgos obtenidas mediante la media geométrica de la exposición para Giardia intestinalis se estimó 0.07 % al día y 1 % al año (tabla 2). El estudio realizado por Rose et al. (1991) para el control de giardiasis en agua residual tratada según la media geométrica el riesgo diario resultó en % y el anual de %. Estos datos son menores a los reportados en esta investigación debido probablemente a que el agua no recibe ningún tipo de tratamiento y el pozo lleva abasteciendo de agua a todas las personas que viven en Pótam por más de 35 años. Otra respuesta factible es que los riesgos de infección pueden estar sobreestimados a causa de que se asume que todos los protozoarios se encuentran viables al momento de la ingesta y que el consumidor no tomó medidas de higiene adecuadas para el consumo del agua. CONCLUSIONES A pesar de las limitaciones de la ERMC estos estudios poseen datos microbiológicos útiles en la creación de lineamientos de calidad de agua. Los resultados en un lugar específico pueden producir información que conduzca a estrategias de mitigación o reducción de la contaminación con Cryptosporidium parvum y Giardia intestinalis. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Betancur, W., Querales, L Parásitos Protozoarios en Ambientes Acuáticos. Métodos de Concentración y Detección; Interciencia, 33: Castro-Espinoza, L., Gortáres-Moroyoqui, P., Mondaca-Fernández, I., Meza-Montenegro, M.M., Balderas-Cortez, J.J., López-Cervantes, J., Lares-Villa, F Patógenos emergentes como restricción para el reuso de las aguas residuales municipales tratadas de Cd. Obregón, Sonora. Revista Latinoamericana de Recursos Naturales. 5:

162 Chaidez, C., Soto, M., Gortárez, P., Mena, K Occurrence of Cryptosporidium and Giardia in irrigation water and its impact on the fresh produce industry. International Journal of Environmental Health Research. 15: Cedillo-Rivera, R., Leal, Y. A., Yépez-Mulia, L., Gómez-Delgado A., Ortega-Pierres, G., Tapia-Conyer, R., Muñoz O Seroepidemiology of Giardiasis in Mexico. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. 80:6-10. Díaz, M., Leyva, E., Mata, V., González, H Incidencia y viabilidad de Cryptosporidium parvum en el agua potable de Cd. Obregón, Sonora, México. Revista Internacional de Contaminación Ambiental. 19: EPA ICR Microbial Laboratory Manual. ICR Protozoan method for detecting Giardia cyst and Cryptosporidium oocyst [Fecha de consulta Agosto 5, 2009]: FAO/WHO Principles and guidelines for the conduct of microbiological risk assessment [Fecha de consulta Octubre 25, 2009]:www.codexalimentarius.net/download/standards/.../CXG_030e.pdf Fayer, R Cryptosporidium: a waterborne zoonotic parasite. Veterinary Parasitology. 126: Graczyk, T.K., Kacprzak, M., Neczaj E., Tamang, L., Graczyk, H., Lucy, F.E, Girouard, A.S Occurrence of Cryptosporidium and Giardia in sewage sludge and solid waste landfill leachate andquantitative comparative analysis of sanitization treatments on pathogen inactivation. Environmental Research. 106: Haas, C.N., Rose, J.B., Gerba, C.P Quantitative microbial risk assessment. Editorial Wiley & Sons. Pp EEUU. Herrera, A Determinación de enteroparásitos Giardia lamblia y Cryptosporidium parvum en agua residual tratada de planta de tratamiento sur, canal principal bajo y sus mezclas. Tesis profesional. Instituto Tecnológico de Sonora, División de Recursos Naturales. Ciudad Obregón, México. Mota, A., Mena, K.D., Soto-Beltrán, M., Tarwater, P.M., Chaidez, C Risk assessment of Giardia and Cryptosporidium in water irrigatin fresh produce in Mexico. Journal of Food Protection. 72: Nydam, D.V., Mohamemed, H.O Quantitative risk assessment of Cryptosporidium species infection in dairy calves. Journal of Dairy Science. 88: Ochiai, Y., Takada, C., Hosaka, M Detection and discrimination of Cryptosporidium parvum and C. hominis in water samples by immunomagnetic separation-pcr. Applied Environmental Microbiology. 71: Ortega, Y.R Molecular tools for the identification of foodborne parasites. En Foodborne parasites. Editorial Board. Pp Griffin, GA, EEUU. Rose, J.B., Haas, C.N., Regli, S Risk assessment and control of waterborne giardiasis. American Journal of Public Health. 81: Rose, J.B., Huffman, D.E.,Gennaccaro, A Risk and control of waterborne cryptosporidiosis. FEMS Microbiology Reviews. 26: Sánchez, J Origen infeccioso de Cryptosporidium parvum. Revista Mexicana de Puericultura y Pediatría. 9: Shaber, N.A., Slifko, T.R., Wanielista, M Occurrence of Cryptosporidium, Giardia, and metals in Florida stormwater ponds and assessment as alternative water supplies for irrigation [Fecha de consulta Septiembre 23, 2009]:http://www.stormwater.ucf.edu/conferences/9thstormwaterCD/documents/OccurrenceofCrypto.pdf Smith, H.V., Nichols, R. A.B Cryptosporidium. En Infectious Disease: Foodborne Diseases. Simjee S. (Ed.). Humana Press Inc. Pp Totowa, NJ, EEUU. Sulaiman, I.M., Cama, V The biology of Giardia parasites. En Foodborne parasites. Ortega Y.R. Ed. Editorial Board. Pp Griffin, GA, EEUU. Vázquez, T.O., Campos, R.T Giardiasis. La parasitosis más frecuente a nivel mundial. Red de Revistas Científicas de América Latina, España y Portugal (Redalyc). 8: Yoder, J.S., Beach, M.J Cryptosporidiosis Surveillance - United States, and Giardiasis Surveillance- United States, En Morbidity and Mortality Weekly Report 2. Editorial Board. Pp Atlanta, GA, EEUU. 162

163 A-C TL-7 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y SALOBRES PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS, UNA FUENTE DE ENRGÍA RENOVABLE WASTEWATER OR BRACKISH WATER TREATMENT TO PRODUCE BIODIESEL FROM MICRO-ALGAE, A RENEWABLE ENERGY SOURCE Angel Romero-Rodríguez * UNAM, Facultad de Química, Conjunto E, Edificio de Alimentos y Química Ambiental, Laboratorios 301, 302 y 303 Product Course for Klöti, CataRhex PRO, Quinto, Orbit VIP and Wet-Lab Organization Oertli Instrumente AG, en Berneck, Suiza (2000) María del Carmen-Durán-Domínguez-de-Bazúa Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda Reynaldo Sandoval-González UNAM, Facultad de Química, Conjunto E * Aurora Boreal L.5 M7, Col. Valle de Luces Ciudad de México D.F México - Tel.:+52(55) RESUMEN Si bien la investigación y el desarrollo de biocombustibles están recibiendo mucho interés y financiamiento, ya que aunque todavía no son comercialmente viables debido a los precios actuales de los combustibles fósiles, existe un nicho de oportunidad cuando se cultivan las microalgas como un subproducto. Para una mejora económica, la producción de microalgas para la producción de biocombustibles a partir de aguas residuales posee una huella medioambiental mucho menor en comparación con las formas comerciales de producción de microalgas que consumen aguas dulces y fertilizantes. ABSTRACT Research and development of biofuels are currently receiving much interest and funding, since although they are still not commercially viable at today s fossil prices there is a niche of opportunity where algae grow as by-product. For a significantly better economics, microalgal biofuels production from wastewater treatment has a much smaller environmental footprint compared to commercial algal production which consume fresh water and fertilizers. Palabras clave: Biocombustibles, biodiesel, microalgas, aguas residuales Key Words: Biofuels, biodiesel, microalgae, wastewater 163

164 INTRODUCCIÓN El agua es esencial para la vida. La importancia del abastecimiento del agua potable difícilmente puede exagerarse. El abastecimiento de agua dulce en diferentes partes del mundo se ha convertido en una cuestión cada vez más importante. En las zonas áridas el agua potable es muy escasa y los asentamientos humanos en estas áreas dependen fuertemente del agua que pueda estar disponible (Kalogirou, 2005, Romero, 2010). El problema ha ido aún más lejos, pues la contaminación con desechos industriales y la descarga de aguas residuales han deteriorado lagos y ríos. A escala global el hombre es el principal causante de la escasez de agua dulce. Este problema del agua no se ha limitado sólo a la escasez, ahora se ha extendido a la calidad del agua y su conversión a usos de no consumo por razones específicas (Raluy et al., 2005). Por otra parte se tiene que, para poder obtener agua potable en gran cantidad y que no dependa de la temporada de lluvias, que recientemente se ha visto deteriorada por los efectos del calentamiento global, existe la desalinización del agua de mar, de aguas salobres y el tratamiento de aguas residuales (Harrison et al., 1996; BenJemaa et al., 1999; Houcine et al., 1999; Assimacopoulos, 2001; Martin-Lagardette, 2001; Bouchekima, 2003; Kalogirou, 2005; Papapetrou et al., 2005; Scrivani, 2005; Lamei et al., 2008; Al-Karaghouli et al., 2009; Bayoud-Rújula y Khalidou-Dia, 2010; Loera-Quezada y Olguín, 2010; Park et al.; 2010, Romero, 2010). En todos estos casos, se tiene la siguiente complicación: cualquier proceso de potabilización del agua requiere de gran consumo energético, el cual es suministrado por medio de combustibles fósiles (Kalogirou, 2005 ), lo cual incrementa el calentamiento global debido a la emisión de gases invernadero y, de acuerdo con el protocolo de Kioto en el cual se establece que los países incluidos en él, se comprometen a cumplir con los compromisos cuantificados de limitación y reducción de sus emisiones antropogénicas agregadas, expresadas como dióxido de carbono equivalente, de los gases que causan un efecto invernadero (ONU, 1998). Esta situación demanda urgentemente fuentes alternativas de energía basadas en procesos sustentables, renovables y amigables con el medio ambiente que, además, permitan el secuestro de CO 2, esto implica que es necesario proponer un proceso de tratamiento que utilice recursos de energías renovables o limpias, abatiendo así los índices de contaminación y los costos de operación. Una alternativa energética promisoria que ha resultado muy atractiva en años recientes es el biodiesel (Garibay-Hernández et al., 2009, Romero, 2010). El crecimiento de algas en condiciones controladas puede producir hasta 20 veces más hidrocarburos por hectárea, que los cultivos de plantas oleaginosas, tal cómo la soya y la canola (Sheehan et al., 1998; Chisti, 2007; Benemann, 2008b; Park et al., 2010; Romero, 2010). Sin embargo, la inversión y el costo operacional de los sistemas de producción de biocombustibles son actualmente prohibitivos (Sheehan et al., 1998; Beneman, 2008b; Schenk et al., 2008; Tampier, 2009; Romero, 2010). Por ejemplo, Chisti (2008) calcula que los costos de producción de biodiesel a partir de algas debe caer casi 10 veces para ser competitivo con el precio del petróleo crudo de $100 USD/barril. El biodiesel actualmente es producido a partir de plantas y grasas animales, pero no de microalgas. Esto es muy probable que cambie ya que muchas compañías están tratando de comercializar biodiesel producido a partir de microalgas. El biodiesel es un combustible probado y la tecnología para su producción y su uso se conoce desde hace más de 50 años (Chisti, 2007). Este trabajo libre revisa la literatura actual, tanto en la aplicación de ambos sistemas de tratamiento de aguas residuales a través de estanques con altas tasas de reproducción de microalgas (HARP, siglas de high algal rate ponds) dedicados a la producción de microalgas, definiendo los beneficios y oportunidades de la producción de microalgas para la producción de biodiesel en aguas residuales. Los parámetros críticos que limitan la producción y la cosecha se discuten dando opciones para mejorar la producción. Estanques con alta tasa de reproducción de microalgas (HARP) Como se muestra en la Figura 1, los estanques con alta tasa de reproducción de microalgas (HARP, por sus siglas en inglés) son estanques tipo circuito, con una profundidad de entre 0.2 a 1 m. El sistema de mezclado normalmente está proporcionado por una rueda de paletas para dar una velocidad media horizontal al agua de 0.15 a 0.3 m/s (Craggs, 2005). Los estanques tipo circuito pueden configurarse como un circuito sencillo o múltiples circuitos alrededor de muros centrales divisorios (Figura 2). El fondo del estanque puede ser forrado o sin forro dependiendo de las 164

165 condiciones del suelo y de las regulaciones locales y el CO 2 puede ser agregado a contracorriente mediante un sumidero con un aspersor de gas (de 1.5 m de profundidad aproximadamente) creando así un flujo turbulento en el estanque. Figura 1 Sección vertical de un estanque de alto tasa de crecimiento de algas, agregando CO 2 para mejorar el crecimiento de las algas (Park et al., 2010) Las ventajas inherentes a los sistemas abiertos radican en su sencillez y bajo costo de inversión en contraste con los sistemas cerrados, a causa de la diversidad de materiales útiles para su construcción (concreto, tierra, plástico, etc.) y la facilidad de operación y mantenimiento. Sin embargo, acorde con Wijffels (2007), un factor determinante del costo de producción de biomasa en sistemas abiertos es la cosecha de la biomasa, debido a la baja concentración que ésta alcanza. Figura 2 Estanque tipo circuito de carreras en Nature Technologies Ltd (Eliat, Israel), una subsidiaria de Nikken Sohonsha Co. (Gifu, Japón, (Wijffels, 2007) Los sistemas abiertos presentan diversos inconvenientes tales como pérdidas de agua por evaporación, transferencia limitada de CO 2 al cultivo por su baja concentración en el aire (0.035% v/v) y su difusión hacia la atmósfera, control limitado de las condiciones de cultivo, alta susceptibilidad de contaminación (excepto en cultivos de especies extremófilas), requerimiento de superficies extensas, amplios periodos de producción (6 a 8 semanas), producciones reducidas de biomasa y penetración limitada de la luz (Chisti, 2007; Schenk et al., 2008; Wijffels, 2007). Sistemas cerrados Los sistemas cerrados, en contraste con los abiertos, ofrecen numerosas ventajas tales como pérdidas mínimas de CO 2, riesgo reducido de contaminación, control y reproducibilidad de las condiciones de cultivo, ahorro de agua y nutrientes, menores requerimientos de superficie, flexibilidad de diseño, cortos periodos de producción (2 a 4 semanas) y productividades considerablemente superiores (5 a 13 veces). Los fotobiorreactores cerrados, con el propósito de colectar la mayor cuantía posible de energía solar por unidad de superficie, presentan configuraciones diversas, tubulares (vertical, horizontal, helicoidal, configuración α), paneles planos y columnas de burbujeo, principalmente. Los reactores tubulares (Figura 3) y de panel plano son los de uso más frecuente; habitualmente están conformados por dos unidades, una de recolección de luz y otra de transferencia de gases. La consideración de factores tales como la luz, la relación o razón CO 2 /O 2, la temperatura, los nutrientes, la salinidad, el ph, entre otros, resulta trascendental para el diseño de sistemas cerrados. Las altas productividades inherentes a estos 165

166 sistemas precisan de una penetración y distribución óptima de la luz, condición que a su vez requiere de materiales de construcción transparentes y de relaciones superficie/volumen elevadas. Sin embargo, la intensidad de la luz incidente debe ser moderada, de lo contrario se presentan fenómenos de fotoinhibición y fotoblanqueo. Asimismo, la relación CO 2 /O 2 debe ser tal que la proporción de O 2 sea mínima y por ende sean impedidos procesos tales como la foto-respiración y daño fotooxidativo. Actualmente la principal desventaja de los sistemas cerrados consiste en sus elevados costos, atribuidos en mayor medida a la energía invertida en la agitación mecánica de los cultivos con la finalidad de evitar la sedimentación y favorecer la transferencia de gases (Chisti, 2007, 2008; Schenk et al., 2008; Wijffels, 2007). Producción de microalgas Las microalgas son un conjunto heterogéneo de microorganismos fotosintéticos unicelulares procariontes (cianobacterias) y eucariontes, que se localizan en hábitats diversos tales como aguas marinas, dulces, salobres, residuales o en el suelo, bajo un amplio rango de temperaturas, ph y disponibilidad de nutrientes. Se les considera responsables del 50% del oxígeno presente en nuestra atmosfera o atmósfera y de la fijación del 50% del carbono en fase gaseosa el planeta. Su biodiversidad es enorme. Figura 3. Unidad a escala perteneciente a GreenFuel Matriz de crecimiento en 3D Reactor en Triágulo. A la izquierda se muestra un esquema de la patente US , a la derecha una foto de la planta Red Hawk Power, en Arizona, EEUU (Schenk et al., 2008) Se han cuantificado alrededor de 40,000 especies aunque se estima que existen más de 100,000, de las cuales se desconoce su composición bioquímica y metabolismo. Las microalgas se clasifican de acuerdo con varios parámetros tales como pigmentación, ciclo de vida, morfología y estructura celular (Garibay-Hernández et al., 2009). La Tabla 1 presenta una comparación de distintas fuentes de materia prima para la producción debiodiesel en México. Tabla 1. Comparación de distintas fuentes de materia prima para la producción de biodiesel en México (Garibay- Hernández et al., 2009) Materia prima Porcentaje Porcentaje Productividad de Superficie equivalente de la equivalente de la biodiesel equivalente superficie total (no (L/ha/año) requerida (ha x 10 6 superficie fértil ) necesariamente requerida fértil) requerida Palma 5, Jatropha 1, Colza 1, Girasol Soya Microalgas a 12, Microalgas b 20, a Rendimiento conservador de productividad de biodiesel microalgal acorde con Schenk et al. (2008) b Productividad de biodiesel microalgal asequible a través de la tecnología actualmente disponible, acorde con Wijffels (2007) 166

167 En la actualidad se ha detectado el uso de lípidos microalgales para la producción de biodiesel, ya que es una alternativa que asegura satisfacer o reemplazar la demanda global de petrodiesel. Esta tecnología es prometedora dadas las ventajas que ofrece sobre las plantas oleaginosas, tales como: mayor eficiencia fotosintética; eficacia superior en la asimilación de nutrientes; y periodos cortos de producción sostenida durante el año, a causa de los breves tiempos de duplicación de las microalgas. Además los cultivos microalgales son independientes de la estacionalidad inherente a los cultivos agrícolas y de la fertilidad del suelo por lo que permite emplear territorios marginales e inclusive zonas no aptas para la agricultura, ganadería, industria y turismo. También, en contraste con los cultivos tradicionales, requieren de menores cantidades de agua y terreno. Esta tecnología puede ser acoplada al reciclaje del CO 2 liberado en las emisiones industriales, especialmente por las plantas productoras de electricidad a partir de combustibles fósiles. Una ventaja adicional estriba en la posibilidad de obtener subproductos (proteína, carbohidratos, biopolímeros, pigmentos, biogás, etc.) a partir de biomasa residual una vez que los lípidos han sido extraídos (Garibay-Hernández et al., 2009). Finalmente, la ventaja competitiva más importante del biodiesel de microalgas, consiste en los rendimientos lipídicos por unidad de área considerablemente superiores a los obtenidos con plantas oleaginosas (Chisti et al., 2007). PARÁMETROS QUE AFECTAN LA PRODUCCIÓN ALGAL Luz y temperatura A falta de nutrientes aumenta la limitación de la fotosíntesis, con el aumento de la intensidad de la luz, hasta que la tasa de crecimiento de algas se maximiza con el punto de saturación de la luz (Bouterfas et al., 2002; Macedo et al., 2002; Torzillo et al., 2003; Richmond, 2004; Park, et al., 2011). Incrementar la intensidad de la iluminación más allá de este punto puede llevar a la foto-oxidación (también conocido como foto inhibición), dañando los receptores de luz de las algas, disminuyendo la tasa de la fotosíntesis y la productividad (Richmond et al., 2003; Richmond, 2004). Como la concentración de las algas aumenta también lo hace el efecto de sombreado que esta biomasa crea (Park, et al., 2011). La productividad algal se incrementa con el aumento de la temperatura del estanque hasta una temperatura óptima por encima de la cual la respiración de las algas cada vez mayor y la fotorrespiración reduce la productividad general (Tillet, 1988; Sheehan et al., 1998; Pulz, 2001). La temperatura óptima medida en condiciones de tasa máxima de crecimiento de las algas (nutrientes suficientes y condiciones de luz) varía entre las especies de algas, pero a menudo entre 28 y 35 C para muchas algas (Soeder et al., 1985). Sin embargo, la temperatura óptima varía cuando las condiciones nutricionales o la luz son limitantes y, el crecimiento disminuye a menudo cuando las algas se someten a un cambio brusco de temperatura (Harris, 1978). La temperatura también puede alterar el equilibrio iónico del agua del estanque, ph y, solubilidad de los gases (oxígeno y CO 2 ), aunque diferentes especies de algas son influenciadas en diferentes grados por este efecto (Bouterfas et al., 2002). Valor de ph del agua del estanque y la disponibilidad de CO 2 El ph del agua del estanque afecta muchos de los procesos bioquímicos asociados con metabolismo del crecimiento algal, incluyendo la disponibilidad de CO 2 para la fotosíntesis y la disponibilidad y absorción de los nutrientes en forma de iones. El ph del agua del estanque a su vez esta en función de la productividad de las algas, la respiración algal/bacteriana, la alcalinidad y composición iónica del medio de cultivo, la actividad microbiana autotrófica y heterotrófica (por ejemplo, la nitrificación y desnitrificación) y la eficiencia de adición de CO 2 al sistema (García et al., 2000b; Craggs, 2005; Heubeck et al., 2007; Park y Craggs, 2010). La fotosíntesis algal en los estanques de alto rendimiento de crecimiento algal eleva el ph, debido al consumo de CO 2 y HCO 3, a menudo por arriba de ph 11 (Craggs, 2005; Heubeck et al., 2007; Park y Craggs, 2010). El ph elevado puede actuar para mejorar la eliminación del nitrógeno amoniacal del líquido del estanque a través de la volatilización del amoníaco y la eliminación de fósforo a través de la precipitación de fosfatos utilizando hierro ferrico no quelado, calcio y magnesio. (García et al., 2000b; Craggs, 2005). La disponibilidad de CO 2 en aguas residuales en los estanques de alto rendimiento de crecimiento algal depende de la oxidación heterotrófica de compuestos orgánicos por bacterias (Weissman y Goebel, 1987; Oswald, 1988; Craggs, 2005), de cualquier forma, el drenaje doméstico típico contiene insuficiente carbono para apoyar plenamente la producción algal (3-7 C:N proporción en el drenaje contra 6-15 C:N en la biomasa algal) (Benemann, 167

168 2003; van Harmelen y Oonk, 2006). La adición de CO 2 ha mostrado que mejora la producción algal a escala experimental (Azov et al., 1982; Benemann, 2003). Mejoramiento de la cosecha de la biomasa de algas Una cosecha eficiente de la biomasa algal (eliminación) es esencial para lograr el tratamiento de aguas residuales y la producción de biocombustibles de calidad y que sean rentables (Benemann, 2003, 2008b; van Harmelen y Oonk, 2006). Las algas son muy difíciles de eliminar debido a su tamaño celular pequeño (<20 μm), densidad similar al agua (de 1.08 a 1.13 g/ml) ( Lavoie y de la Noue, 1987) y una fuerte carga negativa en la superficie celular particularmente durante el crecimiento exponencial (Moraine et al., 1979). Si bien las diversas opciones de cosecha han sido ampliamente investigadas (Shen et al., 2009; Tampier, 2009; Brennan y Owende, 2010; Mata et al., 2010), la mayoría de las tecnologías, incluyendo métodos químicos y mecánicos aumentan considerablemente los costos operativos para la producción de algas y son económicamente viables para la producción de productos de alto valor (Benemann, 2008ª) CONCLUSIONES Dado que el tratamiento de aguas residuales mediante el uso de estanques con alta tasa de crecimiento de microalgas es una tecnología económicamente viable para el tratamiento de aguas residuales de nivel terciario, que podría ser el campo de pruebas para desarrollar la producción de algas a gran escala, las tecnologías de cultivo y conversión de biocombustibles, que más tarde serán utilizadas cuando los altos costos de los combustibles fósiles hagan la construcción de sistemas de biocombustibles a partir de algas económicas. Por lo tanto, la investigación básica y la escala de campo se necesitan con urgencia para optimizar la producción de algas y la cosecha. El tratamiento de aguas residuales mediante el uso de estanques con alta tasa de crecimiento de microalgas actualmente son una vía para producir biomasa algal para la conversión a biocombustibles, con mínimo impacto ambiental. Mayor estudio de los parámetros limitantes para optimizando el rendimiento cosechable de las algas requiere una mejor comprensión de la influencia de parámetros tales como la adición del CO 2, control de las especies, de herbívoros y parásitos, así como de los biofloculantes naturales. Las futuras investigaciones, tanto fundamental como de campo, deberán ayudar a la optimización de la producción y cosecha de las algas y por lo tanto mejorar aún más la viabilidad económica y la aplicación a gran escala para la producción de biocombustibles a partir de aguas residuales. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Al-Karaghouli, A., Renne, D., Kazmerski, L.L Solar and wind opportunities for water desalination in the Arab regions. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 13: Assimacopoulos, D Desalination powered by renewable energy sources. Feature -Water Water everywhere... Pp Azov, Y., Goldman, J.C Free ammonia inhibition of algal photosynthesis in intensive cultures. Applied and Environmental Microbiology. 43: Azov, Y., Shelef, G., Moraine, R Carbon limitation of biomass production in high-rate oxidation ponds. Biotechnology and Bioengineering. 24: Bayod-Rújula, A.A., Khalidou-Dia, N Application of a multi-criteria analysis for the selection of the most suitable energy source and water desalination system in Mauritania. Energy Policy. 38: Benemann, J.R Biofixation of CO2 and greenhouse gas abatement with michroalgae technology roadmap. Prepared for the U.S. Department of Energy National Energy Technology Laboratory, No Benemann, J.R., Oppotunities and Challenges in Algae Biofuels Production Algae World 2008, Singapore, November 17 18, p

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170 Pulz, O Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms. Applied Microbiology and Biotechnology. 57: Raluy, R.G., Serra, L., Uche, J Life cicle assessment of desalination technologies integrated with renewable energies. Desalination. 183: Richmond, A Principles for attaining maximal microalgal productivity in photobioreactors: an overview. Hydrobiologia. 512: Richmond, A., Cheng-Wu, Z., Zarmi, Y Efficient use of strong light for high photosynthetic productivity: interrelationships between the optical path, the optimal population density and cell-growth inhibition. Biomolecular Engineering. 20: Romero-Rodríguez, A Producción de agua potable a partir de agua de mar: Aprovechamiento integral del sistema mediante la generación de energía a partir de microalgas o de energía solar o eolica. Tesis de Ingeniería Química. Facultad de Química, UNAM. México, D.F. Schenk, M.P., Thomas-Hall, S.R., Stephens, E., Marx, U.C., Mussgnug, J.H., Posten, C., Kruse, O., Hankamer, B Second Generation Biofuels: High-Efficiency Microalgae for Biodiesel Production. Bioenerg. Res. 1: Scrivani, A Energy management and DSM techniques for a PV-diesel powered sea water reverse osmosis desalination plant in Ginostra, Sicily. Desalination. 183: Sheehan, J., Dunahay, T., Benemann, J. y Roessler, P A look back to the US Department of Enery s Aquatic Species Program Biodiesel from algae. National Renewable EnergyLaboratory. Golden CO. Report NREL/TP pags. Página electrónica: Shen, Y., Yuan, W., Pei, Z.J., Wu, Q., Mao, E Microalgae mass production methods. Transactions of the ASABE. 52: Soeder, C.J., Hegewald, E., Fiolitakis, E., Grobbelaar, J.U Temperature dependence of population growth in a green microalga: thermodynamic characteristics of growth intensity and the influence of cell concentration. Zeitschrift fur Naturforschung. 40c: Tampier, M Microalgae Technologies and Processes for Biofuels/Bioenergy Production in British Columbia: Current Technology, Suitability and Barriers to Implementation Prepared for The British Columbia Innovation Council. January 14. British Columbia, Canadá. Tillett, D.M Ph.D. Thesis: Lipid productivity and species competition in laboratory models of algae mass cultures. The School of Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology. Georgia, EEUU. Torzillo, G., Pushparaj, B., Masojidek, J., Vonshak, A Biological constraints in algal biotechnology. Biotechnology and Bioprocess Engineering. 8: van Harmelen, T., Oonk, H Microalgae biofixation processes: applications and potential contributions to greenhouse gas mitigation options TNO Built Environmental and Geosciences. Apeldoorn. Prepared for the International network on biofixation of CO 2 and greenhouse gas abatement with microalgae. Operated under the International Energy Agency Greenhouse Gas R&D Programme. Order No Amsterdam, The Netherlands. Weissman, J.C., Goebel, R.P Factors affecting the photosynthetic yield of microalgae. In Aquatic Species Program Annual Report. Johnson, D.A., ed. FY 1986, Solar Energy Research Institute, SERI/SP , pp Golden, Colorado, EEUU. Wijffels, R.H Potential of sponges and microalgae for marine biotechnology. Trends in Biotechnology. 26:

171 A-C TL-8 ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA DEGRADACIÓN CON OZONO A DIFERENTES ph s DE UNO DE LOS COLORANTES COMÚNMENTE UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE MEZCLILLA COMPARATIVE ANALYSIS OF THE DEGRADATION WITH OZONE AT DIFFERENT ph's OF ONE OF THE DYES COMMONLY USED IN THE MANUFACTURING OF DENIM Edna Berenice Zúñiga-Zarza * Egresada de la FES-Cuautitlán de la carrera de Química generación 2004, Ayudante de Profesor Asignatura B a partir de 2010 y Profesor Asignatura A en las carreras de Química, Ingeniero Mecánico Eléctrico e Ing. Agrícola Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán, Campo 4 Frida María León-Rodríguez Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 4 *Carretera Cuautitlán Teoloyucan Km. 2.5, San Sebastián Xhala, Edo. Mex. CP Teléfono: (01 55) , Fax: RESUMEN En este trabajo se muestra una comparación de la degradación de un colorante utilizado en la industria textil para la confección de mezclilla; ya que, la contaminación de las aguas residuales de esta industria en su mayoría se debe a la presencia de colorantes, por lo que se investigó la degradación de dichos compuestos mediante ozono; así mismo, se estudia el efecto de un catalizador y el tratamiento a diferentes ph s reduciendo el tiempo de la degradación del colorante de mayor concentración de 7.5 horas a una hora a ph de 11. ABSTRACT In this paper we show a comparison of the degradation of dye used in the textile industry for denim clothing, since the pollution of wastewater from this industry is mainly due to the dyes presence, so investigated the degradation of these compounds by ozone; also, study the effect of a catalyst and treatment at different ph s reducing the time of the degradation of the dye with the highest concentration of 7.5 hours to one hour at ph 11. Palabras clave: Colorantes, degradación, ozono, PAO, textil Key Words: AOP, degradation, dyes, ozone, textile 171

172 INTRODUCCIÓN El surgimiento de las maquiladoras fabricantes de pantalones de mezclilla ha deteriorado de un modo significativo el medio ambiente que las rodea. Las descargas de agua de las industrias textiles, son principalmente de color azul oscuro proveniente de los diferentes procesos que se le dan a la mezclilla, pero es principalmente debido al teñido, (Lodha y Chaudhari, 2007), estos colorantes sintéticos se han identificado como los principales contaminantes del agua (Behnajady, 2007; Papi c et al., 2009). Recientemente, se han desarrollado en los países industrializados, métodos de tratamiento químico basados en la generación de radicales hidroxilo, conocidos como Tecnologías o Procesos Avanzados de Oxidación (PAO). La oxidación química tiene como objetivo la mineralización de los contaminantes para transformarlos en productos inofensivos. Estos tratamientos se basan en la generación in situ de los radicales hidroxilo (HO ) altamente reactivos (Benhajady, 2007; Papi c et al., 2009). La ozonización es un tratamiento común para aguas residuales que contengan color, además, aumenta la biodegradabilidad de las mismas. El ozono y los radicales hidroxilo generados en solución acuosa son capaces de abrir los anillos aromáticos de la estructura de los colorantes, la molécula de ozono es selectiva y los ataques son preferentemente a los enlaces insaturados de los grupos cromóforos. Por esta razón, la eliminación de color por la acción del ozono es rápida (Olívia-Salomé et al., 2006). La descomposición de ozono se ve favorecida por el aumento del ph del agua por introducción de iones OH. El aumento del ph y la adición de H 2 O 2 a la solución acuosa de O 3, dan como resultado mayores índices de producción de radicales OH. La adición de peróxido de hidrógeno a la solución acuosa del ozono incrementará la descomposición de O 3 para la formación de radicales OH (Andreozzi et al., 1999). El ozono se utiliza en el tratamiento de los suministros de agua potable para los siguientes fines: desinfección bacteriana, inactivación viral, oxidación de hierro soluble y/o manganeso, remoción de color (oxidación), remoción de algas, microfloculación, remoción de sólidos suspendidos, como pre-tratamiento del proceso biológico para mejorar la biodegradabilidad, etc. El empleo del ozono como oxidante primario antes de la cloración generalmente disminuye la demanda de cloro, elimina la formación de trihalometanos y compuestos organoclorados (Mohammad Alsheyab et al., 2007; Camel y Bermond, 1998; Singh et al., 2008). METODOLOGÍA Se prepararon soluciones de diferentes concentraciones en ppm de colorante azul marino drimanen CL-R, en este caso fueron de: 10, 20, 30, 40, 50 y 60 ppm. Se empleó un generador de ozono marca ECO 3. Se midió una alícuota de 40 ml de las soluciones de colorante azul marino drimanen CL-R y posteriormente se hizo burbujear ozono para estudiar la degradación de color en cada caso. El efecto catalizador del peróxido de hidrógeno se estudió al momento de agregar el reactivo a las diferentes muestras para observar dicho efecto, este procedimiento se llevó a cabo bajo condiciones alcalinas. Para el ajuste de ph se utilizó una solución de NaOH (0.5 M). RESULTADOS Y DISCUSIÓN La Figura 1 presenta los datos obtenidos de absorbancia siguiendo la secuencia de degradación del colorante azul marino drimanen CL-R a diferentes concentraciones en ppm empleando ozono. 172

173 Figura 1. Representación de los datos obtenidos de absorbancia siguiendo la secuencia degradación de color de cada concentración del colorante empleando ozono En la Figura 1 se nota que a menor concentración del colorante es menor el tiempo que tarda en desaparecer o degradarse el color y viceversa, en este punto, el colorante se ha oxidado. Aunque prácticamente a 100 minutos (una hora con 40 minutos) de estar actuando el ozono sobre las muestras, aún presentaban un poco de color y muy baja absorbancia, por tanto, se buscó llegar a una lectura mínima. A pesar de que el tratamiento con ozono da buenos resultados respecto a la degradación máxima del colorante, el tiempo mínimo de degradación fue de 80 minutos para una concentración de 10 ppm y el máximo fue de 450 minutos para 60 ppm. Con el fin de reducir el tiempo de degradación se estudió el efecto del ozono con peróxido de hidrógeno a ph alcalino, añadiendo peróxido de hidrógeno a las diferentes muestras manteniendo un ph básico, que fue modificado con una solución de NaOH (0.5M). Sin embargo, tras realizar varias pruebas siguiendo la secuencia de degradación con ozono en donde se trataron las soluciones, primeramente con peróxido de hidrógeno como catalizador a condiciones básicas y en segundo lugar, se trataron las soluciones sólo modificando el ph con NaOH, se concluye que, únicamente modificando el ph hasta volverlo básico, se obtuvo un mejor resultado en comparación con el tratamiento de ozono con peróxido de hidrógeno a las mismas condiciones alcalinas. La Figura 2 muestra los resultados obtenidos para una solución de colorante de 10 ppm donde se compararon diferentes volúmenes de peróxido de hidrógeno añadidos. La Figura 2 muestra que se obtuvo mayor degradación del colorante azul marino drimanen CL-R con ozono adicionando únicamente NaOH para modificar el ph hasta hacerlo básico. Posteriormente se encontró el ph para cada concentración y se determinó cuál era el más adecuado para trabajar con cada una de las concentraciones de colorante preparadas, ya que, para menores concentraciones de colorante no es necesario trabajar con un ph mayor, lo que implica mayor cantidad de NaOH agregado. El resultado obtenido de esta optimización de ph se muestra en la Tabla

174 Figura 2. Representación de los datos obtenidos de absorbancia siguiendo la secuencia degradación de color empleando ozono y peróxido de hidrógeno Tabla 1. Optimización de ph que se realizó con hidróxido de sodio (0.5 M) para llevar a cabo el tratamiento de ozono en medio básico Concentración de colorante (ppm) ph optimizado con NaOH (0.5M) Como puede observarse en la Tabla 1, para una concentración de colorante de 10 ppm, con el ajuste de ph a 9.5 es necesario para lograr una degradación óptima, para el caso de la concentración de colorante de 60 ppm, es necesario aumentar el ph hasta 11 ya que la solución se encuentra mucho más concentrada y aún así la degradación es óptima. La Tabla 2 representa una comparación entre los datos que se obtuvieron del tratamiento con ozono a ph ideal, en donde únicamente se modificó el ph de las soluciones con NaOH hasta volverlo alcalino y los datos obtenidos con el tratamiento empleando ozono únicamente. La Tabla 2 muestra que el tiempo de reacción del ozono en medio alcalino es mucho menor en comparación con el sistema empleando ozono únicamente. El tiempo que tarda una solución de 10 ppm en degradarse se reduce de una hora con 20 minutos hasta sólo 15 minutos, de igual manera, cuando para una solución de 20 ppm el ozono tardó dos horas con 40 minutos, ahora con el sistema empleando ozono en medio básico el tiempo de degradación es de sólo 20 minutos, para la concentración de 30 ppm el tiempo se reduce a sólo 30 minutos en comparación con las tres horas y 50 minutos del sistema empleando únicamente ozono, para las soluciones de 40 ppm, 50 ppm y 60 ppm los tiempos de degradación son de 40 minutos, 50 minutos y 60 minutos respectivamente en comparación con las cinco horas, seis horas y siete horas con 30 minutos con el sistema empleando ozono solamente. 174

175 Tabla 2: Datos obtenidos de la absorbancia siguiendo la secuencia de degradación del colorante azul marino drimanen CL-R a diferentes concentraciones empleando ozono (TO) y tratamiento con ozono en medio básico (TO ph) Tiempo (min) TO Concentración del colorante azul marino drimanen CL-R (ppm) Absorbancia TO ph= 9.5 TO TO ph= 10 TO TO ph= 10 TO TO ph= 10.5 TO TO ph= TO TO ph= 11 En la Figura 3 se hace una comparación entre ambos sistemas empleados, el tratamiento con ozono y ozono en medio alcalino para una concentración de 10 y 60 ppm. Concentración del colorante azul marino drimanen CL-R (ppm) Figura 3. Comparación entre la secuencia de degradación del colorante azul marino drimanen CL-R utilizando ozono y ozono a ph básico Como se muestra en la Figura 3, el Sistema con ozono a ph alcalino (línea rosa) da mejores resultados, ya que reduce el tiempo para la degradación del colorante significativamente en comparación cuando se utiliza únicamente ozono (línea azul). 175

176 La diferencia de degradación de color entre el método de ozonificación simple y el sistema a ph alcalino es mínima, lo que habla de la eficacia del método de ozonificación en general, en el primero, ozonificación simple, se obtiene en promedio una degradación del % y en el segundo, sistema a ph alcalino, se obtiene del 99.65%; sin embargo, lo que aquí se debe resaltar es que el sistema a ph alcalino es mucho más conveniente porque reduce el tiempo de reacción, el promedio de ahorro de tiempo que ofrece es del % y por tanto un ahorro de energía significativa. Para comprobar la ruptura de la molécula del colorante mediante el tratamiento con ozono, se realizó un análisis espectroscópico de IR que se muestra a continuación. La Figura 4 representa los espectros de IR para el colorante puro, la muestra tratada con ozono a ph alcalino y por último, agua destilada. Se observa que los picos característicos de la muestra del colorante puro están en el rango cm -1. Para comprobar la oxidación total de la molécula se comparó el espectro obtenido de la muestra tratada con ozono a ph alcalino con la muestra de agua destilada, se puede notar que los espectros eran muy similares, aparece la banda característica de los grupos OH del agua de 3500 a 3000 cm -1, los picos característicos del colorante puro ya no se encuentran en la muestra tratada, lo que comprueba la ruptura de la molécula del colorante. Este mismo resultado se obtiene con las muestras tratadas empleando ozono únicamente. Colorante Puro Ozono a ph alcalino Agua Figura 4. Análisis espectroscópico de IR 1/cm CONCLUSIONES Se realizó experimentalmente la oxidación del colorante azul marino drimanen CL-R utilizando el tratamiento con ozono y ozono en medio básico. Para ambos tratamientos, se obtiene una reducción del color próxima al 100%. En esta experimentación, la adición de peróxido de hidrógeno a los sistemas no mejoró la degradación del colorante como afirma Andreozzi et al., 1999, únicamente modificando el ph hasta volverlo básico se obtuvo un mejor resultado. 176

177 En ambos tratamientos se alcanzó la oxidación del colorante, ésto pudo ser corroborado gracias a la determinación espectroscópica con IR que se realizó, ya que la estructura del colorante original difiere con las muestras ya tratadas con los sistemas que se estudiaron. El costo del tratamiento con ozono radica principalmente en el gasto de energía eléctrica y el equipo necesario. Sin embargo, es importante resaltar que los equipos de ozonificación para purificación de aguas pueden ser utilizados en la industria textil. RECONOCIMIENTOS A la Universidad Nacional Autónoma de México por el apoyo logístico. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Andreozzi, R., Caprio, V., Insola, A., Martota, R Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery. Catalysis Today. 53: Mohammad-Alsheyab, A.T., Muñoz, A. H Optimisation of ozone production for water and wastewater treatment. Desalination. 217:1-7. Behnajady, M.A., Modirshahla, N., Ghanbary, F A kinetic model for the decolorization of C.I. Acid Yellow 23 by Fenton process. Journal of Hazardous Materials. 148: Camel, V., Bermond, A The use of ozone and associated oxidation processes in drinking water treatment. Water Research 32: Olívia-Salomé, G.P., Órfao, S. J. J.M., Portela, D., Vieira, A., Pereira, M.F.R Ozonation of textile effluents and dye solutions under continuous operation: Influence of operating parameters. Journal of Hazardous Materials. B137: Bharat, L., Chaudhari, S Optimization of Fenton-biological treatment scheme for the treatment of aqueous dye solutions. Journal of Hazardous Materials. 148: Papi c, S., Vujevi c, D., Koprivanac, N., ˇSinko, D Decolourization and mineralization of commercial reactive dyes by using homogeneous and heterogeneous Fenton and UV/Fenton processes. Journal of Hazardous Materials. 164: Singh, S., Fan, M., Brown, R.C Ozone treatment of process water from a dry-mill ethanol plant. Bioresource Technology. 99:

178 A-C TL-8 ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA DEGRADACIÓN CON OZONO A DIFERENTES ph s DE UNO DE LOS COLORANTES COMÚNMENTE UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE MEZCLILLA COMPARATIVE ANALYSIS OF THE DEGRADATION WITH OZONE AT DIFFERENT ph's OF ONE OF THE DYES COMMONLY USED IN THE MANUFACTURING OF DENIM Edna Berenice Zúñiga-Zarza * Egresada de la FES-Cuautitlán de la carrera de Química generación 2004, Ayudante de Profesor Asignatura B a partir de 2010 y Profesor Asignatura A en las carreras de Química, Ingeniero Mecánico Eléctrico e Ing. Agrícola Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán, Campo 4 Frida María León-Rodríguez Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 4 *Carretera Cuautitlán Teoloyucan Km. 2.5, San Sebastián Xhala, Edo. Mex. CP Teléfono: (01 55) , Fax: RESUMEN En este trabajo se muestra una comparación de la degradación de un colorante utilizado en la industria textil para la confección de mezclilla; ya que, la contaminación de las aguas residuales de esta industria en su mayoría se debe a la presencia de colorantes, por lo que se investigó la degradación de dichos compuestos mediante ozono; así mismo, se estudia el efecto de un catalizador y el tratamiento a diferentes ph s reduciendo el tiempo de la degradación del colorante de mayor concentración de 7.5 horas a una hora a ph de 11. ABSTRACT In this paper we show a comparison of the degradation of dye used in the textile industry for denim clothing, since the pollution of wastewater from this industry is mainly due to the dyes presence, so investigated the degradation of these compounds by ozone; also, study the effect of a catalyst and treatment at different ph s reducing the time of the degradation of the dye with the highest concentration of 7.5 hours to one hour at ph 11. Palabras clave: Colorantes, degradación, ozono, PAO, textil Key Words: AOP, degradation, dyes, ozone, textile 178

179 INTRODUCTION The emergence jeans manufacturers has deteriorated in a significant way the environment that surrounds them. Water discharges from the textile industries are mainly dark blue from the different processes that give the denim, but is mainly due to dyeing, (Lodha and Chaudhari, 2007), these synthetic dyes have been identified as major water pollutants (Behnajady, 2007; Papi c et al., 2009). Recently, have been developed in industrialized countries, chemical treatment methods based on the generation of hydroxyl radicals, known as Technology or Advanced Oxidation Process (AOP). Chemical oxidation aims the mineralization of pollutants for transforming into harmless products. These treatments are based on in situ generation of hydroxyl radicals (HO ) are highly reactive (Benhajady, 2007; Papi c et al., 2009). Ozonation is a common treatment for wastewater containing color, also enhances the biodegradability of them. Ozone and hydroxyl radicals generated in aqueous solution are able to open the aromatic rings of the structure of the dyes, the ozone molecule is selective and preferentially attacks are unsaturated chromophore groups. For this reason, the color removal by ozone action is fast (Olívia-Salomé et al., 2006). The decomposition of ozone is favored by increasing ph of water by introduction of OH. The increase in ph and the addition of H 2 O 2 to O 3 aqueous solution, result in higher rates of OH radical production. The addition of hydrogen peroxide to the aqueous solution will increase the decomposition of ozone O 3 to form OH radicals (Andreozzi et al., 1999). Ozone is used in the treatment of drinking water supplies for the following purposes: bacterial disinfection, viral inactivation, oxidation of soluble iron or manganese, color removal (oxidation), algae removal, microflocculation, suspended solids removal, as pre-treatment for biological process to improve the biodegradability, etc. The use of ozone as primary oxidant prior to chlorination diminishes the chlorine demand, eliminates the formation of trihalomethanes and organochlorines compounds (Mohammad Alsheyab et al., 2007; Camel and Bermond, 1998; Singh et al., 2008). METHODOLOGY Prepared solutions of different concentrations in ppm of blue drimanen CL-R dye, in this case were: 10, 20, 30, 40, 50 and 60 ppm. We used an ozone generator brand "ECO 3 ". Measured a 40 ml aliquot of the blue drimanen CL-R dye solutions and then ozone was bubbled for studying the degradation of color in each case. The catalytic effect of hydrogen peroxide was studied when adding the reagent to the different samples to observe this effect, this procedure was carried out under alkaline conditions. To adjust ph, a solution of NaOH was used (0.5 M). RESULTS AND DISCUSSION Figure 1 is the absorbance data obtained from the sequence of blue drimanen CL-R dye degradation at different concentrations in ppm using ozone. In Figure 1 we note that a lower concentration of the dye is less than the time it takes to disappear or degrade the color and viceversa, at this point, the dye is oxidized. Although almost 100 minutes (one hour and 40 minutes) of ozone acted on the samples still had a bit of color and very low absorbance, therefore, sought to reach a minimum reading. Even though ozone treatment gives good results with respect to the maximum degradation of the dye, the minimum time of degradation was 80 minutes to a concentration of 10 ppm and the maximum was 450 minutes for 60 ppm. 179

180 Figure 1. Representation of the absorbance data obtained from the sequence of each color degradation of dye concentration using ozone To reduce the degradation time we studied the effect of ozone with hydrogen peroxide at alkaline ph, adding hydrogen peroxide to the different samples to maintain an alkaline ph, which was modified with a solution of NaOH (0.5M). However, after several tests the sequence of ozone degradation where solutions were discussed, first with hydrogen peroxide as a catalyst to alkaline conditions and secondly, the solutions were treated only by changing the ph with NaOH, we conclude that only by changing the ph to alkaline, we obtained a better result compared to the ozone treatment with hydrogen peroxide to the same alkaline conditions. Figure 2 shows results for a dye solution of 10 ppm which compared different volumes of added hydrogen peroxide. Figure 2: Representation of the absorbance data obtained from the sequence of color degradation using ozone and hydrogen peroxide 180

181 Figure 2 shows that further degradation of the blue drimanen CL-R dye was obtained with ozone only adding NaOH to modify the ph until it became alkaline. Subsequently ph was found for each concentration and decided what was the best suited to work with each of the prepared dye concentrations, and that, for lower concentrations of dye is not necessary to work with a higher ph, which means much NaOH added. The result of this optimization of ph is shown in Table 1. Table 1: Optimization of ph was made with sodium hydroxide (0.5 M) to carry out the ozone treatment in alkaline media. Dye concentration (ppm) Optimized ph with NaOH (0.5M) As shown in Table 1 for a dye concentration of 10 ppm, with adjustment of ph to 9.5 is required to achieve optimal degradation, in the case of the dye concentration of 60 ppm, it is necessary to increase the ph to 11 and that the solution is much more concentrated and yet the degradation is optimal. Table 2 shows a comparison between data got with ozone treatment ideal ph, where only changed the ph of the solutions with NaOH until it becomes alkaline and the data obtained with treatment using only ozone. Table 2: Data obtained from the absorbance of the sequence of blue dye degradation drimanen CL-R at different concentrations using ozone (TO) and ozone in alkaline medium (ph TO). Blue drimanen CL-R dye concentration (ppm) Absorbance Time (min) TO TO ph= 9.5 TO TO ph= 10 TO TO ph= 10 TO TO ph= 10.5 TO TO ph= TO TO ph= 11 Table 2 shows that the reaction time of ozone in alkaline medium is much lower compared to the system using only ozone. 181

182 The time it takes for a solution of 10 ppm to break down is reduced from one hour 20 minutes to 15 minutes, just like a solution of 20 ppm ozone took two hours 40 minutes, now with the system using ozone in alkaline medium the degradation time is only 20 minutes, to 30 ppm concentration over time is reduced to only 30 minutes compared to three hours and 50 minutes using only ozone system, for the solutions of 40 ppm, 50 ppm and 60 ppm the degradation time of 40 minutes, 50 minutes and 60 minutes respectively compared with five hours, six hours and seven hours and 30 minutes with the system using ozone only. In Figure 3 a comparison has been made between both systems used ozone treatment and ozone in medium alkaline to a concentration of 10 and 60 ppm. Blue drimanen CL-R dye concentration (ppm) Figure 3. Comparison between the sequence of blue dye degradation drimanen CL-R using ozone and ozone at alkaline ph As shown in Figure 3, the ozone system at alkaline ph (pink line) gives better results, because it reduces the time for the degradation of the dye significantly compared when using only ozone (blue line). The difference of color degradation between simple ozonation method and the system at alkaline ph is minimal, which speaks of the effectiveness of ozonation method in general, in the first, simple ozonation is obtained on average a 99.63% degradation and the second system at alkaline ph, is obtained from 99.65%; however, which should emphasize here is that the system at alkaline ph is much more convenient because it reduces the reaction time, the average time savings offered is 85.85% and therefore a significant energy savings. To check the breakdown of the dye molecule by treatment with ozone, we performed IR spectroscopic analysis shown below. CONCLUSIONS Oxidation was carried out experimentally blue dye drimanen CL-R using ozone and ozone treatment in alkaline media. For both treatments, results in a reduction of close to 100% color. 182

183 Figure 4 represents the IR spectra for pure dye, the sample treated with ozone at alkaline ph and finally distilled water. It is noted that the characteristic peaks of pure color sample in the range cm -1.To check the total oxidation of the molecule compared the spectrum obtained from the sample treated with ozone at alkaline ph with distilled water sample, one can see that the spectra were very similar, it appears the band characteristic of OH groups of water 3500 to 3000 cm -1, characteristic peaks of pure color are no longer in the treated sample, which proves the breakdown of the dye molecule. The same result was obtained with the samples treated using only ozone. Pure dye Ozone alkaline ph Water Figure 4. IR Spectroscopic analysis 1/cm In this experiment, the addition of hydrogen peroxide to the systems did not improve the degradation of the dye as claimed by Andreozzi et al., 1999, only changing the ph until it becomes alkaline yielded a better result. In both treatments reached the oxidation of the dye, this might be confirmed by IR spectroscopic determination was made because the original structure differs dye and treated samples were studied systems. The cost of treatment with ozone is mainly based on spending power and the necessary equipment. However; it is important to note that ozonation equipment for water purification may be used in the textile industry. ACKNOWLEDGMENTS At Universidad Nacional Autónoma de México for the logistic support. REFERENCES Andreozzi, R., Caprio, V., Insola, A., Martota, R Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery. Catalysis Today. 53:

184 Mohammad-Alsheyab, A.T., Muñoz, A. H Optimisation of ozone production for water and wastewater treatment. Desalination. 217:1-7. Behnajady, M.A., Modirshahla, N., Ghanbary, F A kinetic model for the decolorization of C.I. Acid Yellow 23 by Fenton process. Journal of Hazardous Materials. 148: Camel, V., Bermond, A The use of ozone and associated oxidation processes in drinking water treatment. Water Research 32: Olívia-Salomé, G.P., Órfao, S. J. J.M., Portela, D., Vieira, A., Pereira, M.F.R Ozonation of textile effluents and dye solutions under continuous operation: Influence of operating parameters. Journal of Hazardous Materials. B137: Bharat, L., Chaudhari, S Optimization of Fenton-biological treatment scheme for the treatment of aqueous dye solutions. Journal of Hazardous Materials. 148: Papi c, S., Vujevi c, D., Koprivanac, N., ˇSinko, D Decolourization and mineralization of commercial reactive dyes by using homogeneous and heterogeneous Fenton and UV/Fenton processes. Journal of Hazardous Materials. 164: Singh, S., Fan, M., Brown, R.C Ozone treatment of process water from a dry-mill ethanol plant. Bioresource Technology. 99:

185 A-C TL-9 FITORREMEDIACIÓN DE MERCURIO EN JALES MINEROS POR MEDIOS ÁCIDOS PHYTOREMEDIATION OF MERCURY OF MINING WASTE BY ACID WATER Héctor Daniel García-Mercado * Maestro en Ingeniería Ambiental Facultad de Química, UNAM Edif. E Lab. 301, Cuidad Universitaria México D.F María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Facultad de Química UNAM *Calle S edif. 28 depto. 413 Col. Alianza Popular Revolucionaria Delegación Coyoacán México D.F México Tel. 01(55) correo electrónico: RESUMEN México es un país de tradición minera, la cual ha dejado un impacto en el ambiente y, posiblemente, a la salud. En los años de la colonia (y hasta el siglo XX) se realizó la extracción de oro y plata a través del método de amalgamación con mercurio (conocido como el método de patio) donde los residuos de la minería fueron dispuestos a cielo abierto y en contacto con el suelo han contaminado el medio. Esta minería se desarrolló en los estados de Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Querétaro y Zacatecas, principalmente. Estudios recientes, en el estado de Querétaro, han reportado concentraciones de mercurio (diversas especies químicas) en suelos que sobrepasan los límites máximos permisibles de la normativa mexicana. Un factor que ha contribuido y propiciado la contaminación en nuestro ambiente, son los procesos industriales y fuentes móviles (automóviles, quema de combustibles fósiles, etc.) que a través emisiones de gases de efecto invernadero (dióxidos de azufre y óxidos de nitrógeno), y, generando la lluvia ácida (ph = 3.65 a 5.65). Ésta, puede afectar aumentando la biodisponibilidad de los contaminantes en el suelo. La fitorremediación, es un proceso biológico que, utiliza a las plantas y microorganismos para retener, eliminar o disminuir la toxicidad de los contaminantes contenidos en los suelos, evitar la afectación a los ecosistemas y riesgos a la salud. Este proceso, tiene ventajas como la limpieza, es económico, no se afecta la estructura del suelo y puede extraerse los metales de las plantas (en este caso el mercurio) después de un tiempo de contacto. El presente trabajo utiliza esta eco-tecnología con el fin de conocer, describir y determinar el comportamiento de la especie vegetal (Typha latifolia) en la remoción del mercurio contenido en residuos de minería a través del contacto periódico con la lluvia ácida. ABSTRACT Mexico is a traditional mining country; this activity has left an impact on the environment and, possibly, human-health. Since the years of the colony (until the 20 th century) was extracted the gold and silver through the mercury amalgamation method (known as the method of patio) where mining waste were disposed at open-sky and it has contaminated the soils. This mining was developed principally in the Mexican states like Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Querétaro y Zacatecas. Recent studies, in the state of Querétaro, have reported concentrations of mercury (in various chemical species) on soils being over of maximum permissible limit described on Mexicans Laws. The industrial 185

186 process and mobile sources (cars, burning of fossil fuels, etc.) have contributed and let to pollution in our environment through emissions of greenhouse gases (sulfur oxides and nitrogen oxides), and, producing the acid rain (ph = 3.65 to 5.65). It can be affected by increasing the bioavailability of contaminants in the soil. Phytoremediation is a biological process that uses plants and organisms to retain, eliminate or reduce the toxicity of contaminants in the soil to prevent impacts on ecosystems and health risks. This process has advantages such as cleaning, is inexpensive, does not affect soil structure and metals can be extracted from plants (in this case mercury) after a while. This paper uses this ecotechnology to learn, describe and determine the behavior of a plant (Typha latifolia) in the removal of mercury from mine wastes through regular contact with acid rain. Palabras clave: Fitorremediación, lluvia ácida, mercurio, suelos, Typha latifolia Key Words: Acid rain, mercury, phytoremediation, soils, Typha latifolia INTRODUCCIÓN Bernat (2002) y Volke et al. (2005) mencionan que la minería, en México, adquirió una gran relevancia económica y social hasta el periodo de la colonia, convirtiéndose entonces en el motor del crecimiento económico y modernización de la Corona Española. Ésta se centró en la extracción de metales preciosos como la plata y el oro. Donde, la plata se comenzó a extraer en varios estados de México como en Zacatecas (1546), Guanajuato (1550) e Hidalgo (1552). En el estado de Querétaro se tienen evidencias de actividad minera en la Sierra Gorda desde épocas lejanas. Según estudios arqueológicos, se realizaron explotaciones a cielo abierto desde el siglo XIII a. C. y subterráneas alrededor del siglo X a. C., para producir cinabrio (mercurio), que se utilizaban para rituales. En la década de 1960, este estado, se coloca como primer productor nacional con una producción estimada de 140 toneladas. Posteriormente, de 1970 a 1974 se registro una producción de 3,712 toneladas de mercurio (Servicio Geológico Mexicano, 2010). Método de amalgamación con mercurio A mediados del siglo XVI, Bartolomé de Medina ( ), sevillano, descubrió un novedoso sistema que revolucionaria la minería de la plata a nivel mundial, y por ende, en América: La amalgamación. Este proceso permitió extraer una mayor proporción de plata del mineral para la explotación de antiguos pozos o vetas considerados impracticables o de baja ley (0.09 a 0.14 kg de plata por quintal, aproximadamente 46 kg, de mineral) a través de la capacidad del mercurio (o azogue) para formar amalgamas con los metales. Este método fue introducido en la Nueva España en 1550 y se mantuvo, en México, hasta la primera década del siglo XX como el principal proceso para refinar los metales preciosos; destacando que, a partir de la década de 1890 el proceso de refinación de plata por amalgamación con mercurio se comenzó a sustituir por el de cianuración (Bernat, 2010; Herrera, 1988; Lang, 1999). Canudas (2005) y Sánchez (1989) describen las reacciones (Ecuación 1, 2 y 3) involucradas en el método de patio y, además, mencionan las pérdidas de mercurio eran elevadas (cercanas a 0.37 kg) y de oro o plata (aproximadamente el 8%): CuSO 4 + 2NaCl CuCl 2 + Na 2 SO 4 Ecuación (1) CuCl 2 + Ag 2 S 2AgCl + CuS Ecuación (2) 2AgCl + nhg Ag 2 Hg 2 + Hg 2 Cl 2 Ecuación (3) 186

187 Drenaje ácido de mina y lluvia ácida González-Sandoval (2010) y Lizárraga-Mendiola (2008) mencionan que, en la actualidad, el jal generado por actividades mineras representa un riesgo al ambiente, debido a la lixiviación de elementos potencialmente tóxicos (EPT) que forman parte de una variedad de minerales presentes en los residuos mineros. Además, la lixiviación de metales en el jal conlleva a numerosos procesos geoquímicos que controlan la concentración de los elementos extraídos, tales como la composición mineralógica, solubilidad mineral, tiempo de oxidación de sulfuros, contenido de agua, oxígeno y ph. El agua y el oxígeno son los dos principales factores que propician la oxidación de sulfuros, dando como resultado un medio ácido, así como soluciones enriquecidas en metales. Este proceso es conocido como drenaje ácido de mina (DAM). La contaminación por la capacidad de lixiviación de los metales y metaloides pesados en los jales mineros puede llegar a cuerpos de agua causando daños a la flora y fauna; además, aumentando su biodisponibilidad y los riesgos a la salud (González-Sandoval, 2010; Navarro-García, 2009; Olmos et al., 2007; Ruiz-López, 2009). La lluvia ácida, se forma a través de la disolución de gases de efecto invernadero (SO 2 y NO 2 ) para la formación de H 2 SO 4 y HNO 3. Es un factor que puede contribuir a la disolución de la materia presente y en la fisicoquímica del suelo (Manahan, 2007; Panizza-de-León, 2009). En México no se determina el potencial de hidrógeno (ph) de la lluvia en todos los estados. Existen reportes realizados en la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), con valores de ph igual a 3.4, 3.65 y 3.89 para los años de 1989, 2007 y 2008, respectivamente. El valor de referencia de lluvia ácida es de 5.65 (SEMARNAT, 2008). SITUACIÓN EN MÉXICO Volke et al. (2005), Belmont-Bernal (2008) y Yarto et al. (2004) mencionan la contaminación de suelos por actividades mineras en México, como la generada durante el beneficio del oro y la plata, realizado comúnmente por los métodos de patio o por cianuración no es posible la recuperación total de los compuestos y/o elementos adicionados, por lo que es común encontrarlos en los residuos del proceso (jales) en forma soluble. En México, se realizó una especiación de Hg en suelos mineros (jales) y cercanías, donde se ocupó el método de patio, en los municipios de San Joaquín y Pinal de Amoles del estado de Querétaro (Tabla 1). Algunos sitios presentan una concentración de mercurio total mayor (23 y 310 mg/kg) con respecto a la normativa mexicana (NOM-147- SEMARNAT/SSA1-2004). Se han identificado las siguientes especies de Hg (Belmont-Bernal, 2008; Navarro-García, 2009; Olmos-Espejel, 2006): Total (Hg TOT ).- Es la cantidad de todas las especies de mercurio presentes en la muestra. Elemental.- Es la cantidad de mercurio metálico que está unido a otro metal y está presente en forma de amalgama. Intercambiables.- Corresponde a la porción de mercurio que puede ser intercambiado de sitios activos en suelos o sedimentos como materia orgánica, óxidos e hidróxidos de fierro y manganeso. Fuertemente enlazadas.- Se encuentran especies unidas a compuestos de Fe y Mn, además de una porción de Hg orgánicamente enlazado. Orgánicas.- Representa la cantidad de Hg unido a los ácidos húmicos y fúlvicos contenidos en la materia orgánica de los suelos. Fracción residual.- Cantidad de Hg que no se logró extraer en ninguna de las etapas. Sulfuros.- Representa, principalmente, la cantidad de Hg en forma de cinabrio (HgS) que contiene la muestra. 187

188 Tabla 1. Concentración de las especies de mercurio en suelos de Querétaro, México (Navarro-García, 2009) Especie de mercurio Concentración (mg/kg) Uso de suelo Manantial Urbana Urbana Ex-mina Ex-mina Ex-mina Soluble 0.02 ND Elemental Intercambiable ND ND Fuertemente enlazada Orgánico ND ND Residual Sulfuros Hg TOT ND, no detectable PROCESOS BIOLÓGICOS PARA LA REMEDIACIÓN DE SUELOS Entre los procesos biológicos utilizados para el tratamiento de sitios contaminados con Hg y otros metales (domésticos, industriales y mineros) están la fitorremediación, los humedales artificiales o los biofiltros. Además, se han utilizado diversidad de especies vegetales y microorganismos que bioabsorben o bioacumulan metales (Cañizares-Villanueva, 2000; Cervantes et al., 2006; Groudeva et al., 2000; Rivera-Lamprea y Torres, 2000; Wenzel, 2009). Se reporta en dichas investigaciones lo siguiente: Remoción de Hg de 3.78 hasta 0.2 mg/l con Pseudomonas aeruginosa (Rivera-Lamprea y Torres, 2000). Biorremedación en plantas de 0.5 a 5.8 mg/kg en raíz y 0.10 a 0.16 mg/kg en hojas con Festuca rubra, Poa pratensis y Armoracia lapathifolia (Sas-Nowosielska et al., 2008). Acumulación de 2.51 a 4.17 mg/kg en Scirpus robustus y 6.27 a mg/kg en Polypogon monspeliensis (de Souza et al., 1999). Acumulación de 35 a 953 y 33 a 888 mg/kg de mercurio en raíz y hojas, respectivamente, en Eichhornia crassipes, Ludwigia helminthorriza y Polygonum punctatum (Romero et al., 2010). Absorción de Typha latifolia del 24% con una concentración en el influente de 1.39 µg/l de mercurio (Arroyo et al., 2010). Bioacumulación de 0.45 y 0.29 mg/kg de Eichhornia crassipes en raíz y hojas, respectivamente; y, 0.38 y 0.35 mg/kg en raíz de Lemna minor y Spirodela polyrrhiza (Kumar et al., 2008). Fitorremediación Carpena y Bernal (2007), De Jesús-García (2007), Jabeen et al. (2009), Gómez-Bermejo (2010), López-Martínez et al. (2005), Sierra-Villagrana (2006) y Wenzel (2009) mencionan que la fitorremediación (del griego phyton, planta; y, remedium, restablecer el equilibrio) que, a diferencia de la biorremedación, se refiere a la biotecnología ambiental que aprovecha la interacción en el uso de un conjunto de plantas-microorganismos y contaminantes para eliminar, retener o disminuir la toxicidad de ellos en el agua, sedimentos o suelo; en este último, a través de enmiendas y técnicas agronómicas. Se pueden distinguir varios mecanismos o procesos que tienen lugar en la zona de la raíz (rizosfera), como también, tallo y hojas de la planta: Fitoextracción, fitoestabilización, fitodegradación, fitovolatilización, fitoestimulación (rizodegradación) y fitofiltración. La fitorremediación aplicada a suelos contaminados con metales incluye tres mecanismos principalmente (Figura 1). OBJETIVOS Los objetivos del presente proyecto están encaminados a determinar la remoción de mercurio de un suelo minero a través de una hidrofita (Typha latifolia) en medio ácido provocado por agua acidulada simulando lluvia ácida. Así mismo, se determinará la concentración máxima de mercurio susceptible a remoción por lixiviación, el balance másico en suelo, agua y planta a través de la variación del tiempo de residencia hidráulico y el ph de la lluvia ácida sintética. Y, 188

189 realizar un modelo descriptivo que permita describir la concentración de remoción de mercurio óptima con respecto al tiempo de contacto con la planta. Figura 1. Esquema general de remediación en suelo de iones metálicos con un proceso natural de fitorremediación (Sierra-Villagrana, 2006) METODOLOGÍA Para la determinación de la remoción de mercurio del suelo minero, a través de la fitorremediación, se han considerado las siguientes fases o procesos: Muestreo y caracterización del suelo minero, construcción de las unidades experimentales, aclimatación de la especie vegetal, dosificación de la lluvia ácida sintética a diferentes tiempos de residencia hidráulicos y, además, se determinará las concentraciones de mercurio al inicio y final del proceso en suelo, agua y plantas. Suelo Se realizará una toma de muestra del suelo bajo estudio (Tabla 1) de tipo superficial aproximadamente a 30 ó 40 cm de profundidad que ha sido ubicada en el municipio de Pinal de Amoles, Querétaro, con respecto a las siguientes coordenadas: N 21º , O 99º a una altitud de 2028 msnm. Dicho suelo se ha caracterizado anteriormente y contiene: 1, ppm de mercurio total, ppm de plomo y 2.63 ppm de plata (Navarro-García, 2009). Para ello, se pedirá autorización y el apoyo de la autoridad ambiental del municipio. Además, se procederá a evaluar las propiedades fisicoquímicas del suelo minero para conocer la susceptibilidad que se puede obtener a través de la fitorremediación se determinarán algunas propiedades como: Movilidad de los constituyentes (lixiviación), porcentaje de materia orgánica, conductividad hidráulica, porosidad total, densidad aparente y ph (NMX-AA , NMX-AA-132-SCFI-2006, NMX-AA-139-SCFI-2008, NOM-021-SEMARNAT-2000, NOM-141-SEMARNAT-2003). Así, como la especiación química del mercurio antes, y después, del tratamiento por los 189

190 métodos de Bloom y Lacerda acondicionados para suelos a través de espectrofotometría inducida con plasma o de absorción atómica (Olmos et al., 2007; Belmont-Bernal, 2008; Navarro-García, 2009). Agua El agua acidulada sintética, o lluvia ácida, que se dosificará para provocar, o aumentar, la biodisponibilidad del mercurio contendrá una mezcla de ácidos (sulfúrico y nítrico) para obtener los siguientes valores de ph de 5.65 y 3.5 (SEMARNAT, 2008). El otro tratamiento que se utilizará, como blanco para cuantificar la remoción de mercurio por la fitorremediación, es agua destilada con un ph de 7.0. Se propone evaluar 4 tiempos de residencia hidráulicos (TRH) de 7, 14, 21 y 28 días, para conocer la remoción de la planta en función del tiempo (Kumar et al., 2008). Los parámetros a determinar en este medio, en el efluente de cada reactor, durante la fase experimental están (González-Sandoval, 2010; Guido-Zárate, 2006; Ruiz-López, 2009): Demanda química de oxígeno soluble (DQO soluble ), potencial de hidrógeno, conductividad eléctrica, sólidos disueltos totales (SDT) y cuantificación de sulfatos (NOM-141- SEMARNAT-2003). Especie vegetal Se construirán reactores de flujo vertical superficial (Fig. 2a) de PVC de 15 cm de diámetro por 40 cm de alto, empacados con el suelo minero homogeneizado. Además, los sistemas utilizarán como especie vegetal (Fig. 2b) Typha latifolia (espadaña o tule); donde, la espadaña se considera la óptima por su buena remoción de metales (Carranza- Álvarez et al., 2008; Ruiz-López, 2009). Con la finalidad de probar el crecimiento de la planta seleccionada se aclimatará a condiciones de iluminación artificial, temperatura y alimentación en los reactores biológicos (Guido-Zárate, 2006; Ruiz-López, 2009). La alimentación dependerá del porcentaje de materia orgánica contenida en el suelo. Se analizará al final de cada TRH, en cada reactor y su repetición para cada valor de ph del agua adicionada, la acumulación de mercurio en planta (raíz y hojas). a b Fig. 2 a) Reactor de flujo vertical superficial (Anónimo, 2010); b) Espadaña o tule RESULTADOS ESPERADOS Se espera que el sistema logre una remoción alta de mercurio. Así como, evaluar la biodisponibilidad del mercurio, en un medio con ph ácido para su remoción, y la aportación de la especie vegetal utilizada. RECONOCIMIENTOS Al Posgrado en Ingeniería- UNAM por permitir la aceptación del proyecto; así como, financiar este proyecto. Al grupo académico de los Laboratorios 301, 302 y 303 de la Facultad de Química por apoyar con su conocimiento, tiempo y 190

191 brindar las instalaciones del laboratorio 301 de la Facultad de Química UNAM. Al Dr. Serrato y personal de la Delegación de Querétaro SEMARNAT y personal de la Presidencia del Municipio de Pinal de Amoles, Querétaro, por apoyar el muestreo de suelos. A la Coordinación de Estudios de Posgrado de la UNAM por la beca doctoral otorgada. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arroyo, P., Ansola, G., de Luis, E Effectiveness of a Full-Scale Constructed Wetland for the Removal of Metals from Domestic Wastewater. Water Air Soil Pollut. 210: Belmont-Bernal, F Especiación química secuencial de mercurio en suelos contaminados del Estado de Hidalgo. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Bernat, G Dirección electrónica (La minería colonial de metales preciosos) [Fecha de consulta: Enero 18, 2011]: Canudas Sandoval E (2005). Las venas de plata en la historia de México: Síntesis de historia económica siglo XIX. Utopía pp. Tabasco, México. Cañizares-Villanueva, R.O Biosorción de metales pesados mediante el uso de biomasa microbiana. Revista Latinoamericana de Microbiología. 42: Carranza-Álvarez, C., Alonso-Castro, A.J., Alfaro-De La Torre, M.C., García-De La Cruz, R.F Accumulation and distribution of heavy metals in Scirpus americanus and Typha latifolia from an artificial lagoon in San Luis Potosí, México. Water Air Soil Pollut. 188: Carpena, R.O., Bernal, M.P Claves de la fitorremediación: Fitotecnologías para la recuperación de suelos. Ecosistemas. 16(2):1-3. Cervantes, C., Espino-Saldaña, Acevedo-Aguilar, F., León-Rodríguez, I.L., Rivera-Cano, M.E., Avila-Rodríguez, M., Wróbel-Kaczmarczyk, K., Wróbel-Zasada, K., Gutiérrez-Corona, J.F., Rodríguez-Zabala, J.S., Moreno-Sánchez, R Interacciones microbianas con metales pesados. Revista Latinoamericana de Microbiología. 48(2): de Jesús-García, R Bioacumulación de mercurio en plantas silvestres de zonas mineras de México. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Ciencia. México D.F. México. de Souza, M.P., Huang, C.P.A., Chee, N., Terry, N Rhizosphere bacteria enhance the accumulation of selenium and mercury in wetland plants. Planta. 209: Gómez-Bermejo, R.J Uso de plantas silvestres para fitorremediación de sitios contaminados por cromo. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Ciencias. México D.F. México. González-Sandoval, M.R Procesos de oxidación de sulfuros en una presa de jales. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Groudeva, V.I., Groudev, S.N., Doycheva, A.S Bioremediation of waters contaminated with crude oil and heavy metals. International Journal of Mineral Processing. 62: Guido-Zárate, A Estudio de los potenciales de óxido-reducción en reactores biológicos que simulan un humedal artificial. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Herrera, C.I Dirección electrónica (Mercurio para refinar la plata mexicana en el siglo XIX). [Fecha de consulta: Marzo 14, 2011]: Jabeen, R., Ahmad, A., Iqbal, M Phytoremediation of heavy metals: Physiological and molecular mechanisms. Botanical Garden. 75: Kumar, V., Rani, A., Pathak, V., Tripathi, B.D Phytoremediation of mercury and arsenic from tropical opencast coalmine effluent through naturally occurring aquatic macrophytes. Water Air Soil Pollut. 192: Lang, M.F. (1999). Azoguería y amalgamación: Una apreciación de sus esencias químico-metarlúrgicas, sus mejoras y su valor tecnológico en el marco científico de la época colonial. LLULL. 22: Lizárraga-Mendiola, L.G Afectación de una presa de jales de sulfuros masivos a la hidrogeoquímica de los escurrimientos superficiales aledaños. Tesis profesional. UNAM, Instituto de Geofísica. México D.F. México. 191

192 López-Martínez, S., Gallegos-Martínez, M.E., Pérez-Flores, L.J., Gutiérrez-Rojas, M Mecanismos de fitorremediación de suelos contaminados con moléculas orgánicas xenobióticas. Revista Internacional de Contaminación Ambiental. 21(2): Manahan, S.E Introducción a la química ambiental. Reverté UNAM. 725 pp. México D.F, México. Navarro-García, R Estudio de los suelos contaminados por mercurio del estado de Querétaro, sus especies y ensayos de biodisponibilidad. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. DOF Norma Mexicana NMX-AA Protección al ambiente. Contaminación del suelo: Determinación de matería orgánica. Diario Oficial de la Federación. México DF. México. DOF Norma Mexicana NMX-AA-132-SCFI Muestreo de suelos para la identificación y la cuantificación de metales y metaloides, manejo de la muestra. Diario Oficial de la Federación. México DF. México. DOF Norma Mexicana NMX-AA-139-SCFI Residuos. Prueba de extracción para compuestos tóxicos (PECT). Diario Oficial de la Federación. México DF. México. DOF Norma Oficial Mexicana NOM-021-SEMARNAT Especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos: Estudios, muestreo y análisis. Diario Oficial de la Federación. México DF. México. DOF Norma Oficial Mexicana NOM-141-SEMARNAT Procedimiento para caracterizar los jales, así como las especificaciones y criterios para la caracterización y preparación del sitio, proyecto, construcción, operación y post-operación de presas de jales. Diario Oficial de la Federación. México DF. México. Olmos Espejel, J.J Estudio de los métodos de especiación química secuencial de mercurio en jales de minería. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Olmos, J., Gavilán, I., Santos, E., Yarto, M., Gavilán, A., Rosiles, R., Suárez, S Dirección electrónica (Especiación y cuantificación de mercurio en suelos contaminados con residuos de minería). [Fecha de consulta: Octubre 3, 2010]: Panizza-de León, A Evaluación de la fitoextracción de aluminio en condiciones ácidas. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Rivera-Lamprea, E., Torres, L.A Dirección electrónica (Diseño de un biofiltro a escala de banco para la biodetoxificación de mercurio (Hg) mediante la utilización del microorganismo Pseudomonas aeruginosa). [Fecha de consulta: Octubre 15, 2010]: Memorias_Complementarias_Congreso_38/archivos/trabajos/t5.pdf Romero, S.E., Marrugo, J.L., Arias, J.E., Hadad, H., Maine, M.A Hg, Cu, Pb, Cd, and Zn Accumulation in Macrophytes Growing in Tropical Wetlands. Water Air Soil Pollut. DOI /s Ruiz-López, V Remoción de cadmio y zinc de aguas residuales de una industria minera mediante reactores biológicos que simulan un humedal artificial. Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Sánchez, G.J De minería, metalúrgica y comercio de metales. Universidad de Salamanca. 789 pp. Salamanca, España. Sas-Nowosielska, A., Galimska-Stypa, R., Kucharski, R., Zienlonka, U., Malkowski, R., Gray, L Remedation aspect of microbial changes of plant rhizosphere in mercury contaminated soil. Environ Monit Assess. 137: SEMARNAT Informe de la situación del medio ambiente en México: Compendio de Estadísticas Ambientales. SEMARNAT. 380 pp. México D.F., México. Servicio Geológico Mexicano Dirección electrónica (Panorama minero del estado de Querétaro). [Fecha de consulta: Diciembre 11, 2010]: Sierra-Villagrana, R Fitorremediación de un suelo contaminado por plomo por actividad industrial. Tesis profesional. Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Coahuila. México. Volke, T., Velasco, J.A., de la Rosa D.A Suelos contaminados por metales y metaloides: muestreo y alternativas para su remediación. INE SEMARNAT. 141 pp. México D.F., México. Wenzel, W Rhizosphere processes and management in plant-assisted bioremediation (phytoremediation) of soils. Plant Soil. 321: Yarto, M., Gavilán, A., Castro, J La contaminación por mercurio en México. Gaceta ecológica INE 72:

193 A-C TL-010 ESPECIACIÓN QUÍMICA DE LIXIVIADOS ÁCIDOS DE JALES EN PRUEBAS DE LABORATORIO CHEMICAL SPECIATION OF ACID LEACHATE FROM TAILINGS IN LABORATORY TESTS Lucía SarahíLópez-Alfaro * Pas. de Ingeniería Química. Laboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental, Facultad de Química, UNAM Demetrio Hernández-Zamora Pas. de Ingeniería Química. Laboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental, Facultad de Química, UNAM María del Refugio González-Sandoval Dra. en I.Q. LIQAyQA, Facultad de Química, UNAM Jorge Luis De Jesús-Mosco I.Q. LIQAyQA, Facultad de Química, UNAM María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Dra. en Ing. LIQAyQA, Facultad de Química, UNAM * Paseo de la Investigación Científica s/n, Ciudad Universitaria, Coyoacán, México, D.F. México. Tel.:+552(55) a 02 Fax: +52(55) RESUMEN Debido a su proceso de producción, las minas generan grandes cantidades de pirita (disulfuro de hierro), en forma de arenas muy finas conocidas como jales los cuales producen drenajes ácidos con metales pesados, a causa de las reacciones naturales de oxidación y su posterior lixiviación con el agua de lluvia. Para evaluar los cambios fisicoquímicos en jales sometidos a condiciones variables de intemperización se montaron celdas de humedad. El objetivo particular de esta investigación es determinar la especiación química de los metales a partir de las concentraciones de los mismos y parámetros experimentales de evaluación como concentración de sulfatos, valor de ph y temperatura, utilizando como herramienta el paquete de cómputo para cálculos geoquímicos conocido como PHREEQC. Como resultado del seguimiento de algunas variables de control realizado en los lixiviados se llegó a una composición mineral aproximada de éstos, específicamente para las especies de As, Cd, Fe y Zn. Se obtuvo que los metales con comportamiento redox presentaron mayor variabilidad en la concentración de sus especies; mientras que el Cd y Zn que tienen un solo número de oxidación mostraron el mismo comportamiento para todo el intervalo de valores de ph obtenido, sobresaliendo los iones libres y especies sulfatadas. Esta especiación a partir de datos obtenidos en laboratorio indicará las principales características de los lixiviados que pueden presentarse en campo, en caso de que no se logre evitar o prevenir la oxidación de los jales ilustrando el daño potencial al ambiente. 193

194 ABSTRACT The mines, due to their production process, generate large amounts of pyrite, (iron sulphide), in form of fine sand known as jales that generate acid mine drainages with heavy metal content due to its natural oxidation and subsequent leaching with water rain. To evaluate the physicochemical changes in tailings subjected to a multiple conditions of weathering, humidity cells where mounted. The particular purpose in this research is to determinate the chemical speciation of metals from their concentrations and experimental parameters of evaluation as sulfates concentration, ph value and temperature, using the software package known as PHREEQC for geochemical calculations as an auxiliary tool. Resulting from monitoring carried out, of some control variables in the leachates was reached their metal content, specifically for the species of As, Cd, Fe and Zn. It was found that the metals with redox behavior showed greater variability in the concentration of their species, while the Cd and Zn that have only one oxidation number showed the same behavior for the entire ph range obtained mostly the free ions and sulfated species. This metallic speciation, reached from laboratory results, indicates main characteristics that may found in the field if is not able to avoid or prevent tailings oxidation, showing the potential environment damage. Palabras clave: Celdas de humedad, drenajes ácidos de mina (DAM), especiación química, jales Key Words: Humidity cells, acid drainages from mine (ADM), chemical speciation, tailings INTRODUCCIÓN Uno de los problemas más serios que enfrenta la industria minera a nivel mundial es el provocado por la explotación de menas que tienen un alto contenido de sulfuro ferroso, FeS 2, conocido como pirita. Esta pirita no tiene un valor comercial para la mina y se dispone de ellos en una presa de jales. Los residuos del proceso de flotación por el que se concentran los minerales de interés comercial, se conocen como jales y su composición incluye metales potencialmente tóxicos, los jales representan entre el 95 y 98 por ciento del material procesado. Su oxidación ocurre lentamente y de manera espontánea en presencia de oxígeno y agua, produciendo ácido sulfúrico y sulfato férrico provocando la solubilización de minerales y por lo tanto, liberación de cationes, los cuales pueden lixiviarse y llegar a los cuerpos de agua provocando reducción del valor de ph y concentración de estos metales causando contaminación de los cuerpos de agua. A este tipo de contaminación se le conoce como lixiviado o drenaje ácido de mina (DAM) (Audry y col., 2005). El sulfuro de mayor importancia en la generación de drenajes ácidos de mina es el sulfuro ferroso, FeS 2, conocido como pirita, ya que éste puede descomponerse en ácido sulfúrico y sulfato férrico. Las reacciones que implican la oxidación de los minerales de sulfuros de hierro se resumen en la reacción (1) a valores de ph menores a 6.4 (Mendoza-Amézquita y col., 2006): FeS 2 (s)+15/2o 2 +7/2H 2 O Fe(OH) 3 (s)+4h + +2SO 4 2- (1) En la caracterización de los jales y otros residuos minerales y la predicción de la generación de DAM se utilizan pruebas cinéticas conocidas como pruebas en celdas de humedad En ellas, una cantidad determinada de los residuos se someten a condiciones de intemperización controlada de aireación y humidificación periódicas seguidas de un proceso de lixiviación con un volumen determinado de agua desionizada a fin de determinar en el lixiviado algunos parámetros de control como el valor de ph, conductividad eléctrica, potencial redox, concentración de sulfatos y metales para así realizar predicciones sobre la calidad del DAM que puede generarse. Este tipo de prueba permite contar con información para plantear estrategias sobre el manejo de los residuos a fin de prevenir o mitigar el DAM (ASTM, 2000). 194

195 Por estudios anteriores con celdas de humedad se determinó que las condiciones de operación que más aceleran la oxidación del material son aquellas donde se tiene inicialmente poca humedad y posteriormente intensas precipitaciones (González-Sandoval, 2006). También durante estos estudios se observó un comportamiento fluctuante de ph en los lixiviados a lo largo de los ciclos cuya causa no ha sido claramente determinada. MATERIALES Y METODOLOGÍA Pruebas en celdas de humedad La generación de lixiviados ácidos en las pruebas de laboratorio con las celdas de humedad se lleva a cabo de acuerdo a la siguiente metodología de operación (González-Sandoval y col., 2009): Se fija para cada celda un periodo de extracción de lixiviados, un flujo de aire, un periodo húmedo y la proporción de agua con que cada celda será regada durante el periodo húmedo y de acuerdo a estos parámetros se identifican las celdas correspondientes. Una vez terminado el ciclo de periodo seco y periodo húmedo, se incorporan a la celda de humedad mil mililitros de agua para generar el lixiviado y se deja en contacto con los jales durante una hora para después drenar el lixiviado generado, para su análisis. En el lixiviado obtenido se miden los siguientes parámetros: valor de ph, conductividad eléctrica, temperatura, potencial redox, concentración de sulfatos y concentración de metales, tal como As, Cd, Fe y Zn que se utilizarán para la especiación química de los mismos. Cuantificación de la concentración de sulfatos en lixiviados La concentración de sulfatos se determinó por turbidimetría con base en el método de la Agencia de Protección al Ambiente EPA 9038 Sulfate (turbidimetric) SW-846, (EPA, 1986) con un espectrofotómetro Milton Roy Spectronic 21D (Figuras 1 y 2). El principio de este método consiste en que el ión sulfato (SO 4-2 ) precipita, en un medio ácido al reaccionar con el cloruro de bario (BaCl 2 ), formando cristales de sulfato de bario (BaSO 4 ) (Ecuación 2): BaCl 2 +NaSO 4 BaSO4(p)+2NaCl (2) Figura1. Muestras de lixiviados ácidos Figura 2. Espectrofotómetro utilizado Estabilización y disposición final de los residuos El tratamiento de los residuos generados en la prueba de determinación de sulfatos se realizó tomando en cuenta que en ellos hay una cantidad importante de bario disuelto proveniente del cloruro de bario utilizado para precipitar sulfato de bario, material orgánico debido a la glicerina y alcohol empleado en la preparación de los reactivos para la evaluación. Además de un valor de ph (2.0) que indica alta acidez. De estos contaminantes en los residuos, se dio mayor enfoque a la estabilización del bario, ya que es un material tóxico y no se estabiliza con los procesos convencionales con que cuenta la planta de tratamiento de aguas de la UNAM. 195

196 Para estabilizar los residuos que contienen bario se procedió de la siguiente manera: 1.- Precipitación del bario como sulfato de bario; 2.-Sedimentación del precipitado formado; 3.-Separación del sobrenadante; 4.-Ajuste del valor de ph; 5.-Floculación-coagulación del sobrenadante; 6.-Filtrado; 7.-Neutralización. Determinación de la especiación de metales e índices de saturación mineral utilizando el programa PHREEQC El paquete computacional de cálculos geoquímicos PHREEQC (ph REdox EQuilibrium in the C programming language) ofrece varias herramientas para tratar soluciones no ideales y electrolíticas utilizando expresiones de Debye- Hückel. Es un programa sencillo de usar por medio de palabras clave que a su vez son comandos que cuentan con bases de datos. Como hoja de salida se obtienen las posibles especies químicas en esta solución de acuerdo a sus condiciones, así como sus índices de saturación que nos indicarán si estas especies se encuentran en equilibrio químico, disueltas o como precipitados. El análisis de estos datos proporciona la especiación química de los metales presentes en los lixiviados que a su vez aporta una visión del riesgo al que se encuentra expuesto el ambiente si no se puede controlar la generación de drenajes ácidos de mina. Tales riesgos pueden incluir variaciones del valor de ph, aumento en la concentración de metales potencialmente tóxicos y presencia de algunos minerales en los cuerpos de agua con los que se mezclen los lixiviados Este trabajo se enfoca ala especiación de los metales AS y Cd por su alta toxicidad y a Fe y Zn por ser los metales que forman los sulfuros mayoritarios que se encuentran en la mina de la empresa cooperante (ubicada en Zacazonapan, Edo, de México, México). La escala de toxicidad del arsénico es la siguiente: arsina (AsH3)>As 3+ inorgánico>as 3+ orgánico>as 5+ inorgánico>as orgánico>compuestos arsenicales>arsénico elemental. La toxicidad del As 3+ es 10 veces mayor que la del As 5+ y la dosis letal para adultos es de 1-4 mg As/kg (ATSDR,2000). El cadmio se considera uno de los mayores agentes tóxicos ya que reúne cuatro de las características peligrosas de un tóxico: a) presenta efectos adversos para el hombre y medio ambiente, b) es bioacumulable, c) es persistente en el medio ambiente y d) viaja grandes distancias con el viento y en los cursos de agua (Ruiz-López, 2009). RESULTADOS Determinación de la especiación de metales utilizando el programa PHREEQC As Para todo el intervalo de ph en el que se encuentran las muestras, el arsénico presenta una abundancia dominante en su forma As (V) con más del 80% particularmente en la especie H 2 AsO - 4. Sin embargo, la cantidad de las diferentes especies cambia conforme el valor de ph aumenta: Para ph 2, el As (V) abarca casi la totalidad de la presencia de As con un 98%, el H 3 AsO 3 es la única especie representativa del As (III) con solo 2% del total. En las muestras con un valor de ph entre 3.00 y 3.99, las especies dominantes siguen siendo las mismas, pero su abundancia relativa ha cambiado drásticamente, con un 92% de H 2 AsO 4 -, y sólo un 3% de H 3 AsO 4, aumentando en cantidad el H 3 AsO 3 a 5%. En el intervalo de 4.00 a 4.99, las especies del As 5+ siguen dominando pero sólo en un 86%, la especie H 3 AsO 4 ha disminuido de tal manera que ya no es representativa; el H 3 AsO 3 es ahora un 14% del total. Las muestras con un ph de 5 o ligeramente superior, tienen un comportamiento muy similar al mostrado en el intervalo anterior: 85% de H 2 AsO 4 -, 11% de H 3 AsO 3 y 4% de HAsO 4 2 (Figura 3a, b, c, d). 196

197 Cd El comportamiento de las especies del cadmio es igual para todo el intervalo de ph; siendo el cadmio como ión libre el 2- más abundante y un par de especies sulfatadas: CdSO4 y Cd(SO4) 2 (Figura 4). Fe En todo el intervalo de ph, el hierro en su forma Fe(II) representa prácticamente la totalidad del Fe presente en los lixiviados; por lo que las especies formadas con Fe(III) se encuentran en cantidades no significativas del total. No obstante se hace un reporte de las especies del Fe(II) y Fe(III) por separado para ilustrar la gama de especies formadas. En el caso de Fe(II) se encuentra mayoritariamente como ión libre (Fe 2+ ) en todas las muestras, en un 68 %, seguido de FeSO 4 con 32%(Figura 5). Para las especies de Fe (III), se presentaron cambios significativos en la concentración de las especies a los diferentes valores de ph: Figuras 3a, b, c, d. Diagrama de especiación para As a cuatro diferentes valores de ph Figura 4. Diagrama de especiación para Cd 197

198 198

199 A valor de ph de 2, se tiene la siguiente distribución: FeSO4 + 61%, Fe(OH) %, Fe(SO4) 2-7%, FeOH 2+ 10% y Fe 3+ 5% (Figura 4a). Con valores de ph entre 3.00 y 3.99, las especies FeSO 4 + y Fe(OH) 2 + invirtieron sus proporciones con respeto al intervalo anterior, teniendo ahora 22% y 64% respectivamente. El resto de las especies disminuyen un poco su porcentaje en abundancia (Figura 4b). Para un intervalo de valores de ph entre 4.00 y 5.99, todas las especies del Fe(III) tienen muy baja concentración de tal manera que la totalidad de esta forma se encuentra como Fe(OH) 2 + y una mínima parte (1%) como FeOH 2+ en 1% (Figura 4c). Figuras 4a, b. Diagramas de especiación para Fe(II) con valores de ph de 2 Figuras 4c, d. Diagramas de especiación para Fe(III) con valores de ph de 3 y 4 Zn Se encuentra en mayor cantidad como ión libre en un 64% para un intervalo de ph de 2.00 a 3.99 y 61% para un intervalo de 4.00 a Le siguen dos especies sulfatadas: ZnSO 4 en 32% y 34% de acuerdo al intervalo de ph y Zn(SO4) 2-2 en un 4 y 5% (Figura 5). El zinc tiene un comportamiento similar al del cadmio, lo cual es explicable puesto que se encuentran en la misma familia en la tabla periódica y por lo tanto ambos tienen el mismo y único número de oxidación: 2 +. CONCLUSIONES PRELIMINARES Se observó que los metales As y Fe que tienen comportamiento redox, es decir con un par de números de oxidación, presentaron mayor variabilidad en la proporción de especies, la cual tiene relación significativa con el valor de ph, ambos resultados del proceso de oxidación. 199

200 Por el contrario los metales Cd y Zn que tienen un solo número de oxidación muestran una composición homogénea de sus especies para todo el intervalo de ph, de hecho, tienen tendencia a complejarse con los mismos aniones sulfatados y en proporciones semejantes. Esto se explica porque se encuentran en la misma familia y comportamiento químico. REFENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASTRE Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades. Reseña Toxicológica del arsénico. Departamento de Salud y Servicio Humanos de los EEUU, Servicio de Salud Pública. Atlanta, Georgia, EEUU. Figura 5.Diagrama de especiación del Zn ASTM American Society for Testing and Materials., ASTM Designation: D Standard Test Method for Accelerated Weathering of Solid Materials Using a Modified Humidity Cell, ASTM, West Conshohocken, PA, EEUU. En Mills, C Kinetic Test Work Procedures. Dirección: envirmine/ ard/kinetic%20tests/kinetic%20procedures.htm#astm% ASTM Standard test method for accelerated weathering of solid material usinga modified humidity cell. Designation:D Annual book of ASTM Standards. Vol Enviromental assessment, hazardous substances and oil spill respones; waste management. Section II Water and Enviromental Technology. Washington, DC, EEUU. Audry, S., Blanc, G., Schäfer, J The impact of sulphide oxidation on dissolved metal (Cd, Zn, Cu, Cr, Co, Ni, U) inputs into the Lot Garonne fluvial system (France). Applied Geochemistry. 20: EPA Method Sulfate (turbidimetric). Revision 0. Enviromental Protection Agency, EEUU. Vol. SW-846 Ch 5:9038(1-6). González-Sandoval, M.R Generación de lixiviados ácidos de jales ricos en pirita. Tesis de maestría en Ingeniería ambiental (Sustancias y residuos peligrosos). Universidad Nacional Autónoma de México, PM y DI. México D.F., México. González-Sandoval. M. R., Lizárraga-Mendiola, L., Sánchez-Tovar, S. A., Durán-Domínguez-de-Bazúa, M. C. (2009). Humidity Cell Tests: Effect of Air Flow and Cycle Duration in the Quality of Leachates. Proceedings of 2009 Securing the Future and 8 th ICARD. 200

201 González-Sandoval, M. R Procesos de oxidación de sulfuros en una presa de jales. Tesis de Doctorado en Ingeniería (Ingeniería Química, Procesos). Universidad Nacional Autónoma de México. México D.F., México. INE Fuentes de contaminación en México. Instituto Nacional de Ecología. Dirección: Mendoza-Amézquita E., Armienta-Hernandez, M. A. Ayora, C., Soler A., Ramos-Ramirez E Potencial lixiviación de elementos traza en jales de las minas La Asunción y Las Torres en el Distrito Minero de Guanajuato, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas. 23(1): Ruiz-López, V Remoción de cadmio y zinc de aguas residuales de una industria minera mediante reactores biológicos que simulan un humedal artificial. Tesis de Maestría (Maestría en Ingeniería Ambiental) Universidad Nacional Autónoma de México. México D. F., México. 201

202 A-C TL-11 HUMEDALES ARTIFICIALES: LA CIENCIA APLICADA A LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES CON MÉTODOS BASADOS EN LA NATURALEZA ARTIFICIAL WETLANDS: SCIENCE APPLIED TO WASTEWATER TREATMENT USING NATURE S METHODS Miguel Ángel Orduña-Bustamante* Ingeniero agrónomo, maestro en Ingeniería Ambiental por la UNAM Candidato a Doctor en Ingeniería por la UNAM José Alberto Escalante-Estrada Colegio de Posgraduados, Montecillo, Estado de México, México Mabel Vaca-Mier Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco, México María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa UNAM, Facultad de Química *UNAM, Facultad de Química / UNAM, Faculty of Chemistry Tels al 04. RESUMEN El agua es el elemento vital de nuestro planeta. En la naturaleza, unos seres vivos la usan y otros la limpian. Por ello, la mayor parte de los científicos estudian a la naturaleza para, aprendiendo de ella, limpiar el agua que los seres humanos usamos, para regresarla a su estado original. Se estableció un experimento de laboratorio para evaluar el efecto de diferentes balances de la nutrición vegetal, sobre la eficiencia de humedales construidos en la remoción de carga orgánica carbonosa y de nitrógeno inorgánico, utilizando la especie vegetal Phragmites australis, los mexicanos carrizos. Seis cilindros de plástico empacados con grava de tezontle se manejaron como biorreactores durante 584 días para evaluar su eficiencia en la remoción de contaminantes, carbono orgánico disuelto y nitrógeno inorgánico, en un sistema modelo de humedales construidos para el tratamiento de agua residual sintética (ARS) con concentraciones de contaminación orgánica y nitrógeno semejantes a la encontradas en un agua residual municipal promedio. Se midieron la demanda química de oxígeno (DQO) y nitrógeno amoniacal, nitratos y nitritos en el influente y efluente. Se estimaron balances de materia para carbono disuelto y para nitrógeno inorgánico (suma de amonio, nitrato y nitrito). Un balance equitativo de nutrientes nitrógeno y potasio resultó en un mayor crecimiento vegetal y aumentó la eficiencia del sistema para la eliminación de carbono disuelto. El nitrógeno alimentado en forma amoniacal fue eliminado de la corriente de agua residual sintética durante las dos primeras etapas experimentales (428 días de operación), pero la eficiencia disminuyó hacia el final de la tercera etapa experimental (584 días de operación). 202

203 ABSTRACT Lab scale experiment was performed for the evaluation of different plant nutrition formulae, over efficiency of organic carbon and inorganic nitrogen loads, with the plant species Phragmites australis. Six plastic columns were packed with volcanic slag and fed with synthetic wastewater prepared with two levels of organic carbon load, given by combination of sucrose concentration and hydraulic residence time (HRT), and two levels of inorganic nitrogen load, given by ammonium sulfate concentration and HRT. Six plastic cylinders were packed with volcanic slag and were managed as bioreactors during 584 days as constructed wetlands for synthetic wastewater treatment. Removal efficiencies of dissolved organic carbon and inorganic nitrogen contaminants were evaluated. Synthetic wastewater with organic and nitrogen contaminants levels similar to those found in municipal wastewater. Chemical oxygen demand (COD) and ammonium, nitrite and nitrate were measured in influent and effluent samples. Matter balances for dissolved organic carbon and inorganic nitrogen (sum of ammonium, nitrite and nitrate) were estimated. With equilibrated balances of nitrogen and potassium a higher biomass plant yield was obtained and also an increased efficiency for removal of organic carbon was achieved. The higher efficiency for nitrogen removal was obtained at the beginning of the experiment, until 259 days of bioreactors operation, but diminished gradually until the last experimental time. Palabras clave: Humedales artificiales o construidos, aguas residuales, naturaleza, agua residual sintética, remoción de nitrógeno, remoción de materia carbonosa Key Words: Artificial and constructed wetlands, wastewater treatment, Nature, synthetic residual water, nitrogen removal, carbon matter removal INTRODUCCIÓN Esta investigación se enfoca en el estudio del tratamiento de agua residual, enfocado en los contaminantes presentes en el agua residual doméstica. Se entiende por agua residual aquella que originalmente fue abastecida a la población a través de la red de suministro de agua potable y que fue utilizada en las actividades domésticas, como la higiene personal y el desalojo de los desechos fisiológicos y finalmente es despachada al sistema de drenaje urbano municipal, habiendo perdido las características de calidad que originalmente tenía (en cumplimiento con la NOM-127-SSA1-1994). Es importante el tratamiento de las aguas residuales municipales debido al impacto negativo que los contaminantes que contiene pueden generar sobre la salud humana y el equilibrio de los ecosistemas naturales, si se le descarga de manera inapropiada hacia cuerpos de agua, naturales o artificiales, donde amenace la salud de la población expuesta o ponga en contacto a las poblaciones de los ecosistemas naturales con sustancias que alteren su equilibrio natural. La búsqueda de alternativas de tratamiento ha generado el desarrollo de tecnologías más eficientes en la eliminación de los contaminantes que contiene pero obteniendo al mismo tiempo, una mejor relación entre el beneficio obtenido y el costo del tratamiento. Entre los componentes peligrosos que contienen las aguas residuales municipales se encuentran los microorganismos patógenos para el ser humano, los nutrientes que generan la eutrofización de los lagos y lagunas (nitrógeno y potasio), el carbono orgánico, los agentes químicos tóxicos y los metales pesados. El sistema de tratamiento utilizado como objeto de este estudio tiene también un componente que lo hace compatible con el concepto de desarrollo sustentable, al depender en menor medida de un suministro externo de energía para mantener las condiciones apropiadas para el crecimiento de los microorganismos que realizan la degradación de los contaminantes, ya que se hace uso de especies vegetales adaptadas a la vida acuática que se encargan de proporcionar dichas condiciones, aportando oxígeno generado por la fotosíntesis y transportado por los tejidos de aerénquima hacia la zona de la rizosfera. También realizan un control eficiente del ph, liberan compuestos orgánicos que aportan nutrientes para la microfauna al tiempo que actúan como sitios de intercambio que aumentan la capacidad del lecho para acumular y procesar contaminantes, antes de que abandonen el sistema de tratamiento. Con un diseño adecuado, estos sistemas pueden generar un producto que cumpla con los requerimientos de calidad para agua residual tratada que impone la legislación mexicana (NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM-002-SEMARNAT-1996 y NOM-003-SEMARNAT-1997). Los criterios de diseño para humedales construidos destinados al tratamiento de agua residual municipal se comenzaron a estudiar al detectar que los humedales naturales que recibían descargas de agua residual, tenían la capacidad de 203

204 procesar (degradar) y en algunos casos de retener (por adsorción y retención de materia particulada, por ejemplo) los contaminantes contenidos en estas descargas. Al evaluar el impacto ambiental, algunos de los países que cuentan con este tipo de ecosistemas han generado información, describiendo y cuantificando los procesos que generan esta capacidad de depuración de los contaminantes contenidos en las aguas residuales descargadas, tanto de origen municipal como industrial. Como ejemplos se tienen estudios realizados en los Everglades de Florida y Georgia, Estados Unidos, los países bajos, Holanda y Bélgica, los países nórdicos, Noruega, Finlandia y Suecia, también generan información que se encuentra reportada en numerosos artículos publicados en revistas científicas. REVISIÓN DE LITERATURA Los contaminantes de interés por sus efectos adversos sobre los ecosistemas y sobre la salud humana contenidos en las aguas residuales domésticas son los compuestos orgánicos carbonosos y los nutrientes, nitrógeno y fósforo, que entran en solución tras la mineralización de la materia orgánica. Los contaminantes carbonosos generan una demanda de oxígeno disuelto en los cuerpos de agua donde se descargan generando estrés sobre las poblaciones de animales acuáticos, en una primera instancia, pero amenazando su existencia si las malas condiciones persisten o se empeoran. Hemond y Fetchner, 1996, mencionan que concentraciones menores de 6mgO 2 L -1 ocasionan la muerte de la mayoría de las especies de peces. Por otro lado, Paredes et al. 2007, mencionan que la presencia de amoniaco (NH 3 ) en concentraciones de 0.2mgNH 3 L -1 es tóxico para la mayoría de las especies animales acuáticas, concentración que se puede alcanzar más o menos rápido, sobre todo si el cuerpo receptor tiene poco volumen de almacenamiento o si las condiciones de ph son desfavorables. El incremento de las concentraciones de los macronutrientes vegetales, nitrógeno, fósforo, potasio y magnesio, en cuerpos de agua naturales, ocasiona un crecimiento excesivo generando un aumento de la velocidad de acumulación de sedimentos e incrementando la tasa de consumo de oxígeno disuelto, fenómeno conocido como eutrofización. Este fenómeno acelera la velocidad de envejecimiento de los lagos y lagunas, al mismo tiempo que amenaza la integridad del ecosistema a mediano y largo plazo. Los humedales artificiales (constructed wetlands, como se les conoce en inglés) son sistemas de tratamiento de agua residual conformados por canales o estanques de no más de 1m de profundidad, en los cuales se plantan especies vegetales acuáticas sobre un soporte inerte y en los que se favorece a los procesos biológicos y microbiológicos naturales, así como procesos físicos y químicos que contribuyen al tratamiento del agua residual. La mayoría de estos sistemas cuentan con películas o capas de materiales impermeables diseñados para controlar la difusión de agua a tratar al subsuelo circundante. En su diseño se controlan la dirección del flujo, el tiempo de residencia del agua y el nivel de la misma en el sistema. Dependiendo del manejo, especies vegetales y otros factores puede o no contener un lecho de material poroso, ya sea roca, grava o arena o combinaciones de ellas (EPA, 2000). Toet et al. (2005) mencionan que los sistemas de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales municipales son de interés por su relativamente bajo costo de operación al no requerir de la inversión de energía para la aireación que utilizan los sistemas de lodos activados, ampliamente difundidos en el mundo. Además, pueden hacerse visualmente atractivos y actúan como refugios para la vida silvestre (insectos, arácnidos, anfibios, reptiles, aves y peces, principalmente), lo que resulta de gran interés para su promoción comercial. Por otro lado, tienen cierta desventaja por la mayor superficie requerida, situación que puede revertirse si se utilizan como áreas para actividades lúdicas ya que no representan mayores riegos para su observación por el público usuario. Los humedales artificiales también resultan ser un sistema de interés para el tratamiento ulterior de las aguas residuales, para hacer un pulimiento del efluente, de manera que puede ser el último eslabón de un sistema de tratamiento en serie que no demanda un tratamiento previo muy exigente. Los parámetros de diseño son diferentes de acuerdo al tipo de nutriente que se desea remover en modelos a escala de laboratorio. Algunos de estos resultados muestran la elevada capacidad de remoción de nitrógeno y fósforo que pueden alcanzar las especies vegetales que se introducen en un sistema de este tipo. Por ejemplo, el trabajo de Kemp y George (1997), muestra que el tiempo de residencia hidráulico tiene un efecto significativo en la remoción de amonio aumentando de 52% con TRH de 1.7 días a 71.4% con TRH de 4.3 días. 204

205 Los potenciales redox menores de -100mV indican la actividad de bacterias reductoras de sulfatos y fermentación de sustancias orgánicas, mientras que la desnitrificación se presenta con valores redox menores de +400mV. Dusek et al., (2008) encontraron que el potencial redox puede cambiar muy rápidamente (en un lapso de dos horas) desde valores francamente anaerobios (-200mV) hasta valores de condiciones anóxicas u óxicas (+500mV) y viceversa. Estas fluctuaciones tan rápidas fueron atribuidas principalmente a la acción de la planta, por los exudados orgánicos emitidos por las raíces y por su capacidad para transportar oxígeno al suelo a través del tejido de aerénquima. El trabajo de Hubbard et al. (2004), muestra que la vegetación en una laguna de tratamiento es capaz de remover los nutrientes de mayor importancia ecológica, por lo que a eutrofización se refiere, aunque no menciona la eficiencia de remoción de carga orgánica. La relación de remoción de nutrientes para tules (Typha latifolia) fue de 1:0.15:1.05 (N:P:K), mientras que para una planta acuática de la famila Panicum sp. fue de 1:0.15:0.69. Estos valores fueron calculados con base en los análisis foliares de los tejidos cosechados. Si se comparan con los obtenidos para un análisis foliar de maíz (Bidwel, 1979), de donde obtiene una relación 1:0.14:0.63, puede verse que la extracción de nutrientes de la planta de maíz se asemeja mucho con la de esta hidrofita Panicum, lo que es de esperarse al ser ambos miembros de las gramíneas. La diferencia que ellos encontraron puede deberse a los distintos hábitos de crecimiento para ambas especies, mientras que Typha posee un amplio sistema de tallos subacuáticos o rizomas pero no tallos aéreos, Panicum cuenta además con un amplio sistema de rizomas pero este sistema se extiende hacia la parte aérea, de manera que los tejidos del tallo comprenden un porcentaje mayor de la biomasa cosechada. En cuanto a aplicaciones de los humedales artificiales a casos particulares se pueden mencionar los siguientes tres casos: El primero es el trabajo reportado por Huddleston et al. (2000), quienes trataron el efluente de un tratamiento terciario de una refinería de petróleo en un humedal artificial obteniendo una remoción de carga orgánica (medida como DBO 5 ) del 80% y una remoción del nitrógeno amoniacal del 95%, con tiempo de residencia hidráulico de 48h. El segundo reporte proviene de Mantovi et al. (2003), quienes utilizaron un humedal artificial de flujo subsuperficial (75m 2 ) con la macrofita Phragmites sp., para el tratamiento de un efluente combinado de un establo lechero y drenaje sanitario doméstico, la remoción de sólidos suspendidos totales y carga orgánica (medida como DQO) fueron superiores al 90%, la remoción de nitrógeno fue de 50% y la de fósforo de 60%, los coliformes totales y Escherichia coli fueron eliminados en 99% y los estreptococos fecales en 98%. Ellos concluyen que la calidad del efluente tratado en ese sistema arroja valores aceptables de calidad para su descarga en cuerpos de agua superficiales, de acuerdo con los estándares italianos al respecto. En el tercer caso, se tiene el trabajo de Poach et al. (2004), quienes evaluaron un sistema de humedales conocido como Humedal-Laguna-Humedal (marsh-pond-marsh) para el tratamiento del efluente de una granja porcina, obteniendo remociones máximas durante el verano de 35 a 50% para sólidos suspendidos totales, 30 a 35% para la carga orgánica (medida como DQO), 37 a 51% para nitrógeno total y 13 a 26% para fósforo total. El nitrato y los fosfatos son formas químicas altamente solubles en agua y por sus cargas iónicas negativas tienen una alta movilidad en suelos húmedos o inundados, cuando no existen condiciones que los hagan precipitar o impidan los procesos de desnitrificación biológica. Otra especie química importante es el amonio debido a su toxicidad para microorganismos, plantas y macrofauna cuando está presente en alta concentración. También es importante la demanda de oxígeno generada por la oxidación biológica del amonio por bacterias del género Nitrosomonas que toman su energía a partir de la oxidación del nitrógeno (NH :5O 2 + 2HCO 3 - NO CO 2 + 3H 2 O), y consume CO 2 como fuente de carbono y O 2 como aceptor final de electrones. El amonio en el suelo tiene poca movilidad debido a su carga iónica positiva (Orduña et al. 2002), pero debido a su gran solubilidad, su concentración dentro de un cuerpo de agua puede incrementarse tanto como los flujos de entrada y salida impongan. La oxidación del amonio genera nitrito (NO 2 - ), un intermediario en su completa oxidación a nitrato (NO 3 - ). El segundo paso de oxidación lo realizan bacterias del género Nitrobacter, también autótrofas, consumen CO 2, aerobias, consumen O 2 y obtienen su energía de la oxidación del nitrógeno (Brock y Madigan, 1993). El nitrógeno presente en el agua residual municipal provienen principalmente de grandes biomoléculas como proteínas, bases nitrogenadas y azúcares aminados, así como de fuentes inorgánicas, como desinfectantes domésticos de tipo amoniacal. 205

206 MATERIALES Y MÉTODOS EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Se construyeron cuatro reactores como modelo de humedales artificiales de flujo vertical descendente para el tratamiento de agua residual (sintética), como se muestra en la Figura 1. Las unidades están hechas con tubo de plástico de 15.25cm de diámetro interno (6 de diámetro nominal) y 40cm de altura. La columna está sellada por la parte inferior y abierta por la parte superior. Se colocaron tres puertos de muestreo de efluente localizados en un costado a 5, 20 y 35cm de profundidad. Las columnas están empacadas con grava de tezontle (escoria volcánica) de 0.5cm de diámetro (con una porosidad de 54%). Figura 1. Configuración de los reactores: 1) Depósito del influente; 2) Bomba dosificadora; 3) Línea de alimentación; 4) Reactor empacado; 5) Puertos de muestreo para efluente; 6) Puerto de muestreo para electrodos; 7) Línea de drenaje (mantiene el nivel de agua dentro del reactor por efecto sifón) Seis biorreactores se operaron durante un tiempo total de 584 días, de marzo de 2009 a noviembre de 2010, bajo dos tiempos de residencia hidráulica (4 y 8 días) y dos diferentes concentraciones de sacarosa (Figura 2). Se realizaron variaciones en estas dos condiciones de operación hasta obtener un comportamiento estable, en el que tanto la vegetación como las poblaciones microbianas pudieran sobrevivir. La primera carga orgánica aplicada fue de 12.17gO 2 m -2 d -1 (DQO teórica de 480mgO 2 L -1 y TRH de 8 días) que se aplicó durante 259 días. La segunda carga orgánica aplicada fue de 2.03gO 2 L -1 (DQO teórica de 80mgO 2 L -1 y TRH de 8 días) durante un periodo de 169 días. En la última etapa experimental se aplicó una carga orgánica de 12.17gO 2 L -1 (DQO teórica de 240mgO 2 L -1 y TRH de 4 días). Cuando la carga orgánica aplicada fue mayor de 12.17gO 2 L -1, las raíces de la especie vegetal generaron un exudado fácilmente oxidable, imprimiendo una coloración gris en el efluente, compuesta de fenoles y polifenoles, generados en condiciones de estrés por las plantas. Cuando esta condición se prolongaba, las plantas comenzaban a morir. El volumen total del reactor es de 7.3L con un volumen de trabajo de 3.7L, tomando en cuenta que el nivel de agua dentro del sistema se mantiene a 2cm por debajo del borde superior del tubo. También se colocó un puerto de muestreo para electrodos que consiste en un tubo de PVC de 1.9cm (0.75 ) con perforaciones cada 0.5cm, que atraviesa verticalmente toda la columna de tezontle. En cuatro de los biorreactores se plantó la especie vegetal Phragmites australis y dos más se mantienen sin vegetación. 206

207 La solución de agua residual sintética se preparó con agua procedente de la red pública de suministro de agua potable adicionada con sulfato de amonio como fuente de nitrógeno y sulfato, fosfato monobásico de potasio como fuente de fósforo y potasio y sacarosa como fuente de carbono. Se aplicaron dos niveles de nitrógeno (10 y 40mg-NL -1 ) y dos niveles de potasio (5 y 30mg-KL -1 ). Figura 2. Área de trabajo. Izquierda: Cuatro biorreactores durante la primera etapa experimental. Derecha: Seis biorreactores durante las etapas experimentales dos y tres La iluminación necesaria para el crecimiento de la parte vegetal la proporcionó un sistema de iluminación con 14 lámparas fluorescentes marca General Electric (F15T8/D) de 15W de potencia, que se mantuvieron encendidas durante 16 horas y se apagaron por la noche durante 8 horas, mediante un temporizador. La temperatura se mantuvo en 21.85±1.31ºC. La alimentación se realizó diariamente con una bomba peristáltica que vertió el volumen diario en dos pulsos con duración de 1.5h cada uno y con 12 horas de diferencia entre uno y otro. La solución de alimentación tiene un ph de En el cálculo del balance de materia para carbono se tomaron en consideración los aspectos relacionados con el manejo de las unidades experimentales, la duración total de cada etapa (días), la carga hidráulica aplicada (m 3 m -2 d -1 ), la carga de carbono aplicada en forma de sacarosa (g-cm -2 d -1 ), la evapotranspiración (cmd -1 ), el carbono extraído por la biomasa vegetal generada (g-cm -2 d -1 ), el carbono entrante al sistema procedente de la actividad de la especie vegetal (g-cm -2 d -1 ), el carbono entrante en el sistema (la suma del carbono suministrado y el carbono liberado por la especie vegetal hacia dentro del sistema), el carbono que abandona el sistema (la suma del carbono contenido en el efluente más el carbono liberado en forma gaseosa como CO 2 y CH 4, menos el carbono acumulado). El cálculo del balance de nitrógeno consideró las condiciones de operación de los biorreactores en cada etapa experimental, la duración de la etapa experimental (días), la carga hidráulica aplicada (m 3 m -2 d -1 ), la carga de nitrógeno aplicada en el agua residual sintética (g-nm -2 d -1 ), la evapotranspiración (cmd -1 ), el nitrógeno acumulado en la biomasa vegetal generada (g-nm -2 d -1 ), el nitrógeno medido en el efluente (g-nm -2 d -1 ), una estimación del nitrógeno que sale por desnitrificación más el nitrógeno acumulado dentro de los límites del sistema (g-nm -2 d -1 ). 207

208 RESULTADOS Y DISCUSIÓN EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA En los sistemas de humedales artificiales para el tratamiento de agua residual municipal es de interés que una mayor proporción de carbono salga del sistema por medio de las corrientes gaseosas (CO 2 y CH 4 ) y por acumulación. Aunque este último proceso no es el más deseable debido a que el carbono particulado que se llega a acumular dentro del espacio poroso, hace necesario un cambio del material de empaque del lecho. La corriente de carbono disuelto en el efluente debería ser la de menor magnitud, de manera que se cumpla con la normatividad aplicable. Durante la primera etapa experimental se encontró una fracción más elevada de carbono en el efluente (47.2%). Durante la segunda etapa la fracción de carbono disuelto en el efluente de los biorreactores con planta disminuyó a 30.4% y 26.4% para el biorreactor sin planta. Durante la tercera etapa experimental se encontró la menor cantidad de carbono disuelto en el efluente (7.0%) para los biorreactores con planta, mientras que en el biorreactor sin planta la fracción de carbono que salió del sistema en el efluente fue de 11.0% (Tabla 1). Las mayores eficiencias de remoción de carbono durante la tercera etapa experimental se encontraron en los tratamientos N2K2 y N1K1, que eliminaron el 97.7 y 96.8% del carbono disuelto respectivamente, mientras que los tratamientos N2K1 y N1K2 mostraron eficiencias de remoción de carbono disuelto de 91.7 y 89.9% respectivamente. Las mayores eficiencias de los tratamientos N2K2 y N1K1 se relacionaron con el mayor rendimiento de biomasa y con un aporte equilibrado de los nutrientes nitrógeno y potasio. Tabla 1. Balance de carbono para las etapas experimentales 1, 2 y 3 También se muestran los resultados de un balance de materia para nitrógeno (Tabla 2). En este caso se observó que la eficiencia de remoción de nitrógeno disminuyó desde la primera etapa hasta finalizar la experimentación. Durante la primera etapa experimental la eficiencia en la remoción de nitrógeno fue de 95.7% para el biorreactor con planta. En la segunda etapa experimental la eficiencia de remoción de nitrógeno disminuyó a 97.8% para los biorreactores con planta y 67.6% para el biorreactor sin planta. En la tercera etapa experimental la eficiencia de remoción de nitrógeno fue de 71.8% para los biorreactores con planta y de 75.7% para el biorreactor sin planta. Las menores eficiencias de remoción de nitrógeno hacia la etapa final de experimentación se relacionaron con la saturación de los sitios de intercambio disponibles dentro del lecho poroso, que para un material con estructura cristalina como el tezontle, de naturaleza prácticamente inerte, son de por sí muy escasas. 208

209 Tabla 2. Balance de nitrógeno para las etapas experimentales 1, 2 y 3 CONCLUSIONES Un balance equitativo de nutrientes, nitrógeno y potasio, resultó en un mayor crecimiento vegetal y aumentó la eficiencia del sistema para la eliminación de carbono disuelto. El nitrógeno alimentado en forma amoniacal fue eliminado de la corriente de agua residual sintética durante las dos primeras etapas experimentales (428 días de operación), pero la eficiencia disminuyó hacia el final de la tercera etapa experimental (584 días de operación). AGRADECIMIENTOS A la Coordinación de Estudios de Posgrado de la UNAM por el otorgamiento de la beca de estudios de doctorado y al antiguo Programa de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental de la Facultad de Química de la UNAM, con el que se inició esta investigación por los recursos materiales, humanos e instalaciones facilitados para la realización de este proyecto. Al Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería de la UNAM, dentro el cual se desarrolla este proyecto. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brock, T.D., Madigan, M.T., Microbiología, 6a edición. Prentice-Hall Hispanoamericana SA, México D.F., México. Bidwel, R.G.S Fisiología vegetal. 1a edición en español. AGT Editor SA. México D.F., México. Dusek J., Picek T., Cízková H., Redox potential dynamics in a horizontal subsurface flow constructed wetland for wastewater treatment: Diel, seasonal and spatial fluctuations. Ecol. Eng. 34(2008):

210 EPA Constructed wetlands treatment of municipal watewaters. United States Environmental Protection Agency. EPA/625/R-99/010, Washington, D.C. EEUU. Hemond, H.F., Fechner, E.J., Chemical Fate and Transport in the Environment. Second edition. Academic Press, USA. Hubbard, R. K., Gascho, G. J., Newton, G. L Use of floating vegetation to remove nutrients from swine lagoon wastewater. Trans. ASAE. 47(6): Huddleston, G.M., Gillespie, W.B., Rodgers, J.H Using constructed wetlands to treat biochemical oxygen demand and ammonia associated with a refinery effluent. Ecotoxicol. Environ. Safety. 45(2): Kemp, M.C., George, D.B Subsurface flow constructed wetlands treating municipal wastewater for nitrogen transformation and removal. Water Environ. Res. 69(7): Mantovi, P., Marmiroli, M., Maestri, E., Tagliavini, S., Piccinini, S, Marmiroli, N Application of a horizontal subsurface flow constructed wetland on treatment of dairy parlor wastewater. Biores. Technol. 88(2): Orduña, B.M.A., Silva, M.A.E., Martínez, P.P., Migración de compuestos nitrogenados de lodos del tratamiento de aguas residuales aplicados en columnas de suelo. Universidad Nacional Autónoma de México, Programa de Posgrado en Ingeniería, Sección de Ingeniería Ambiental, Biblioteca Virtual de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental. Paredes, D., Kuschk, P., Mbwette, T.S.A., Stange, F., Müller, R.A., Köser, H., New aspects of microbial nitrogen transformations in the context of wastewater treatment a review. Eng. Life Sci. 7 (1), Poach, M.E., Hunt, P.G., Reddy, G.B., Stone, K.C., Johnson, M.H., Grubbs, A Swine wastewater treatment by marsh pond marsh constructed wetlands under varying nitrogen loads. Ecol. Eng. 23(3): Toet, S., Bouwman, M., Cevaal, A., Verhoeven, J.T Nutrient removal through autumn harvest of Phragmites australis and Thypha latifolia shoots in relation to nutrient loading in a wetland system used for polishing sewage treatment plant effluent. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng. 2005; 40(6-7):

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212 Mesa III. El agua y la tecnología / Table III. Water and the technology Moderador magistral / Magistral Chairperson: Dr. Jesús Acosta-Flores, Académico fundador y Presidente fundador de la AMCATH / Founding Academy Member, Founding President of the AMCATH Tema / Theme: EL AGUA Y LA TECNOLOGÍA / WATER AND TECHNOLOGY 212

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214 EL AGUA Y LA TECNOLOGÍA WATER AND TECHNOLOGY Dr. Jesús Acosta Flores Presidente fundador de la AMCATH Académico fundador de la Comisión de Sistemas Correo-e ( ): La Academia Mexicana de Ciencias, Artes, Tecnología y Humanidades, dentro de su cuarto Congreso Internacional, continúa con la Mesa sobre el Agua y la Tecnología. El aportar ideas, sugerencias y opiniones que contribuyan a ir conformando un desarrollo tecnológico es obligación de aquellas personas interesadas en el progreso de su país, relacionadas directa o indirectamente con ese desarrollo, por las implicaciones que la tecnología tiene para propiciar un sano y sostenido desarrollo nacional. Es por eso que la Academia invita a participar a representantes, con dominio de la materia, de reconocida calificación en el asunto a tratar, a quienes tendremos la oportunidad de escuchar. Hablar del agua y la tecnología significa analizar multitud de factores de índole diversa que son parte de asunto tan importante y fundamental. Me permito hacer algunas reflexiones en torno a la materia que nos ocupa. La historia de la humanidad ha girado siempre alrededor del agua, no sólo como condición de sobrevivencia, sino también como factor determinante del desarrollo de los pueblos. No es casualidad que todas las grandes culturas se hayan realizado en sitios con abundancia de agua. 214

215 Pero así como el agua es indispensable para la vida y el desarrollo, también suele ser destructiva y provocar desastres de grandes dimensiones si no se le controla adecuadamente. Gracias al ciclo hidrológico probablemente volveremos a beber la misma agua, cien veces durante toda nuestra vida. Obviamente, las cualidades del agua, físicas y químicas, cambian durante su paso al través de dicho ciclo. Se estima que la cantidad total de agua existente en la hidrósfera es de unos 1,500 millones de km 3 y entre el 93% y el 97% se encuentra en los océanos y mares salados. De los recursos de agua dulce del mundo el 75% no es fácilmente aprovechable por encontrarse en forma de hielo o nieve. Basados en lo anterior, sólo el 1% del agua total que hay en la hidrósfera y que está distribuida entre los ríos, subsuelo, lagos y presas, se encuentra en forma fácil y económicamente aprovechable con la tecnología actual. Del agua aprovechable, el 79% es agua subterránea, llegándose a encontrar la mitad de ella por debajo de los 1,000 metros de profundidad, lo que dificulta su extracción. Además, para consumo humano el agua debe ser potable. La Organización Mundial de la Salud estima que en los países pobres, donde falta infraestructura adecuada, se contamina el agua produciendo enfermedades y la falta de saneamiento mínimo afecta a un 40% de la población mundial, por lo que, anualmente, mueren 2 300,000 niños. También, el agua es fundamental para la agricultura en la producción de cultivos para consumo humano y de animales. La FAO menciona que el hambre afecta a 1,000 millones de personas y una de sus consecuencias es la muerte anual de 5 840,000 niños. Es posible que la tecnología ayude a resolver la problemática del exceso o la falta de agua? Las respuestas a ésta y a otras inquietudes serán las que se estarán analizando en esta Mesa. Habrá que ver el pasado, el presente y el futuro, empleando la tecnología actual o perfeccionando la que haga falta, para poder tomar acciones con visión de largo plazo, que logren el desarrollo sostenible, como fue definido por la Comisión Mundial sobre el Ambiente y el Desarrollo (Comisión Brundtland): aquel que usa los recursos naturales de modo que se satisfagan las necesidades humanas de la actualidad sin disminuir las oportunidades de generaciones futuras al disfrute de los mismos recursos. 215

216 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE El agua: Recurso renovable, si es manejado de forma sustentable Water: A renewable resource when is sustainably handled Maestro César Buenrostro-Hernández Academia de Ingeniería México / Mexican Academy of Engineering Tel , Correo-e ( ): 216

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218 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE Adecuación de la tecnología hidroagrícola: Esencial para nuestra supervivencia en el siglo XXI Adequate Hydro-Agricultural Technology: Essential to our Survival in the XX1 Century Dr. José Antonio Nieto-Ramírez Correo-e ( ): 218

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220 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER Tecnologías para el tratamiento de agua Technologies for the treatment of water Dr. Yunny Meas-Vong Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C. CIDETEQ, Investigador / CIDETEQ Researcher Correo-e ( ): Doctor en electroquímica. Actualmente Director de Transferencia de Conocimiento y Tecnología de CIDETEQ. Fundador y presidente en dos ocasiones de la Sociedad Mexicana de Electroquímica e igualmente fue presidente de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica. Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y del Sistema Nacional de Investigadores. Parque Tecnológico Querétaro-Sanfandila, Pedro Escobedo, C.P , Querétaro; México. Tel.: ext. 7812, Fax:

221 RESUMEN En el presente trabajo se exponen brevemente algunas de las tecnologías desarrolladas en CIDETEQ relacionados con el tratamiento de aguas. ABSTRACT In this paper we describe briefly some of the technologies developed in CIDETEQ related to water treatment. Contenido Desde sus inicios, hace 20 años, el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica ha desarrollado investigación y desarrollos tecnológicos en tratamiento de aguas. Estas tecnologías pueden clasificarse en: - Tratamiento para potabilizar agua - Tratamiento de aguas de proceso - Tratamiento de aguas residuales Para la potabilización de agua; se ha desarrollado un sistema para producir hipoclorito de sodio con el fin de sustituir el cloro gaseoso. La ventaja de este sistema es sobre todo la seguridad en su manejo ya que no usa cloro gas. La materia prima que utiliza es cloruro de sodio, o sea sal común. Se diseñó un sistema compuesto de una celda electrolítica, fuente de poder y sistema de almacenamiento y de inyección de hipoclorito de sodio. El rango de salinidad de la solución es de 3 a 15 g/l de sal y se maneja un caudal de 1 a 10 litros por minuto. La energía necesaria para producir el equivalente de 1 kg de cloro es 4.4 kwh/kg de cloro incluyendo la energía de las bombas. También, el CIDETEQ ha acoplado este mismo sistema con paneles solares. En este caso, toda la energía eléctrica es suministrado por los colectores solares. Este sistema ha sido instalado para la desinfección de las verduras en una empacadora. También esta tecnología ha sido instalada para desinfectar agua residuales de industrias alimenticias, hospitales, así como para desinfectar agua de las albercas. Para el tratamiento y reciclado de agua de proceso, se ha desarrollado un sistema de tratamiento por electrocoagulación. Esta técnica permite remover de manera rápida y eficiente, y con poca generación de lodos, los sólidos suspendidos, el color, la turbidez, los contaminantes disueltos medidos como demandas química y bioquímica de oxígeno, DQO y DBO, grasas y aceites. Esta tecnología es muy eficiente para efluentes de alto contenido de contaminantes medidos como DQO y coloración. Se presentaran los resultados obtenidos de un sistema de tratamiento de 221

222 electrocoagulación sobre un efluente de enjuague de tinta que se aplica a la industria metal mecánico para su reciclado. Se obtuvo una recuperación de 95% del agua, 95% de remoción de DQO y DBO, 99% de remoción de sólidos suspendidos, 99% de remoción de color y turbidez. Generación mínima de lodos con una reducción del costo de confinamiento. El costo de tratamiento es del orden de $3.00 pesos mexicanos/m 3. El equipo ha sido amortizado en 4 meses de uso por el ahorro realizado sobre los costos de confinamiento. Para el tratamiento de aguas residuales con altas cargas orgánicas, tal como son los efluentes residuales de los rastros o mataderos y de los establos, se ha diseñado y construido un sistema de digestión o degradación anaerobia eficiente y de bajo costo. La eficiencia de remoción de contaminantes es de 96% y se elimina también amoniaco. Se separan y se aprovechan los residuos. El costo de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento es de 2 a 3 $ pesos mexicanos/m 3. Se presentan también otras tecnologías que están en desarrollo, a nivel prototipo: Sistema de tratamiento de aguas a partir de la generación del reactivo Fenton in-situ vía electroquímica; sistema de electrodiálisis; sistema electroquímico de suavización de agua; sistema de optimización de aditivos de floculación vía un medidor de carga nula. 222

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224 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER El seguimiento del agua subterránea y de la deformación del subsuelo como herramienta de gestión en zonas urbanas Monitoring of groundwater and subsurface deformation as a management tool in urban areas Dora Celia Carreón-Freyre Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Campus Juriquilla Querétaro. Investigadora Titular de T.C. Especialista en Ingeniería Geológica por la Escuela de Minas de Paris, Francia. Responsable de Geomecánica en el Lab. de Mecánica Multiescalar de Geosistemas (LAMMG. Vicepresidente del Grupo de Trabajo Internacional en Subsidencia del Terreno del PHI-UNESCO Mariano Cerca, Centro de Geociencias, UNAM, Querétaro, Querétaro Ignacio Ortiz-Villaseñor, Ignacio Barrón-Medellín, Comisión Estatal de Aguas de Querétaro Fco. Javier Gámez-González, Comisión Nacional del Agua, Dirección Local Querétaro Raúl Gutiérrez-Calderón, Centro de Evaluación de Riesgo Geológico, Delegación Iztapalapa del Distrito Federal 224

225 Boulevard Juriquilla Colonia Juriquilla, Querétaro. Querétaro, C.P México. Tel. +52(442) Fax: +52(442) RESUMEN El rápido desarrollo de las ciudades ubicadas en el centro de México en las últimas tres décadas ha provocado un aumento de la demanda de agua subterránea que conduce a una disminución dramática de los niveles piezométricos, desde unos pocos metros hasta más de 100 m de profundidad. La consolidación de los sedimentos debido a la excesiva extracción de agua subterránea es uno de los principales factores que causan el hundimiento generalizado, o subsidencia, y fracturamiento del subsuelo en zonas con rápido aumento de población. En la mayoría las zonas urbanas el abatimiento de agua subterránea y la deformación del subsuelo están determinadas por las condiciones geológicas locales. A partir del trabajo de investigación desarrollado, hemos demostrado que la distribución de los gradientes hidráulicos críticos está directamente relacionada con discontinuidades geológicas que condicionan la generación y propagación de de fracturas y que causan la ruptura de pozos de bombeo, viviendas, vialidades y otras infraestructuras urbanas. El monitoreo en tiempo real de las variaciones de nivel de agua subterránea y de la deformación del terreno son indispensables para una adecuada planeación de desarrollo urbano y gestión de recursos naturales dentro de un enfoque interdisciplinario e interinstitucional. Debido a la alta variabilidad de los flujos profundos de agua subterránea y del fenómeno asociado de subsidencia, se hace urgente la necesidad de implementar herramientas tecnológicas que permitan integrar bases de datos robustas y de fácil acceso. La actualización continua de niveles de agua subterránea y de medición de deformación, mediante sensores con adquisición automatizada de datos, constituye la mejor herramienta para el establecimiento de políticas públicas específicas sobre uso de suelo y agua en los diferentes niveles de gobierno y para el diseño de medidas de mitigación y prevención de riesgo geológico en zonas urbanas. ABSTRACT The rapid development of cities located in Central Mexico in the past three decades has led to increased demand of groundwater, which leads to a dramatic decline in groundwater levels from a few meters to more than 100 m depth. The consolidation of sediments related to heavy groundwater pumping is one of the main factors that cause subsidence and ground fracturing in these rapidly increasing population areas.. In most urban areas, groundwater depletion and ground deformation are determined by local geological conditions. Our results show that the distribution of critical hydraulic gradient is directly related to geological discontinuities that condition the generation and propagation of fractures and cause the breakdown of pumping wells, houses, roads and other urban infrastructure. Real-time monitoring of changes in groundwater level and ground deformation is essential for proper planning of urban development and natural resource management within an interdisciplinary and interagency scope. Due to the high variability of deep groundwater flow and the associated phenomenon of subsidence, there is an urgent need to implement technological tools 225

226 to integrate robust and easily accessible database. The continuous updating of groundwater levels and deformation, using sensors with automated data acquisition, is the best tool for the establishment of specific public policies on water and land use at different levels of government, for the design of mitigation measures and for prevention of geological hazard in urban areas. Palabras clave: Abatimiento, consolidación, fracturamiento, gradiente hidráulico, subsidencia Key Words: Consolidation, ground fracturing, hydraulic gradient, land subsidence, water withdrawal INTRODUCCIÓN La mayoría de las ciudades mexicanas afectadas por la subsidencia del terreno y la fractura del suelo se encuentran en la parte central de México. Estas ciudades se ubican en planicies fluvio-lacustres, dentro de una provincia geológica llamada la Faja Volcánica Transmexicana (FVTM). Además de la Ciudad de México, durante la última década se ha registrado el rápido crecimiento de ciudades como: Querétaro, Morelia, Puebla, Toluca, Guadalajara, León, Aguascalientes, Zacatecas, San Luis Potosí. Los materiales geológicos que constituyen el subsuelo de estas zonas comprenden sedimentos fluviales y/o lacustres con intercalaciones de capas de rocas piroclásticas y flujos de lava. La creciente demanda de agua subterránea en estas ciudades ha causado una disminución dramática de los niveles piezométricos (niveles de agua subterránea) desde unos pocos metros hasta más de 120 m de profundidad. La consolidación y compactación de los sedimentos asociados a la sobreexplotación de las aguas subterráneas ha causado el hundimiento generalizado, o subsidencia, y fracturamiento del subsuelo en las zonas urbanas mencionadas (Carreón-Freyre y Cerca, 2009). En los últimos años un considerable esfuerzo de investigación en el Laboratorio de Mecánica Multiescalar de Geosistemas (LAMMG) del Centro de Geociencias de la UNAM ha permitido describir la naturaleza compleja de estos fenómenos y establecer una metodología de estudio que permite evaluar, de manera sistemática, los diferentes factores que se asocian al riesgo geológico por fracturamiento del subsuelo en zonas urbanas como consecuencia de la excesiva extracción de agua subterránea (Figura 1). Figura 1. Metodología para la evaluación de factores que condicionan la generación y propagación del fracturamiento del medio geológico 226

227 GESTIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS EN MÉXICO En México las dos terceras partes de la tierra es árida o semiárida y la población se ha más que cuadruplicado en los últimos 60 años, pasando de 25 millones de habitantes en 1950 a 112 millones en el año 2010 (INEGI, 2010). Por otra parte, hay una fuerte concentración de población en zonas urbanas, donde el número de habitantes aumentó de 11 millones a 79 millones desde el año 1950 a Es importante señalar que el mayor crecimiento de la población y economía ha tenido lugar en zonas con baja disponibilidad de agua. En las regiones central y norte del país, hay 31% de disponibilidad de agua nacionales y el 77% de la población (Conagua-PHN, 2008). En la actualidad, existe una situación crítica en torno a las aguas subterráneas en México. Según la Comisión Nacional del Agua, la sobreexplotación de acuíferos aumentó de 32 en 1975 a 80 en 1985 y llegó a 104 en 2006, debido a la sobreexplotación, la pérdida de la reserva de agua subterránea continúa a un ritmo de 5,400 hm3/año. Conagua (PHN, 2008) informa que la disponibilidad de agua en México se redujo de 18 a 4 m 3 /habitante/año de 1950 a Además habría que considerar que la calidad del agua subterránea se está convirtiendo en un factor limitante para su disponibilidad. De acuerdo a la Agenda 2030 de la Conagua (2011), para enfrentar el desafío de una gestión sustentable del agua subterránea la política de aguas mexicanas se debe basar en dos principios: (1) La gestión del agua debe llevarse a cabo de acuerdo a las cuencas hidrográficas y no por límites geográficos-políticos, debido a una cuenca hidrográfica es una unidad geográfica natural que puede cubrir varios estados, y (2) la participación organizada de los usuarios es un factor fundamental para la mejor aplicación de estrategias de gestión en distintos niveles de gobierno. Una gestión adecuada del agua que considere varias entidades de gobierno requiere de bases de datos conjuntas que permitan correlacionar parámetros físicos y administrativos de manera objetiva en las fronteras de las unidades acuíferas. De igual manera la misma base de datos permitiría la participación de los usuarios de diferentes ámbitos de la sociedad. Un ejemplo de la organización de la base de datos mediante tablas de información estructurada que constituyen un Sistema de Información Digital (SID) se muestra en la Figura 2. Este modelo de SID ha sido implementado de manera exitosa en el Centro de Evaluación de Riesgo Geológico (CERG) de la Delegación Iztapalapa. CONDICIONES GEOLÓGICAS DE ZONAS AFECTADAS POR LA SUBSIDENCIA DEL TERRENO Y FRACTURAMIENTO La ubicación de algunas de las ciudades más pobladas del país en los valles lacustres dentro de la Faja Volcánica Transmexicana (FVTM) ha sido heredada de tiempos prehispánicos, las antiguas civilizaciones eligieron estas zonas debido a las tierras fértiles originadas por la alteración de cenizas volcánicas y presencia de lagos. Además de la sobreexplotación de agua subterránea, la subsidencia y fracturamiento en cuencas fluvio-lacustre son causadas por la interacción de diversos factores: fallas geológicas en el basamento rocoso, actividad sísmica y actividades antropogénicos. La Ciudad de Querétaro ocupa la parte oriental del valle del mismo nombre. El crecimiento de la ciudad depende del abastecimiento de agua subterránea, lo que conduce al descenso continuo de los niveles piezométricos. El sistema principal de las fracturas que afecta a la ciudad tiene una 227

228 orientación NS y el hundimiento del terreno refleja los desplazamientos en profundidad a lo largo de los contactos estratigráficos entre los sedimentos y rocas (Figura 3). Figura 2. Estructura de un sistema de información digital para apoyo en toma de decisiones y evaluación del riesgo geológico. Las tablas de correlación de variables permiten la actualización automática de información 228

229 (a) (b) Figura 3. (a) Mapa geológico de la ciudad de Querétaro que el fallamiento geológico principal; (b) Descenso acumulado del nivel piezometrico para el periodo 1970 y 2002, el polígono sólido muestra la zona urbana (coordenadas en UTM) (Carreón-Freyre et al., 2005) Se ha documentado que el nivel piezométrico desciende con patrones irregulares dentro de los medios heterogéneos (Carreón-Freyre et al, 2005). La distribución de los gradientes hidráulicos está directamente relacionada con los desplazamientos a lo largo de las discontinuidades geológicas. El abatimiento de agua subterránea ha modificado las condiciones originales de flujo de aguas subterráneas y de recarga Las autoridades de Querétaro tiene el plan de disminuir la extracción en el acuífero mediante la importación de agua de otras cuencas (Proyecto Aquaferico). Como parte de la estrategia de gestión del agua para el Valle de Querétaro (Plan de Manejo del Acuífero del Valle de Querétaro), la Conagua ha dado prioridad a las siguientes actividades: (1) utilizar la información hidrogeológica para la correcta identificación de zonas de recarga, áreas óptimas para la extracción, y el diseño de mecanismos administrativos para la protección, (2) continuar y mejorar la red de monitoreo de pozos piloto para una medición precisa de la cantidad y la calidad de las aguas subterráneas. La Ciudad de México representa el ejemplo más conocido de hundimiento generalizado del suelo en México. El análisis de flujo de agua subterránea y del hundimiento del suelo asociadas se han 229

230 documentado de manera sistemática en México desde la década de 1940 (Carrillo, 1947). Desde la década de 1990, Durazo y Farvolden (1989) reportaron un consumo de agua de 60 m 3 /s, y una recarga de aproximadamente 43 m 3 /s. Mencionan que la extracción se realizaba en aproximadamente 1000 pozos, a una profundidad de metros. El hundimiento promedio reportado para la Ciudad de México y zonas adyacentes es de 9 m (González-Morán et al, 1999; Ortega-Guerrero et al, 1999; Aguilar-Pérez et al, 2006) aunque recientemente se han reportado hasta 13 m en algunas zonas (Cabral-Cano, 2008). Los materiales del subsuelo en la secuencia estratigráfica somera en el Valle de México se componen principalmente de arcillas con un alto contenido de agua ( %), a menudo intercaladas con materiales volcánicos piroclásticos y otros. Estas secuencias se han clasificado por su comportamiento geomecánico por Marsal y Mazari (1959) en: (a) zona lacustre, (b) zona de transición y, (c) zona de lomas. En este documento se mencionan como ejemplo el caso de Iztapalapa en la Ciudad de México porque es una de las zonas más afectadas por subsidencia y fracturamiento en la región. El área de la Delegación Iztapalapa incluye dos grandes áreas morfológicas una planicie lacustre y las elevaciones más que corresponden a los volcanes que constituyen la Sierra de Santa Catarina, el Cerro de la Estrella y el Peñón del Marqués (Figura 4). Los registros disponibles de niveles piezométricos indican que las zonas de mayor depresión de agua subterránea no corresponden con las áreas de mayor subsidencia, ni los patrones de abatimiento permiten determinar directamente las fracturas principales en la zona. Esto muestra que existe un retraso en el cambio en el estado de esfuerzos en el causado por la extracción de agua y muestra la necesidad de estudiar las condiciones de acoplamiento mecánico-hidráulico entre los materiales volcánicos y sedimentarios para identificar su contribución a la propagación de la deformación en profundidad. El agua subterránea de suministra más que el 70% del agua consumida en la ciudad de México, el 30% restante es proporcionado por otras cuencas (Tortajada, 2006). El abatimiento ha acentuado el problema de la subsidencia y el problema de gestión del agua se extiende más allá del hundimiento de la ciudad. A pesar de esto, cinco nuevos pozos de extracción comenzaron a trabajar en 2008 en la zona sur-occidental de la Delegación Iztapalapa (DI). La gestión del agua en la DI es un tema complejo, en la Ciudad de México el agua es administrada por el Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACM), que depende del gobierno de la ciudad y la DI cuenta con una Dirección General de Servicios Urbanos que depende del delegado. Existe una cierta superposición de funciones en ambos niveles de gobierno que ha dado lugar a una falta de coordinación en la administración, en esta zona se localiza una gran cantidad de pozos de extracción de agua pero se ha mantenido como un barrio con déficit constante en el suministro de agua. La deformación del terreno ha aumentado las deficiencias en su infraestructura hidráulica por ruptura de tuberías de conducción y la pérdida de agua potable por tuberías con fugas permanece sin cuantificar. Irónicamente, cada temporada de lluvias la zona sufre los efectos de las inundaciones como consecuencia de los hundimientos en zonas localizadas. 230

231 Figura 4. Cartografía del fracturamiento que afecta a la Delegación Iztapalapa del Distrito Federal, México. Mapa realizado por el Centro de Evaluación de Riesgo Geológico (CERG) DISCUSIÓN La subsidencia en las principales ciudades del centro de México es un problema que se acentúa por la extracción excesiva de agua subterránea. Hemos documentado que el fracturamiento asociado a este fenómeno modifica los patrones de flujo de agua subterránea y localiza la deformación en una magnitud y alcance espacial que no tienen precedentes en México. Las grandes discontinuidades geológicas condicionan los patrones de flujo de agua subterránea y la distribución de los críticos 231

232 gradientes hidráulicos, de ahí la importancia de reducir el abatimiento de agua subterránea a través de un cambio en las estrategias de gestión del agua de México. Hay una urgente necesidad de integrar nuevas técnicas para calcular el balance hídrico de una cuenca que permita la evaluación precisa de los recursos de aguas subterráneas y para impulsar la captación de aguas superficiales. Los resultados de nuestro trabajo de investigación muestran que la deformación del subsuelo sobrepasa la escala geotécnica hacia una escala que involucra a toda la cuenca. Una vez generado el fracturamiento, es irreversible y continúa su propagación. Este fenómeno requiere de un seguimiento sistemático de la deformación de los materiales del subsuelo a diferentes escalas y de los descensos del nivel de agua subterránea. La consideración de la escala y la estructura geológica del subsuelo en el diseño de los sistemas de monitoreo debe conducir a una evaluación precisa de los riesgos relacionados con el fracturamiento del terreno en zonas urbanas que debe ser integrada en los programas de gestión de los recursos hídricos, en los planes de desarrollo urbano y en el establecimiento de medidas de mitigación eficaces. CONCLUSIONES El fracturamiento del subsuelo en México es un fenómeno multifactorial y multi-escala, la correlación de los parámetros geológicos, mecánicos e hidráulicos en cada caso de estudio sugiere una interacción dinámica de juego entre los mecanismos de fractura y la historia de la tensión de las secuencias locales. Los estudios estudios específicos pueden ser extrapolados a temas generales de políticas públicas que, con la participación de investigadores y responsables políticoadministrativos, pueden ayudar al desarrollo sostenible de zonas urbanas basado en el conocimiento exacto de geoingeniería que pueden proveer bases de datos robustas y unificadas. El monitoreo del agua subterránea y de la deformación del terreno debe ser promovido como iniciativa del gobierno. Se deben crear políticas públicas para promover y apoyar el monitoreo en los planes de gestión interinstitucionales, con este enfoque, diferentes grupos académicos de México están uniendo esfuerzos para crear un grupo de trabajo mexicano sobre subsidencia del terreno para integrarse al Programa Hidrológico Internacional (PHI) de la UNESCO, como el grupo internacional en RECONOCIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo de las autoridades de la Delegación Iztapalapa y de los organismos de gestión del agua de Querétaro (CEA y CONAGUA) y de la Ciudad de México (Sistema de Aguas de la Ciudad de México) para el desarrollo de esta investigación. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aguilar-Pérez, L. A., Ortega-Guerrero, M. A., Lugo-Hubp, J., Ortiz-Zamora, D. C Análisis numérico acoplado de los desplazamientos verticales y generación de fracturas por extracción de agua subterránea en las proximidades de la Ciudad de México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas 23(3),

233 Cabral-Cano, E., Dixon, T. H., Miralles-Wilhelm, F., Díaz-Molina, O., Sánchez-Zamora, O., Carande, R. E Space geodetic imaging of rapid ground subsidence in Mexico City. GSA Bulletin 120(11-12), , doi: /B Carreón-Freyre, D., Cerca, M., Luna-González, L., Gámez-González, F. J Influencia de la estratigrafía y estructura geológica en el flujo de agua subterránea del Valle de Querétaro. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas 22(1): Carreón-Freyre, D., Cerca, M Integration of geological properties in the estimation of subsidence in two urban areas of Mexico. In Culshaw, M. J., Reeves, H. J., Jefferson, I., & Spink, T. W., (eds.). Engineering geology for tomorrow's cities. Geological Society of London, Engineering Geology Special Publication 22, (on CD-ROM insert, paper 291). Carrillo, N., Influence of artesial wells in the sinking of Mexico City, en Volumen Nabor Carrillo El hundimiento de la Ciudad de México y el Proyecto Texcoco. Comisión Impulsora y Coordinadora de la Investigación Científica Anuario 47: Conagua-PHN Comision Nacional del Agua. Programa Hidrológico Nacional Conagua Agenda del Agua Comisión Nacional del Agua, Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. 66p. Durazo, J., Farvolden, R. N The groundwater regime of the Valley of Mexico from historic evidence and field observations. Journal of Hydrology 112, González-Morán, T., Rodríguez, R., Cortes, S. A The Basin of Mexico and its metropolitan area: water abstraction and related environmental problems. Journal of South American Earth Sciences 12(6), Ortega-Guerrero, A., Rudolph, D. L, Cherry, J. A Analysis of long term land subsidence near Mexico City: field investigations and predictive modeling. Water Resources Research 35, Tortajada, C Water management in Mexico City Metropolitan Area. Water Resources Development, 22(2):

234 TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 234

235 235

236 El agua y la tecnología Water and Technology M en I. Guillermo Castellanos-Guzmán Academia Mexicana de la Ciencia de los Sistemas Correo-e ( ): Hay muchos técnicos que afirman que en un futuro no tan lejos el agua tendrá un valor mayor que el petróleo y que su consumo deberá racionarse. Cada vez hay menos agua de calidad utilizable para el consumo humano, mientras que aumentan los volúmenes de aguas contaminadas y los gobiernos y las sociedades no hacen lo suficiente para evitarlo y revertir el proceso, haciendo un uso más racional del recurso y utilizar la tecnología disponible para no sólo no seguir contaminando los cuerpos de agua, sino también para limpiarlos y poder seguir utilizándolos. Si bien un 70% de la superficie de la tierra es agua, la mayor parte de ésta es oceánica y sólo el 3% es agua dulce, y de ésta, casi tres cuartas partes es inaccesible (casquetes de hielo y glaciares), y sólo disponemos de un 1% de agua dulce superficial, disponible en lagos y ríos y a poca profundidad en el suelo, de donde puede extraerse a bajo costo. El llamado desarrollo ha traído consigo la formación de grandes concentraciones humanas, la creación de industrias, la utilización de productos químicos e industriales para aumentar la producción de otros bienes y alimentos. Los usos del agua se han multiplicado, pero desgraciadamente no se ha tenido el cuidado de fomentar su utilización racional y menos nos hemos preocupado por limpiar el agua utilizada antes de volverla a poner en otros cuerpos de agua, lo que ha provocado que éstos quedan cada vez más contaminados poniendo en riesgo la salud y la vida. 236

237 Persiste la desigualdad en su utilización, ya que hay zonas con gran abundancia del líquido, en las que generalmente hay poca conciencia sobre su uso y es desperdiciada, mientras que en otras, la carencia de este vital líquido produce pobreza y marginación. El agua contaminada es cada día más peligrosa para la vida. Los principales contaminantes son: la materia fecal derivada del uso humano, la contaminación química producida por las fábricas, los desechos agrícolas y ganaderos, ya sea por plaguicidas y fertilizantes, desechos animales, etc. Al mar lo hemos tratado como basurero, pensando que por su gran volumen de agua no se presentarán problemas y ahí descargan los ríos contaminados, los derrames de combustibles de los barcos, los desechos de las industrias, los desechos turísticos y muchos más, que afectan a los humanos y a la vida marina. Se ha comprobado que en los países menos desarrollados, más del 80% de las enfermedades tienen su origen en la carencia de agua o en las condiciones insalubres de la misma. El número de personas crece día a día, pero las fuentes de abastecimiento de agua no y además, cada día están más contaminadas. La tendencia climática mundial muestra que habrá una mayor irregularidad de los regímenes fluviales. El efecto invernadero, el calentamiento global, afectan a las cosechas y hacen que el nivel del mar suba significativamente, causando daños catastróficos. Los técnicos que tenemos más conocimientos que la gente en general, sobre la gravedad de lo que sucede con el agua, tenemos una muy alta responsabilidad, para plantear alternativas que haciendo uso de las nuevas tecnologías, permitan empezar a revertir los procesos de degradación. Por lo anterior, en esta ocasión y dentro de esta sesión de trabajos libres, vamos a escuchar los planteamientos de diez personas especialistas, con propuestas que ponen a consideración de los asistentes y participantes. Así, en primer lugar escucharemos a Paulina Sarabia-Bañuelos, de la Facultad de Química de la UNAM, con el tema: Uso eficiente del agua: Aprovechamiento integral de residuos de crustáceos para producir quitina y quitosana con química verde. A continuación toca su turno a Elizabeth Manriquez-Reza del Centro de de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C. con el tema: Caracterización de organobentonitas preparadas con CO 2 en condiciones supercríticas. Le toca su turno a la Dra. María del Pilar Peña-Cruz de la ESCA, IPN, sección de postgrado quién nos hablará sobre:corporaciones transnacionales versus salud pública en el ring del mercado del vital líquido. Ahora Jorge Luis de Jesús-Mosco de la Facultad de Química de la UNAM tratará el tema de: Estudio del efecto de una cubierta de calcita sobre residuos mineros para controlar la generación de drenajes ácidos a escala de laboratorio. 237

238 Ivone Alejo González del Centro de Investigación y Desarrollo de Electroquímica S.C. tratará el tema: Síntesis de fosfato de magnesio y fosfato ferroso y su interacción con agua de pozo con flúor. A continuación, Karla Goroztieta-Rosales de la Facultad de Química de la UNAM, presentará su trabajo sobre: Productos de la degradación del n-metil ditiocarbamato de sodio, biocida soluble en agua. José de Jesús Pérez-Bueno del Centro de Investigación y Desarrollo en electroquímica S.C. nos hablará a continuación de: Estudios de la adsorción de plomo sobre dióxido de manganeso obtenido por baño químico y comerciales. Ahora Víctor Pérez-Moreno de la Facultad de Química de la UAQ, presentará su trabajo sobre: Desalación de agua de mar mediante un reactor a membrana. A continuación Diana Toscano-Pérez de la Facultad de Química de la UNAM, nos hablará sobre: Vinazas: Estudio microbiológico y evaluación de parámetros de calidad ambiental. María Guadalupe Soto-Esquivel, de la Facultad de Química de la UNAM, presentará su trabajo sobre: Tratamiento de aguas residuales: Efecto de la generación de oxígeno fotosintético en un sistema sólido-líquido-gas. Y para terminar con las exposiciones, una invitación especial, el Dr. Nabil Mobayed de la UAQ, nos presentará su tema: Hidrología con bases físicas: una respuesta de la ciencia a la problemática pluvial en zonas urbanas. 238

239 A-T TL-1 USO EFICIENTE DEL AGUA: APROVECHAMIENTO INTEGRAL DE RESIDUOS DE CRUSTÁCEOS PARA PRODUCIR QUITINA Y QUITOSANA CON QUÍMICA VERDE EFFICIENT WATER USE: GLOBAL RECYCLING OF CRUSTACEAN RESIDUES FOR PRODUCING CHITIN AND CHITOSAN BY GREEN CHEMISTRY Paulina Sarabia-Bañuelos* Química por la Universidad Autónoma de Tlaxcala, estudiante de maestría del Programa de Maestría y Doctorado en Ciencias Químicas de la UNAM María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Facultad de Química, L , Edificio E. UNAM *Facultad de Química, L , Edificio E. Universidad Nacional Autónoma de México. Circuito de la Investigación Científica s/n, Ciudad Universitaria. Coyoacán, México D.F., México. unam.mx RESUMEN La quitina es el segundo polímero más abundante en la naturaleza después de la celulosa. Puede ser extraída de los crustáceos a los que da la característica de dureza a la envoltura exterior de estos invertebrados (exoesqueleto). Una de las principales fuentes de quitina es el cefalotórax y el exoesqueleto de camarón. En México, de los productos del mar, más del 60% de las exportaciones son solamente de camarón. Considerando que el 50% de este crustáceo es comestible, el otro 50% se considera un residuo y representa un gran problema para el ambiente ya que se vierte en mares o terrenos aledaños a las granjas. Comúnmente, la quitina es extraída mediante reactivos químicos que son posteriormente vertidos a las aguas representando también un foco de contaminación. La quitosana se obtiene utilizando NaOH y temperaturas mayores a los 100 C, con un 85% de desacetilación. En esta investigación este residuo es usado para la extracción de quitina y su derivado quitosana empleando química verde con un solvente denominado MAC (por metanol, agua y cloruro de calcio) ya patentado. La innovación consistió en adicionar la operación unitaria de sonicación para desacetilar parcialmente a la quitina y obtener una mezcla de ambas quitina y quitosana parcialmente desacetilada. Durante el proceso de extracción los grupos amida fueron removidos y los grupos amina fueron cuantificados en el polímero, determinando el grado de desacetilación. El porcentaje de desacetilación fue 8.75, y 29.6%. Esto permite demostrar la bondad de la sonicación para la extracción-desacetilación de quitosana a través de su efecto de vibración (efecto de cavitación) sobre los enlaces de los grupos acetamida y, como consecuencia, fue posible obtener un polímero desacetilado. En el futuro se optimizará este procedimiento para alcanzar las eficiencias de los procesos tradicionales sin el efecto contaminante de ellos hacia las aguas receptoras, ya que el solvente MAC es reciclable. ABSTRACT Chitin is the second more abundant polymer in Nature after the cellulose. It may be extracted from crustaceans, since chitin provides the characteristics of hardness to these invertebrates (exoskeleton). One of the sources of chitin is the cephalothorax and exoskeleton of shrimps. In Mexico, more than 60% of exported sea products are mainly shrimps. Considering that 50% of this crustacean is edible, the other 50% is a waste and it represents a big problem for the environment since they are dumped into oceans and for shrimp cultivation ponds in the nearby land. Commonly chitin is 239

240 extracted using chemical reagents that are, after its use, also dumped into receiving water courses representing a pollution situation. Chitosan is obtained using NaOH and temperatures higher than 100 C, and chitosan produced is 85% deacetylated. In this research the shrimp wastes were extracted to obtain chitin and its derivative chitosan using green chemistry with a solvent known as MAC (methanol, water in Spanish agua -Latin aqua-, and calcium chloride), already patented. Innovation consists in the addition of a unit operation, sonication, to partially deacetylate the extracted chitin. During the extraction process the amide groups were removed and the amine groups were quantified in the polymer, determining the degree of deacetylation. The percentages of deacetylation were 8.75, 14.87, and 29.6%. Sonication has been proved to be a suitable method for the extraction-deacetylation of chitosan because of its vibration effect (cavitation effect) on the bonds of the acetamide groups and, as a consequence, it was possible to obtain a deacetylated polymer. In the future this procedure will be optimized to reach efficiencies equivalent to traditional processes without its pollutant effects on receiving water sources, since MAC solvent is recyclable. Palabras clave: Residuos de camarón, desacetilación, quitina, quitosana, sonicación Key Words: Shrimp residues, deacetylation, chitin, chitosan, sonication INTRODUCCIÓN En México se producen y/o capturan grandes cantidades de camarón, convirtiéndolo en un exportador neto de alimentos provenientes del mar. En el 2003, la balanza de comercio de pescado en términos de la relación exportación/importación fue de cerca de 2:1 y más de 60% del valor total de las exportaciones correspondió al camarón (Aquahoy, 2010), del cual se considera que sólo el 50% es comestible (Flores-Ortega, 2004). La fracción restante constituye un recurso subaprovechado no comestible conformado por el exoesqueleto y el cefalotórax del camarón (CC). El CC es desechada en tiraderos municipales, representando una fuente de contaminación para los cuerpos receptores, provocando el deterioro ambiental y la proliferación de fauna nociva (García, 2004). Otros lugares de depósito son los puertos cuando son descabezados fuera del mar. En el caso de la acuicultura causan un gran impacto ambiental, no solamente por el exoesqueleto y cefalotórax, sino por la contaminación del agua que se recambia de los estanques y que contiene residuos del alimento proporcionado (Flores-Ortega, 2008). Para evitar la generación de este tipo de residuos, que representa una fuente de contaminación hasta 10 veces mayor que la que aportan los desperdicios domésticos (Flores-López, 2008), puede aprovecharse integralmente. Los residuos son ricos en proteínas, pigmentos y quitina, encontrándose este último componente entre 14 y 35% en base seca en el cefalotórax de camarón (Archer, 2001). La quitina se podría obtener en grandes cantidades considerando que sólo en el estado de Sonora, en el 2009, de 76,000 T de camarón, se generaron 26,600 T de residuos y de éste 3,675 T de quitina (López y col., 2010). Con referencia a lo anterior, se esperaría que en México se produjeran T de quitina para ser utilizada en diferentes áreas. Un derivado químico de la quitina es la quitosana que, en comparación con la quitina, es soluble en la mayoría de los disolventes orgánicos. La importancia de ambos polímeros radica en su aplicación en diferentes áreas, como proceso de alimentos, agricultura, biomedicina, bioquímica, tratamiento de aguas residuales, membranas y microcápsulas. Existen métodos tradicionales para la extracción de la quitina y su posterior desacetilación, para obtener quitosana (Tabla 1). En los Laboratorios 301, 302 y 303 de la Facultad de Química de la UNAM se patentó un proceso de extracción de la quitina, la cual se obtiene en forma líquida, mediante química verde desarrollando un disolvente formado por metanol, agua y cloruro de calcio, MAC-141 (Flores-Ortega y col., 2004). Siguiendo esta línea, se plantea la extracción directa de quitosana obtenida de la transformación directa de la quitina utilizando la combinación del disolvente MAC-141 con la sonicación. Esta combinación puede lograr en forma simultánea la obtención de quitina y su desacetilación parcial para transformarla en quitosana. La extracción de quitina y 240

241 quitosana del CC, permitirá el aprovechamiento integral de los desechos de crustáceos y, por ende, la disminución de la contaminación que provocan al ambiente durante su desecho. Tabla 1. Metodologías para la extracción de quitina y quitosana Autor Metodología Reactivos utilizados Obtención de quitina (García, 2006) Extracción de quitina. (Shimahara y Takiguchi, 1988) Obtención de quitina (Parada y col., 2004) Obtención de quitosana (Barreto y col., 2001) Obtención de quitosana (No y col., 2000) Quitosana completamente desacetilada sin disminución excesiva de la masa molecular (Domard y Rinaudo, 1983) Obtención de quitosana (Rodríguez-Pedroso y col., 2009) 1. Desproteinización 2. Desmineralización 3. Decoloración 1. Desmineralización 2. Desproteinización 1. Preparación de la materia prima 2. Despigmentación 3. Desmineralización 4. Desproteinización Pasos: 1, 2 y 3 para aumentar la reactividad de la quitina. 4.Desacetilación 1. Desacetilación de quitina comercial 1. Desmineralización 2. Desproteinización 3. Desacetilación 1. NaOH (1-10%), C,.5-6h 2. HCl, 2-24h, agitación 3. Etanol-éter, etanol-acetona, éter, cloroformo 1a. HCl 2N, 2días, 25 C. 1b. 6 días, EDTA, 25 C 2. NaOH, uso de Pseudomonas maltophil. 60% de desproteinización 1. Moler y tamizar los exoesqueletos de camarón 2. Utilizar mezcla de solventes: éter de petróleo, agua y acetona (15/10/75) 3. HCl 1M 4. NaOH 4.5%, 3h, 65 C 1. Quitina comercial es tratada con ultrasonido. 2. Agitación magnética por 60min en agua a 25 y 55 C 3. Sonicación 0.5p/s 4. Secar y desacetilar NaOH 40%,110 C 5. Lavar con metanol 1. Mezclar quitina más NaOH 40-50% en relación 1:10 o 1:15 (w/v) y poner en una autoclave a presión de 15psi, 121 C, 5-30min 1. HCl 2. NaOH 3. NaOH, tiofenol, 1h, 100 C Proceso termoquímico Someter la quitina a 230 C en una solución alcalina al 10 % durante 1 min a presión reducida. Una descompresión repentina en el proceso y posterior tratamiento durante 24 h, a una temperatura de 4 C permite alcanzar una desacetilación completa de la quitina METODOLOGÍA Las cabezas de camarón (cefalotórax y exoesqueletos) fueron obtenidas de la zona de pescados y mariscos de la Central de Abastos de La Nueva Viga, en la Ciudad de México, D.F. La materia prima fue trasladada al Laboratorio 301 del Conjunto E de la Facultad de Química de la UNAM para su tratamiento y obtención de CPD (cefalotórax y exoesqueletos parcialmente desproteinizados). Para obtener CPD se realizan las siguientes operaciones unitarias: Lavado con agua potable, para quitar cualquier sustancia orgánica diferente al cefalotórax de camarón (CC) e inorgánica como plásticos; molienda en húmedo, es decir una vez que el CC está completamente limpio, éste se muele con agua en relación 1:2 en peso (una parte de CC y dos partes de agua) en una licuadora durante 30 segundos y filtración usando manta de cielo para recuperar los sólidos molidos (CPD) (Flores-Ortega, 2004). Para obtener quitina o lograr su desacetilación parcial, se pesó 1 g de CPD y se mezcló con 10 g disolvente MAC, se sonicó a 0.5, 0.7 y 0.9 pulsos por segundo durante 5, 10 y 15 min en un equipo Fisher Scientific Dismembrator 550 con punta del número 4, la cual es apropiada para el tratamiento de cantidades pequeñas de muestra. Finalmente, la muestra se filtró en un equipo Millipore y se colocó en un humidificador para retirar la mayor cantidad de Ca + proveniente del disolvente. Por último, las muestras se secaron a 95 C durante 18 horas en una estufa marca Felisa para quitar la mayor cantidad de agua con objeto de que no interfiera en su caracterización. Los polímeros quitina o quitosana parcialmente desacetilada se identificaron por espectroscopía de infrarrojo (IR), solubilidad y grado de desacetilación. 241

242 RESULTADOS Y DISCUSIÓN EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Los resultados de la Tabla 2 presentan la información para las muestras M1, M2 y M3 obtenidas con los diferentes tratamientos y que contienen quitina (Q) y quitosana parcialmente desacetilada. Tabla 2.Tratamiento y resultados obtenidos para la obtención de quitina y quitina parcialmente desacetilada Tiempo, min Sonicación (Pulsos/segundo) de CPD con disolvente MAC N.a. N.a. N.a. N.a. 5 N.a. Q= Q= 1.00g Q= N.a (M1) (M3) Q= N.a (M2) Q= Q= N.a. No aplicable, Q=quitina, *Obtenido con el proceso original sin sonicación, M1, M2, M3: quitina parcialmente desacetilada CARACTERIZACIÓN DE LA MUESTRA M3 En el espectro infrarrojo de M3 (Figura 1) sólo se aprecian 4 bandas en la región de cm -1, asignadas al grupo OH característico de ambos polímeros (quitina y quitosana), caracterizada en cm -1 (Cañipa y col., 1994). La banda en 1613 y 1629 cm -1 se asigna al grupo NH 2 grupo presente en el polímero quitosana, característico en 1656 (Cañipa y col., 1994) o en 1621 cm -1 (Hernández y col., 2009). La banda en cm -1 se asigna al grupo N-H característico de quitosana entre 3400 y 3500 cm -1 (Mármol y col., 2004), característico del grupo amida de la quitina. Para el grado de desacetilacion se tomaron los puntos máximo y mínimo de las curvas en la Figura 2 generadas, obteniendo un 8.75% de grupos amino (-NH 2 ), presentes en la estructura de quitina parcialmente desacetilada. CARACTERIZACIÓN DE LA MUESTRA M2 En la Figura 3, la frecuencia en cm -1 se compara con bandas en 3434 cm -1 (Hernández y col., 2009) y 3444 (Cañipa y col., 1994) que corresponde al grupo OH. El desplazamiento en cm -1 se relaciona con el grupo N-H el cual se caracteriza en 3400 y 3500 cm -1 (Mármol y col., 2004). La banda en 1629 cm -1 es característica el grupo NH 2, cuando está ligado al polímero quitosana. En la literatura aparece en 1621 cm -1 (Hernández y col., 2009) y 1656 cm - 1 (Cañipa y col., 1994). En la muestra M2 aparece la banda característica del anillo piranósico en 1065 cm -1 el cual aparece en 1070 cm -1 (Hernández y col., 2009) y 1074 cm -1 (Cañipa y col., 1994). Para M2 el grado de desacetilación (Figura 4) aumenta a 14.87%, en estas condiciones, significa que existe una mayor proporción de -NH 2 en el polímero. CARACTERIZACIÓN DE LA MUESTRA M1 El espectro de infrarrojo de M1 (Figura 5) presenta una banda muy ancha en cm -1 que corresponde al grupo OH (Hernández y col., 2009) (Cañipa y col., 1994), lo que impide observar bandas de N-H y C-H. Aparece una señal en 1628 cm -1 correspondiente al grupo NH 2 Se observan señales del anillo piranósico, 1006 cm -1 del enlace C-O-C, identificados también en 1014 cm -1 (Hernández y col., 2009),1026 cm -1 y 1030 cm -1 (Cañipa y col., 1994). Aparece una banda en cm -1 correspondiente a una amida secundaria, grupo presente en el polímero quitina. El grado de desacetilación de M1 es de 29.6% (Figura 6). La determinación de los grupos amino (-NH 2 ) o grado de desacetilación para M1,M2,M3 está en relación de la cantidad de NaOH gastado que reacciona primero con el ácido libre en la disolución y después, dado que debe desplazarse de la molécula de quitosana el anión cloruro unido al grupo amino libre. La quitosana precipita para quedar libre en un medio neutro, por lo que puede registrarse la diferencia de ph entre estos dos puntos y obtener una curva de ph versus el volumen de NaOH añadido, con dos puntos de inflexión. El primer y segundo puntos de inflexión son equivalentes a la titulación del exceso de ácido clorhídrico y a la titulación de la quitosana protonada, respectivamente. La diferencia del volumen entre estos dos puntos se corresponde con el ácido consumido para la protonación de los grupos amino. 242

243 Figura 1. Espectroscopía de infrarrojo de M3 Figura 2. Grado de desacetilación de M3 Figura 3. Espectroscopía de infrarrojo de M2 Figura 4. Grado de desacetilación de M2 Figura 5. Espectroscopía de infrarrojo de M1 Figura 6. Grado de desacetilación de M1 243

244 CONCLUSIONES El aprovechamiento integral de los residuos de camarón fue logrado mediante la obtención de la mezcla de polímeros de quitina y quitosana en disolución mediante el uso de una técnica mecánica como lo es la sonicación y la utilización de reactivos de bajo impacto ambiental como el disolvente MAC-141 (metanol-agua-cloruro de calcio). La obtención de la quitosana se puede medir mediante su grado de desacetilación, el cual fue de 8.75 a 29%. Los vendedores de la quitosana comercial (Sigma Inc.) señalan que el producto que comercializan tiene el 85% de desacetilación. Considerando la operación mecánica involucrada, la sonicación, para lograr la desacetilación directa de quitina y obtener quitosana, se logra hasta con un 29% de desacetilación mediante un método ecológico. Este procedimiento se puede considerar como una técnica ambientalmente amigable en comparación con las técnicas comunes de extracción señaladas en la literatura (Flores-Ortega, 2004). RECONOCIMIENTOS Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México, CONACyT, la beca otorgada para la realización de los estudios de posgrado de la primera autora. Asimismo, se agradece al Programa de Maestría y Doctorado en Ciencias Químicas, PMyDCCQQ de la UNAM las facilidades para realizar una Maestría en Ciencias (Ciencias Químicas). REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aquahoy México: Prevén camaroneros exportaciones por 340 mdp esta temporada. Dirección electrónica:http://aquahoy.com/index.php?option=com_content&view=article&id=12064%3amexico-prevencamaroneros-exportaciones-por-34o-mdp-estatemporada&catid=58&itemid=100032&lang=es. Archer, M., Watson, R., Denton, J.W Fish waste production in the United Kingdom, the quantities produced and opportunities for better utilisation. Seafish Technology Sea Fish Industry Authority. Redes Internacionales: resources/publications.asp. Cañipa, A. Durán, M., Escobedo, G., García, R Aprovechamiento integral de cefalotórax de camaron. Serie Tecnologías mas limpias. Vol. 3, UNAM, PIQAyQA. ISBN México. D. F., México. Domard, A., Rinaudo, M Preparation and characterization of fully deacetylated chitosan. Int. J. Biol. Macromol. 5:49-Pf. Flores-López., M.L Recuperación termoquímica de quitina de camarón por tecnología limpia y su caracterización fisicoquímica. Tesis para obtener el grado de maestro en ciencia y tecnología de alimentos. Facultad de Ciencias químicas. Universidad Autónoma de Coahuila. Flores-Ortega, R. A., Barrera-Rodríguez, S., Durán-Domínguez, M. C Extracción ecológica de quitina y subproductos. Solicitud de Registro: Octubre 1, 2004., Facultad de Química, UNAM. IMPI. PA/a/2004/ (Aprobada, octubre de 2008). México D.F., México. Flores-Ortega, R.A Obtención y caracterización de esponja de quitina a partir de cefalotórax de camarón. Tesis de Maestría en Ciencias. Programa de Maestría y Doctorado en Ciencias Químicas. UNAM, México D.F., México. Flores-Ortega, R.A Obtención y caracterización de esponja de quitina a partir de cefalotórax de camarón. Tesis de Doctorado en Ciencias. Programa de Maestría y Doctorado en Ciencias Químicas. UNAM, México D.F., México. García, M.V Potencialidades de la quitina cubana en la elaboración de tabletas. Tesis de Doctorado en Ciencias Farmacéuticas. Departamento de Farmacia. Instituto de Farmacia y Alimentos. Universidad de la Habana. La Habana, Cuba. García-Gómez Rolando Salvador, Casariego-Año Alicia, Flores-Ortega Ronny Adrián, Jiménez-Espinosa Minerva Selene, Luna-Rodríguez Alejandra, Ramírez-Cruz Miguel Ángel, Pedroza-Islas Ruth, Durán-de-Bazúa María del Carmen Aprovechamiento integral de los residuos del camarón y otros crustáceos: Fuente de pigmentos y polímeros naturales. Rev. IMIQ, 45(3-4):

245 Hernández, C.H., Águila, A.E., Flores, A.O., Viveros, N.E.L., Ramos, C.E Obtención y caracterización de quitosano a partir de exoesqueletos de camarón. Superficies y Vacío. 22(3): López, C.J., Sánchez, M.D.I., Bueno, S.C Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón. Ideas Concyteg 5(60): Mármol, Z., Gutiérrez, E., Páez, G., Ferrer, J., Rincón, M Desacetilación termoalcalina de quitina de conchas de camarón. Multiciencias. 4(002):1-10. No, H. K., Cho, Y. I., Kim, H. R., Meyers, S.P Effective deacetylation of chitin under conditions of 15 psi/121ºc. J. Agric. Food Chem. 48: Parada, L.G., Crespín, G., Miranda, D.R Caracterización de quitosano por viscosimetría capilar y valoración potenciométrica. Revista Iberoamericana de Polímeros. 5(1):1-16. Parada, L.G., Crespín, G., Miranda, D.R Caracterización de quitosano por viscosimetría capilar y valoración potenciométrica. Revista Iberoamericana de Polímeros. 5(1):1-16. Rodríguez-Pedroso, A.T., Ramírez-Arrebato, M.A., Rivero-González, D., Bosquez-Molina, E., Barrera-Necha, L.L., Bautista-Baños, S Propiedades químico-estructurales y actividad biológica de la quitosana en microorganismos fitopatógenos. Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal. Revista Chapingo. Serie Horticultura. 15(3): Shimahara, K., Takiguchi, Y Preparation of crustacean, Methodos in Enzimology. 161:

246 A-T TL-2 CARACTERIZACIÓN DE ORGANOBENTONITAS PREPARADAS CON CO 2 EN CONDICIONES SUPERCRÍTICAS CHARACTERIZATION OF ORGANOBENTONITES PREPARED UNDER SUPERCRITICAL CO 2 CONDITIONS Elizabeth Manríquez-Reza* Estudiante de doctorado del PICYT (Posgrado Interinstituciónal de Ciencia y Tecnología) en el Programa de Ingeniería Ambiental del CIDETEQ, S.C. José de Jesús Pérez-Bueno Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C., José Domingo Ortiz-González Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. Parque Tecnológico Querétaro-Sanfandila, Pedro Escobedo, C.P , Querétaro; México 1 Dirección del autor principal (*): Parque Tecnológico Querétaro-Sanfandila, Pedro Escobedo, C.P , Querétaro; México. Tel.: ext. 7812, Fax: RESUMEN La modificación de las arcillas con surfactantes iónicos en condiciones estándar ha sido ampliamente estudiada debido a los resultados satisfactorios en la eliminación de compuestos orgánicos presentes en el agua. En este estudio, bentonita de sodio fue modificada con HDTMA como surfactante iónico y con Triton X-100 como surfactante no iónico. La síntesis de organobentonitas se llevó a cabo bajo condiciones de CO 2 supercrítico con el fin de evaluar la influencia de altas presiones, así como la influencia de CO 2 como soporte en la difusión de los citados surfactantes en la estructura interna de la bentonita. Se usaron espectroscopía de infrarrojo (FTIR), difracción de Rayos X (DRX) y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) para caracterizar el empaquetamiento de los surfactantes en la estructura intermediaria de la organobentonita. Además, se evaluó la capacidad de adsorción de fenol en la organobentonita. ABSTRAC The modification of clays with ionic surfactants under standard condition has been extensively studied due to the satisfactory results in removing organic compounds present in water. In this study, Na-bentonite was modified with HDTMA as ionic surfactant and Triton X-100 as nonionic surfactant. The synthesis of organobentonites was conducted under supercritical CO 2 condition in order to evaluate the influence of high pressures as well as the influence of CO 2 as carrier in the diffusion of the named surfactants in the internal structure of bentonite. Fourier Transformed Infrarred Spectroscopy (FTIR), X Ray Diffraction (DRX) and High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) have been use in order to characterized the packing of surfactant in the interlayer structure of the organobentonite. Additionally, the adsorption capacity of phenol on organobentonite has been evaluated. 246

247 Palabras clave: Bentonita, tratamiento, agua, organoarcillas, adsorción Key Words: Bentonite, remediation, water, organoclays, adsorption INTRODUCCIÓN El CO 2 supercrítico ha sido ampliamente usado para procesamientos farmacéuticos, ya que se tienen como beneficios: a) reducción en el uso de solventes convencionales, b) generación de productos relativamente libres de contaminantes, c) producción de micro y sub-micropartículas con control de tamaño y pureza, d) control de porosidad si se escogen las vías adecuadas en el proceso, e) extracción y fraccionamiento de compuestos farmacéuticos, g) encapsulamiento de drogas, h) esterilización de productos farmacéuticos, etc. (Banat et al., 2000; Cooney y Xi, 1994; Dutta et al., 1997; Fang y Cheng, 1997; Patil y Brothakur, 1992; Rawajfih y Nsour, 2006). Las condiciones supercríticas cada vez cobran mayor importancia en el ámbito ambiental. Su mayor éxito ha sido la descomposición de compuestos tóxicos en agua supercrítica. El proyecto propone la hipótesis de que las condiciones termodinámicas que ofrece particularmente el CO 2 supercrítico permiten aumentar las eficiencias de las organoarcillas en el tratamiento de aguas. Esto sería especialmente favorable, ya que las temperaturas de trabajo serían no mayores de 40 C y el CO 2 es un consumible económico, de tamaño molecular pequeño, seguro e incluso reutilizable de manejarse en un ciclo cerrado (Rawajfih y Nsour, 2006). El incremento de la población conlleva un creciente volumen de aguas que requiere tratamiento para diversas actividades humanas, por lo cual se plantea el uso de arcillas expansivas que son abundantes en la naturaleza, surfactantes accesibles y baratos dentro de un método de preparación escalable capaz de variar parámetros termodinámicos. La preparación de organoarcillas en condiciones ambientales no es del todo eficiente en el uso de materias primas y el grado de empaquetamiento de surfactantes; por ello, el medio de reacción con fluido supercrítico eficientiza la preparación al llevar a las moléculas de surfactante, a través del CO 2, al interior de la estructura cristalina (Banat et al., 2000). El problema de los materiales actual de adsorción de contaminantes presentes en agua es la carencia de selectividad, reduciendo su eficiencia al adsorber diferentes especies, incluida la dureza del agua (carbonatos, etc.) Las organoarcillas han demostrado cierto grado de selectividad, lo cual podría representar una gran ventaja. Los compuestos fenólicos son generados por la industria del petróleo y las industrias productoras de fenol (Fang y Cheng, 1997) y son considerados como contaminantes prioritarios debido a que son dañinos para la salud humana aun a bajas concentraciones (Dutta et al., 1997). El carbón activado es uno de los adsorbentes más efectivos para la eliminación de fenoles debido a que posee una gran área superficial por unidad de masa (Kilduff y King, 1997; Mollah y Robinson, 1996; Patil y Brothakur, 1992;). Sin embargo, debido a su alto costo, muchas investigaciones se centran en la búsqueda de nuevos adsorbentes de bajo costo y de rápido alcance, capaces de eliminar contaminantes orgánicos (Thawornchaisit y Pakulanon, 2007) e inorgánicos (Navarro et al. 2006; Ramos et al., 2004) de aguas residuales. Recientemente, existe un creciente interés en el uso de arcillas naturales como caolinita, saponita y montmorillonita (bentonitas) para la eliminación de metales pesados y contaminantes orgánicos presentes en soluciones acuosas (Gutierrez y Fuentes, 1996). La bentonita, es el nombre comercial de una arcilla perteneciente a la familia de las esmectitas con un alto contenido en montmorillonita y es utilizada principalmente en el blanqueamiento de aceites, pinturas y en algunos productos farmacéuticos. La abundancia de la bentonita en muchas partes del mundo y su bajo costo y sus propiedades de hidratación e intercambio iónico la convierten en un fuerte candidato para ser empleada como adsorbente en la eliminación de contaminantes (Chegrouche et al., 1997; Sun-Kou et al., 2000; Tuesta et al., 2005). Las bentonitas poseen una naturaleza hidrofílica, por lo que necesitan ser pre-tratadas para incrementar su afinidad por 247

248 adsorbatos hidrofóbicos. Para ello, se intercala la superficie laminar de la bentonita con moléculas orgánicas (Triton X- 100 y Zonyl FSN) a manera de una película superficial delgada, para incrementar las interacciones hidrofóbicas con moléculas poco polares en medio acuoso. Las arcillas orgánicamente modificadas se fabrican recubriendo la superficie de plaquetas de montmorillonita con surfactantes o aminas (tensoactivos). Este proceso convierte a la arcilla en hidrófoba y organófila. Los tensoactivos, tienen un ion cargado positivamente en un extremo, que se une a la superficie de la arcilla al substituir los iones de sodio y calcio mantenidos en la superficie de la arcilla por intercambio iónico con fines de equilibrio eléctrico (Lagaly, 1984). El otro extremo es neutro, comúnmente rodeado por un ion halógeno tal como el cloro o el bromo. Esta parte del tensoactivo se extiende en el agua y se particiona dentro de las micelas de aceite y otros compuestos orgánicos de baja solubilidad; por consiguiente, una organoarcilla es un tensoactivo con una base solida. Dichas organoarcillas puedes extraer compuestos inorgánicos u orgánicos como el antraceno, PNA, PCB y otros hidrocarburos (Mortland et al., 1986). La organoarcillas se utilizan en forma de polvo en los sistemas de procesamiento por lotes o granuladas en los sistemas de flujo continuo, como los adsorbentes de carbón o los filtros de arena. Por ejemplo, para la separación de aceites, la organoarcilla se mezcla con antracita a fin de extraer las micelas grandes de aceite y mantener los espacios intersticiales de los poros abiertos por más tiempo. Las organoarcillas extraen hasta el 60% de su peso en aceite, siete veces más que el carbón activado; el carbón activado se inhibe, es decir que los poros son bloqueados por las micelas de aceite y otras sustancias orgánicas de gran tamaño, alto peso molecular y baja solubilidad (Sánchez et al., 2003). La organoarcilla tiene afinidad por dichas moléculas y no se obstruye porque la reacción de partición se produce fuera de las plaquetas de arcilla. La organoarcilla actúa como agente prelimpiante del carbón activado, las resinas de intercambio iónico y las membranas (Wang et al., 2007). Metodología Se trabajó con dos arcillas tipo bentonita con alto contenido de montmorillonita (bentonita de sodio y bentonita de calcio), extraída en Querétaro con nombre comercial LODBENT. Dichos material tiene un tamaño de partícula uniforme; sin embargo. se utilizaron muestras de tamaño de partícula de malla 100. En el primer experimento se intercala cada muestra de bentonita en una suspensión, conforme a la siguiente relación, 10 g de arcilla en 1 L de agua desionizada a temperatura a 25 C, mezclando uniformemente en conos HIMOFF durante 5 minutos, con la finalidad de expandir las organoarcillas (hinchamiento) y facilitar el intercambio de los cationes de sodio y calcio. Después a cada muestra de bentonita se agregan de meq de surfactante TRITON X-100, repitiendo esta operación con el surfactante ZONYL FSN, retirando el exceso de solución por decantación. Posteriormente se toman muestras de la arcilla expandida con el surfactante, midiendo el ph a la entrada y salida del proceso, las muestras se colocan en un portamuetras (vástago de PVC), este se coloca dentro del reactor de CO 2 FSC, realizándose el diseño de experimentos presentado en la Tabla 1, para cada bentonita con su respectivo surfactante para un tiempo de 15 y 20 min. Finalizado este proceso cada muestra se deshidrata y pulveriza, después se codifica cada organoarcilla de acuerdo a su respectivo surfactante y condiciones de experimento. Tabla 1. Diseño de experimentos para cada bentonita Parámetros Presión (psi) Temp. ( C) 45 A b 35 C d (S.I.: 14.7 psi = kpa) 248

249 En el segundo experimento se intercala cada muestra de bentonita en una suspensión, conforme a la siguiente relación, 10 g de arcilla en 1 L de agua desionizada a temperatura a 25 C, mezclando uniformemente en conos HIMOFF durante 5 minutos, con la finalidad de expandir las organoarcillas (hinchamiento) y facilitar el intercambio de los cationes de sodio y calcio. Después a cada muestra de bentonita se agregan de meq de surfactante TRITON X-100, repitiendo esta operación con el surfactante ZONYL FSN, retirando el exceso de solución por decantación. Se pasa a un matraz Erlenmeyer y se lleva a autoclave a temperatura 127 C±1 y presión de 21 psi±4. Finalizado este proceso cada muestra se deshidrata y pulveriza, después se codifica cada organoarcilla de acuerdo a su respectivo surfactante y condiciones de experimento. Las muestras a tratar se prepararon por dilución de una solución stock de fenol (ALDRICH, 99.5% de pureza) de 1000 mg L -1 en agua desionizada. Las concentración de trabajo es de 400 mg L -1 y se utilizó un equipo UV-VIS CINTRAL VER 2.1 GBC SCIENTIFIC EQUIPMENT para determinar la concentración de fenol. En todos los casos de adsorción se considera un volumen de 100 ml, cuya concentración es 400 mg L -1 de fenol ajustando el ph a 6 y temperatura de 25 C durante un tiempo de 2 h 10 min con 1 g de organoarcilla. Finalmente se centrifugan las soluciones y se determino su concentración. La muestra control fue idéntica a las muestras descritas pero sin adsorbente. El difractograma de rayos X fue obtenido con un difractómetro Bruker modelo D8 Advance a 40 KV y 40 ma, utilizando la radiación de CuKα1, a una velocidad de barrido de /paso y un incremento de 0.04 paso/ 2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Difracción de rayos X El DRX de la montmorillonita (Figura 1), exhibe la presencia de tres fases cristalinas que son: montmorillonita, cristobalita y cuarzo. Los datos indican un alto grado de cristalinidad para la montmorillonita que concuerdan con el patrón de difracción JCPDS El pico más intenso, correspondiente a d 001 con un valor de Å para la bentonita de calcio y valor de Å para la bentonita de sodio típico de montmorillonitas que presentan una capa de agua adsorbida entre sus láminas (Tabla 2). La cristobalita se identificó con el pico de reflexión d Å y para cuarzo d Å (Figura 2). Estos picos corresponden a los estándares JCPDS: y , respectivamente. Figura 1. DRX de caracterización de las bentonitas, identificando los picos de montmorillonita en d Å para bentonita de calcio y Å para bentonita de sodio. M: montmorillonita, C: Crisobalita y Q: Cuarzo Figura 2. Difractogramas comparativos en la modificación de bentonitas con surfactantes, TRITON X-100, ZONYL FSN, en condiciones de CO 2 FSC, vapor de agua y sin tratamiento El primer pico d 100 es en el que se presentan los cambios referidos al espacio interlaminar de montmorillonitas, intercambiando los cationes de Na y Ca, que se sustituyen parcialmente con las moléculas de surfactantes 249

250 correspondientes de acuerdo a lo reportado en bibliografía, sufriendo un ensanchamiento en el pico d 100 desplazado a la izquierda que indica el acomodo del surfactante de cadena larga dentro del espacio interlaminar. Tabla 2. Obtención del espacio interlaminar característico de las bentonitas, denotando la presencia principal de montmorillonita d 001. Adsorción Se realizo una curva de calibración para mg L -1 (Figura 3) en un equipo UV-vis CINTRAL ver 2.1 GBC SCIENTIFIC EQUIPMENT, para esto se hace un barrido con la solución problema y se determina la mayor longitud de onda de trabajo para fenol, logrando un valor de nm de absorbancia (Figura 4). En el proceso de adsorción la cantidad de fenol adsorbido por las organoarcillas fue expresado en porcentaje de adsorción mediante la ecuación %ADS = ((Ci Cf) / Ci) * 100, donde Ci y Cf son la concentración en equilibrio, respectivamente, del fenol expresada en ppm. Se considero como comparativo el carbón activado, pues la arcilla por sí sola no adsorbe más de un 10% de fenol. En los tres casos de estudio se muestra una creciente retención de fenol, para el caso de las organoarcillas es debido a la mayor cantidad de surfactante y acceso a los centros de adsorción en la superficie activa, alcanzando valores cercanos al 71.9 %, línea verde, % línea roja y su comparativo con carbón activado de % (Figura 5). Figura 3. Curva de calibración de mg L -1 de fenol CONCLUSIONES Figura 4. Longitud de onda máxima para fenol: nm Figura 5. Efectos de la adsorción en un tiempo de equilibrio igual a 120 min, a 25 C sin agitación Los resultados de este estudio muestran la conversión de arcillas expansivas (bentonita-na) a organoarcillas en tres diferentes procesos: en condiciones ambientales, en autoclave con vapor de agua y en CO 2 en estado supercrítico. Los resultados de este estudio muestran que las arcillas organofílicas con TRITON X-100 poseen una mayor adsorción de fenol, en comparación con el carbón activado. Esto abre la posibilidad de realizar un proceso combinado, para lograr mejores adsorciones de un rango más amplio de compuestos orgánicos. 250

251 AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al CONCYTEQ por el apoyo brindado para asistir a este encuentro. También, se agradece al CONACYT, tanto por beca para estudios de Maestría como por el financiamiento a través del proyecto de Ciencia Básica Se agradece a la Ing. Arely Iraís Cárdenas Robles y la Dra. Linda Victoria González Gutiérrez (CIDETEQ) por el apoyo brindado en los análisis de UV-vis. REFERENCIAS Banat, F., Al-Bashir, B., Al-Asheh, S., Hayajneh, O Environ. Pollut., 107, Chegrouche, S., Mellah, A., Telmoune, S Water Res., 31, Cooney, D., Xi, Z AIChE Journal., 40, Dutta, N., Patil, G., Brothakur, S Sep. Sci. Technol., 27, 1435 Fang, H., Cheng, O Water Res., 31, Gales, M., Booth, R American Water Works Association, 68, 540 Groisman, L., Rav-Acha, C., Gerstl, Z Appl. Clay Sci., 24, Gutierrez, M., Fuents, H Appl. Clay Sci., 11, Kilduff, J., King, C Ind. Eng. Chem. Res., 36, Mollah, A., Robinson, C Water Res., 30, Navarro, AE., Ramos, K., Campos, K., Maldonado, H Rev. Iberoamer. Polím., 7, 2, Ramos, K., Navarro, AE., Chang, L., Maldonado, H Rev Soc Quím Perú., 70, 3, Rawajfih, Z., Nsour, N J. Colloid Interface Sci., 298, 1, Sun-Kou, M., Sandoval, J., Terrones, C Bol. Soc. Quím. Perú., LXVI, 4 Thawornchaisit, U., Pakulanon, K Bioresour. Technol.,, 98, 1, Tuesta, E., Vivas, M., Sun-Kou, M., Gutarra, A Rev. Soc. Quím. Perú., 71, 1,

252 A-T TL-3 CORPORACIONES TRANSNACIONALES VERSUS SALUD PÚBLICA EN EL RING DEL MERCADO DEL VITAL LÍQUIDO TRANSNATIONAL CORPORATIONS VERSUS PUBLIC HEALTH IN THE RING OF LIQUID LIFE MARKET María del Pilar Peña-Cruz* Profesora- Investigadora de la Escuela Superior de Comercio y Administración, Sto. Tomás, del Instituto Politécnico Nacional en la Sección de Estudios de Posgrado. Doctora en Ciencias Administrativas. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores. *Mar Mármara 418-8, Col. Popotla, México, D.F., México. Tel RESUMEN El recurso natural más valioso de la Tierra es el agua y ésta el hombre la relaciona con la producción. Hay quienes afirman que las guerras del Tercer Milenio serán por agua; pues el desarrollo creciente de la industria y el abuso de los recursos naturales han afectado su distribución, su calidad y abastecimiento. Este artículo se enfoca a difundir los resultados de la investigación administrativa y social sobre un producto conocido y utilizado cotidianamente en el mundo, denominado agua embotellada que se consume copiosamente en México y posiciona al país en segundo lugar mundial en consumo, lo cual es considerado un fenómeno social. El libre mercado y el neoliberalismo, actuales, permiten que grandes empresas trasnacionales se orienten a la obtención de exageradas utilidades con la venta de esta sustancia vital convertida en producto y, hasta asegura, la mercadotecnia publicitaria sus propiedades para adelgazar pero no publican que el envase de plástico contamina el medio ambiente. Ya que el agua es un derecho humano, es necesaria su correcta administración y vigilancia por las autoridades correspondientes para preservar el agua para la población y sus futuras generaciones. ABSTRACT The most valuable natural resource on Earth is water, is man related to production, there are those who say the wars of the Third Millennium will be on water, as the industry's increasing development and abuse of natural resources have affected distribution, quality and supply. This article focuses on disseminating the results of administrative and social research on a product known and used daily in the world, called "bottled water" heavily consumed in México and the country ranks second in worldwide consumption, which is considered a social phenomenon. The current free market and neo-liberalism, allow large multinational corporations targeting to obtain inflated profits from the sale of this vital substance converted into a product, and even having advertising marketing to ensure their lose weight properties but do not release that plastic container pollutes the environment. Since water is a human right, we need appropriate oversight and management by authorities to preserve water for people and future generations. Palabras clave: Agua embotellada, contaminación, escasez, producción, rentabilidad Key Words: Bottled water, pollution, scarcity, production, profitability 252

253 INTRODUCCIÓN La Teoría de los Recursos para obtener superiores utilidades en una empresa se logra mediante recursos y capacidades difíciles de imitar como ha sucedido con empresas trasnacionales que al vender agua embotellada en todo el mundo han obtenido utilidades estratosféricas y tienen el monopolio de ese producto. Su orientación al mercado ha sido relacionada con la ventaja competitiva y su objetivo es la satisfacción de las necesidades del cliente. Los consumidores cambiantes se inclinaron por la moda de comprar y beber agua embotellada portátil, lo cual cambia antiguos hábitos y hacen que las empresas adquirieran un potencial de ventas alto. La clave fue estudiar como reaccionaban los consumidores ante una innovación de la necesidad esencial del cuerpo humano de hidratarse y predecir las opciones que consideraran los consumidores para conservar a sus clientes y ganar otros. El agua es un derecho universal, pero no que la embotellen y la vendan, sin embargo, existe una relación causal entre clientes satisfechos y utilidades más altas con la compra masiva de agua embotellada. El agua portátil que se consume obedece a las campañas publicitarias de incitar al publico cautivo a tomar grandes cantidades cúbicas de este ahora producto, sin que las autoridades informen si las tomas de agua domiciliarias proporcionan agua potable segura y saludable. El consumo de agua embotellada se ha popularizado masivamente y va en aumento, por lo que su venta hace de ella un negocio exitoso en México que ocupa el segundo lugar a nivel mundial en consumo sin importar su alto costo. "Las compañías de gran alcance como Coca-Cola de México, Danone de México, Pepsi Bottling Group y Pepsico están cambiando sus táctica de la comercialización para mejorar ventas con una nueva imagen restaurada que hace referencia a la salud de mexicanos", puntualizó en un reporte Euromonitor International. La Encuesta Nacional de Ingresos y Gastos de los Hogares reveló que el 9.5 por ciento de los ingresos de las familias se destinan a la compra de bebidas alcohólicas y no alcohólicas. Los analistas aseguran que las compañías refresqueras han comenzado a tomar conciencia de que serán el agua embotellada y los jugos los que impulsarán la comercialización y los que contribuirán a ampliar sus márgenes de ganancia. México ocupa el segundo lugar mundial en el consumo de agua embotellada per cápita y el número uno en América Latina, según la Asociación Nacional de Productores y Distribuidores de Agua Purificada. En México se comercializa el 52 por ciento de toda el agua en botella que se vende en América Latina, en presentaciones variadas de 250, 350 y 500 mililitros, litro y medio. Se estima que la más redituable es la de garrafón que representa 83 por ciento en el volumen de ventas, según lo manifestado por el Grupo Reforma, el 18 de agosto de En medio de una amenazante escasez de agua y del encarecimiento que de este vital líquido hacen empresas trasnacionales, el consumo en México registra un crecimiento de 10 por ciento cada año, incluso mayor a los refrescos, según estadísticas del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Hace apenas once años que este nicho de mercado empezó a fortalecerse y comenzaron a surgir, más allá de los garrafones tradicionales, envases más pequeños que estaban dirigidos originalmente a deportistas y personas interesadas en cuidar su peso y salud. El crecimiento de este segmento es notorio: del año de 1999 al 2000 los volúmenes de venta reportaron un crecimiento de 11.4 por ciento; en el periodo aumentó a 14.9 por ciento y posteriormente registró un aumento histórico de 19.3 por ciento, el más alto en los últimos años. Sin embargo, de un total de 310 marcas evaluadas en el país, se concluye que el agua envasada es poco satisfactoria, desde un punto de vista sanitario, no es recomendable para el consumo humano. La recomendación es sencilla; hervir o filtrar el agua de la llave es una alternativa más barata y sostenible cuando se requiere beber un líquido de mejor calidad, 253

254 según la Secretaria de Salud. El costo promedio del litro de agua embotellada es de 10 pesos, de acuerdo con la presentación podría alcanzar 25 pesos; es decir, tres veces más que el litro de gasolina que cuesta más de siete pesos, de acuerdo con la Profeco. Pero hay marcas que por su presentación de lujo tienen precios aún más elevados. La mayoría de empresas extraen el líquido de pozos y manantiales, principalmente ubicados en Puebla, Estado de México, Jalisco y Colima; pero la mayoría de los negocios la extraen de la llave y la purifican. Desde el punto de vista ambiental, es perjudicial ya que su producción y distribución implica la utilización de mucha energía y combustible, incrementando las emisiones que favorecen el efecto invernadero, y su eliminación genera una gran cantidad de residuos. En Estados Unidos, más de 40 millones de botellas de agua se abandonan diariamente en los basureros y lotes baldíos. El plástico del que están fabricadas, cuya materia prima es el petróleo crudo, nunca se deshace. Las botellas de plástico son las más rebeldes a la hora de transformarse, al aire libre pierde su tonicidad, se fragmentan y se dispersan, y enterradas duran más, aunque podrían pasar hasta mil años en biodegradarse. La mayoría está hecha de Tereftalato de Polietileno. Al año reciclan poco más de 26 mil toneladas de botellas de plástico, aunque semanalmente unas 50 millones de unidades podrían ir a los tiraderos y coladeras. La gran demanda de agua embotellada está provocando que a nivel mundial se registren crecimientos superiores a 15 por ciento anual en ventas. METODOLOGÍA Se observó que el agua embotellada portátil se ha convertido en un problema, se hicieron conjeturas en relación a ello y se llegó a formalizar una hipótesis. Se buscaron las evidencias y si estas fueran correctas, habría que empezar actuar difundiendo el conocimiento con ciertos valores y normas, ya que al tener una sospecha razonable, se adquiriría una responsabilidad moral, por ejemplo: Por qué se vende a elevado costo el agua embotellada. Se hicieron las siguientes preguntas: Por qué tiene un mercado cautivo siendo tan cara?; Se puede considerar pura?; Por qué hay tantas marcas de agua embotellada?, Qué hace el gobierno para regular dicho consumo?, Es una necesidad real el consumo de este producto?, Es rentable la producción de este artículo?, Para quién es rentable?, Se pueden incubar en México negocios para este producto? Se observó a este respecto intereses comerciales, industriales, económicos y políticos con esta mercancía. Para el caso, se revisó hemerográficamente lo escrito por periodistas especializados en bancos de datos, en revistas, en artículos, en monografías y tesis de posgrado sobre el tema; a fin de aplicar una lógica sobre el sujeto de estudio, y tener un método que permitiera proceder con actividades propias de esta investigación, en condiciones de verdad, así como una prospectiva. Se recopilaron las generalizaciones para después revisarlas y actualizarlas. Por ser una línea de investigación, se describió y evaluó la información obtenida sobre el agua embotellada portátil y los resultados obtenidos. RESULTADOS Los resultados se dividieron en dos secciones en la primera se presentan los datos socio-económicos del nivel de mercado y en la segunda, los datos sobre el suministro de agua potable por el Gobierno en México. DISCUSIÓN En México, más de 10 millones de personas no tienen red pública para recibir el servicio de agua entubada; la cobertura en zonas rurales registra 68%, en contraste con 94.3% de las zonas urbanas. Lo anterior, de acuerdo con el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI), que informó en el marco del Día Mundial del Agua que en la República Mexicana existe alrededor de 653 acuíferos, de los cuales 104 están sobre-explotados: 254

255 La disponibilidad natural del agua por habitante en México en 2005 fue de cuatro mil 573 metros cúbicos anuales. En el Valle de México se registró la menor cantidad per cápita (192 metros cúbicos), mientras que en la región Frontera Sur la mayor concentración (poco más de 25 mil metros cúbicos). El mayor abastecimiento de agua por red pública se registra en Chihuahua con 98.8 por ciento, Distrito Federal y Aguascalientes 97.1, en cada caso, mientras que en Guerrero, Oaxaca y Chiapas se reportan los más bajos, 63.9, 70.9 y 71.1 por ciento, en ese orden. La contaminación, el desperdicio y la mala utilización que se hace del agua ubicaron a México en el lugar 81 a nivel mundial entre las naciones que tienen una disponibilidad promedio baja de este recurso natural. De acuerdo con el II Informe de Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo, otros factores que contribuyen a esta situación son la falta de pago por el servicio y el crecimiento demográfico. En México, la proporción del líquido que recibe tratamiento ha pasado de 20 a 35 por ciento en los últimos años. Sin embargo, una gran cantidad de recurso contaminado aún se vierte en ríos, lagunas, lagos y zonas costeras, sin ningún tratamiento previo y es transmisor de enfermedades e infecciones intestinales como tifoideas, disentería y gastroenteritis. La tasa de mortalidad por estos males en menores de cinco años se ha reducido de mil 234 casos por cada 100 mil habitantes, en 1990, a 4.0 casos en En las áreas rurales la tasa es de 6.9 y de 3.0 en las urbanas. En cada continente, según el Consejo para el Acceso al Agua y a Recursos Sanitarios (WSSCC), existen zonas con déficit de agua o con grandes dificultades de acceso, a causa de fenómenos medioambientales como las sequías, combinados con un mayor consumo derivado del crecimiento global de la población y del desarrollo económico. Por ello, más de una sexta parte de la población mundial (mil 100 millones de personas) no dispone de un acceso garantizado y asequible a ese recurso natural e, incluso en lugares donde aparentemente hay agua suficiente, los pobres tienen dificultades para acceder a ella, denuncia el citado organismo, auspiciado por la OMS. Además, dos de cada cinco personas -unos millones- no tienen acceso a servicios sanitarios adecuados, lo que determina su salud, educación y desarrollo económico, factores clave para salir de la pobreza. La directora ejecutiva del WSSCC, Joan Lane, alerta de que las enfermedades relacionadas con el agua, entre ellas la diarrea, son la principal causa de las muertes entre los niños y acaban con muchas más vidas que el sida (La Crónica de Hoy, en AcuaBlog 22 Marzo 2007). CONCLUSIONES Existen zonas con déficit de agua o con grandes dificultades de acceso, a causa de fenómenos medioambientales como las sequías o su mala distribución por parte del Estado; combinados con un mayor consumo derivado del crecimiento global de la población y del desarrollo económico Las empresas multinacionales aprovechan dichas dificultades para hacer rentable el agua embotellada en un 100% El consumo de agua embotellada se ha popularizado masivamente y va en aumento en todo el mundo, por lo que su venta es sin duda una buena mercancía para un negocio exitoso Las políticas de privatización de bienes y servicios como el agua embotellada se convierten en un sector más dinámico en toda la industria de la alimentación Las empresas trasnacionales como Coca Cola y Nestlé han monopolizado el mercado del agua embotellada por sus recursos financieros y recursos humanos capacitados, así como a su infraestructura. No tienen competidores debido a su planeación estratégica y que aplican el proceso administrativo Las empresas transnacionales que comercializan el agua embotellada analizaron, además, la psicología de los hábitos de los consumidores que dividieron en grupos de acuerdo cómo reaccionan ante un nuevo producto, entre los que se encuentran: gustos, productos, esenciales, prescindibles, postergables; lo que les permitió 255

256 evaluar su riesgo en ventas y elaborar distintas tácticas que les ayudaron a conservar sus clientes y ganar muchos otros Falta desarrollar una fuerte campaña masiva, para cambiar la cultura de los consumidores, así como también reciclar los envases de plástico evitando tirarlos en las calles Los hábitos de consumo del agua embotellada deben transformarse hacia el agua de la llave, con campañas gubernamentales donde se informe a la ciudadanía sobre el tratamiento y distribución del agua potable Para solucionar este problema se necesitan generar cambios importantes en los procesos productivos y de abastecimiento por parte del Estado y evitar el derroche de recursos y energía. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Peña-Cruz, P Oro Líquido: Agua Embotellada: 3er Lugar en Ranking Mundial de Ventas después del Petróleo y el Café. CIECAS, IPN. Pp , México Peña-Cruz, P Una Controversia Llamada H20. Debate sobre la Privatización del Agua Potable en México. CIECAS, IPN. P México Ferrier, C Bottled water: understanding a social phenomenon. Discussion paper commissioned by WWF. April livingwaters/pubs/bottled_water.pdf Clarke, T., Barlow, M La furia del oro azul. El desafío ante la privatización de los sistemas de agua en Latinoamérica. Rebelión, Sección: Ecología social. Agua, el oro del siglo XXI. Torres, I Duplican mexicanos consumo de agua embotellada en 9 años. Del periódico La Crónica [versión electrónica]. Marzo 22. Recuperado el 27 de marzo de 2008 de: nota.php?id_nota=353204# UNESCO, (2003). Agua embotellada: Comprender un fenómeno social [versión electrónica]. Recuperado el 22 de mayo de 2008 de: URL_ID=5226&URL_DO=DO_TOPIC&URL_SECTION=201.html 256

257 A-T TL-4 ESTUDIO DEL EFECTO DE UNA CUBIERTA DE CALCITA EN LA GENERACIÓN DE DRENAJES ÁCIDOS A ESCALA DE LABORATORIO STUDY OF THE EFFECT A QUICK LIME COVERAGE TO CONTROL ACID MINE DRAINAGE GENERATION AT LABORATORY SCALE Jorge Luis De-Jesús-Mosco* Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental. Departamento de Ingeniería Química Lucía Sarahí López-Alfaro Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental. Departamento de Ingeniería Química María del Refugio González-Sandoval Colegio de Ciencias y Humanidades Plantel Sur. UNAM José Antonio Barrera-Godínez Departamento de Ingeniería Química Metalúrgica. Facultad de Química. UNAM. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental. Departamento de Ingeniería Química. UNAM. *Laboratorios 301, 302, 303, Conjunto E de la Facultad de Química, UNAM. Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental. Departamento de Ingeniería Química. Paseo de la Investigación Científica s/n México D. F. México. Teléfono al 02. Fax: Correo-e ( ) RESUMEN Actualmente, la minería en México juega un papel importante en la economía nacional. La industria, en el desarrollo de sus procesos, también aumenta la generación de residuos. Entre estos residuos los hay con metales pesados, los jales, que son residuos sólidos que contienen, además de metales y metaloides pesados, potencialmente tóxicos, también tiene una gran proporción de pirita, que al contacto con el agua y aire atmosféricos llevan a cabo en reacciones de oxidación, generando acidez y con ella lixiviados que disuelven a los minerales circundantes, lo que crea un grave problema ambiental, debido a que estos lixiviados pueden llegar a cuerpos de agua cercanos aumentando su valor de ph y la concentración de metales pesados en éstos. Se define a una presa de jales como una obra de ingeniería construida expresamente para separar el agua de los residuos del proceso de flotación y contenerlos. Los diversos métodos de control de los lixiviados ácidos generados en las presas, por los jales mineros generalmente, limitan el contacto de éstos con el oxígeno, mediante coberturas de muy diversos materiales que comprenden desde la inundación con una profundidad calculada, coberturas secas con materiales de muy bajo costo o residuales de otras industrias e incluso permitir el desarrollo de suelo sobre los 257

258 jales. En esta investigación se evaluó, por medio de pruebas cinéticas en celdas de humedad, el efecto de una cobertura seca de carbonato de calcio y la misma, combinada con bisulfito de sodio como controladores del drenaje ácido de minas en jales, previamente intemperizados en celdas de humedad. Utilizando como parámetros de control, el valor de ph en el sobrenadante y el lixiviado, conductividad eléctrica, concentración de sulfatos y de metales como hierro, cobre, plomo, zinc y plata. ABSTRACT Currently, mining in Mexico plays an important role in national economy. The industry, performing their processes, increases waste generation. Among these wastes there are heavy metal content ones, tailings, which are solid wastes containing, heavy metals and metalloids potentially toxic an a great proportion of pyrite, this tailings have a great potential for acid generation due to natural oxidation that occurs when they have contact with atmospheric water and oxygen. These acids conditions dissolve minerals in the tailings realizing an environmental problem; due to this leachates can reach nearby water bodies increasing the ph value and heavy metal concentration. A tailing pond is definite as an engineering work purpose-built to separate water from flotation process wastes and contain it. Diverse control methods of acid leachates generated in tailing ponds, in general, limit the contact between wastes and atmospheric oxygen using diverse material coverage. Ranging from flood with calculated deep, dry coverage whit low cost materials including wastes from other industries and soil development over tailings. This research evaluated by kinetic tests in humidity cells, the effect of quick lime coverage and the same coverage combined with bisulfite salts as controllers of acid mine drainage, in tailings previously weathered in humidity cells, ph value, in supernatant and leachate, electric conductivity, sulfates and heavy metal as iron, cooper, lead, zinc and silver; concentrations were used as control parameter Palabras clave: Bisulfito de sodio, carbonato de calcio, celda de humedad, cobertura seca, drenaje ácido Key Words: Acid drainage, dry coverage, quick lime, humidity cells, sodium bisulfite INTRODUCCIÓN La industria minera nacional, a través de sus procesos de extracción y transformación genera problemas de contaminación (INE, 2005). Del proceso de flotación, se genera residuos sólidos, conocidos como jales (del náhuatl xalli, arenas finas), con metales pesados que son potencialmente tóxicos (González-Sandoval 2006). Los jales, al estar expuestos al agua y oxígeno atmosféricos sufren un proceso de oxidación natural que, ocurre lentamente, produciendo ácido sulfúrico y sulfato férrico. Las reacciones de oxidación de la pirita que se llevan a cabo, pueden resumirse en la ecuación química 1.1 (Bullock y Bell, 1994; EPA, 1994). Los productos de la reacción provocan la solubilización del mineral y la liberación de cationes metálicos y metaloides contenidos en él, el conjunto puede lixiviarse y llegar a cuerpos de agua circundantes (Audry y col., 2005), la reducción en el valor de ph causa la muerte de la flora y fauna acuáticas. A este tipo de contaminación se le conoce como drenaje ácido de mina (DAM). El DAM alcanza típicamente un valor de ph dentro del intervalo de 2.5 a 5.0, con altas concentraciones de metales pesados tales como Fe, Zn, Cu y Pb, usualmente asociados con el ion sulfato SO 4 2 (Aubé y Payant, 1997; Lee y Lee, 2004). FeS 2(s) +15/2O 2 + 7/2H 2 O Fe(OH) 3(s) + 4H + + 2SO 4 2- (1.1) Para controlar la generación del drenaje ácido de mina, se utilizan diversos métodos, los cuales van desde la inundación parcial o total de las presas de jales (Khozhina y col., 2008) hasta colocar diversas cubiertas de materiales de bajo costo que funcionan como neutralizantes o como barreras que evitan la difusión del oxígeno atmosférico a través de los jales (Belzile y col., 1997, Harris y col 2001, Zhang y col., 2003). Se ha propuesto el uso de materiales residuales alcalinos como las cenizas volantes de las plantas termoeléctricas, el licor verde de la industria papelera, incluso, permitir el desarrollo de suelo sobre la superficie de los jales. Se ha dado gran 258

259 aplicación a las coberturas secas alcalinas de cal y calcita. El bisulfito de sodio se aplica en los sistemas de transporte de agua o de generación de vapor para calderas, debido a la propiedad que tiene para reaccionar inmediatamente con el oxígeno, disminuyendo la concentración de oxígeno disuelto. METODOLOGÍA Las muestras en las celdas de humedad son muestras previamente intemperizadas puesto que así es como se encuentran en la presa de jales en forma natural y se requiere que el experimento desarrollado en el laboratorio sea comparativo con el fenómeno presente en el campo. Las muestras tuvieron un tratamiento previo consistente en: l) extracción de los recipientes en donde se encontraban almacenadas, 2) secado a temperatura ambiente, 3) homogenización por traspaleo y 4) formación de muestras de un kilogramo, 5) depósito en las celdas de humedad. Las muestras por lo general se protegen en las celdas con una tapa de plástico, posteriormente se colocó una cubierta de calcita o de calcita combinada con bisulfito de sodio. Dichas celdas de humedad se construyen con las características enlistadas a continuación. 1. Sistema de difusión de aire: a) difusor de tubo de polietileno con perforaciones para difundir el aire sobre la superficie de las muestras de jales, b) suministro de aire con una bomba de acuario capaz de proporcionar al menos 3 L min -1 de aire 2. Aire, el cual no tuvo ningún tratamiento previo antes de ingresar al sistema 3. Agua desionizada, útil para realizar los riegos en periodo húmedo y para generar los lixiviados ácidos 4. Calcita grado industrial 5. El bisulfito de sodio grado analítico se incorpora a los jales por medio de una disolución que se aplica en la superficie de los jales con el objeto de lograr una distribución homogénea del bisulfito, el sistema completo se presenta el la Fig. 1. Bomba de aire 192 mm Salida de aire Tapa de la celda Distribuidor de aire Cama de jal 50 mm 200 mm Capa filtrante de polipropileno y algodón Salida de lixiviado Matraz colector de lixiviado Fig. 1. Configuración de celdas de humedad utilizadas en la investigación 259

260 Se instaló un total de 16 celdas conteniendo 1 kg de jales y carbonato de calcio o carbonato de calcio combinado con bisulfito de sodio. Las proporciones del material neutralizante y bisulfito de sodio en las celdas, se distribuyeron como se muestra en la Tabla 1. La letra A y B se utiliza para diferenciar a dos celdas con el mismo tratamiento y que son réplica una de la otra. Tabla 1. Proporción de materiales colocados en las celdas de humedad Celda 1A,B 2A,B 3A,B 4A,B 5 6 7A,B 8A,B 9A,B CaCO 3, % NaHSO 3, mg L Las condiciones de operación para todas las celdas se definieron con base en los resultados obtenidos en investigaciones previas determinadas como las más favorables para generar drenajes con valores de ph bajos en el menor tiempo (González-Sandoval, 2010). Estas condiciones se resumen en la Tabla 2. Tabla 2. Condiciones de operación de las celdas de humedad Tratamiento Parámetro Calcita Calcita + bisulfito de sodio Control Bajo 1% CaCO 3 1% CaCO 3, 20 mg L -1 NaHSO 3 No aplica Estequiométrico 3.5% CaCO 3 3.5% CaCO 3, 20 mg L -1 NaHSO 3 No aplica Medio 5% CaCO 3 5% CaCO 3, 20 mg L -1 NaHSO 3 No aplica Alto 10% CaCO 3 10% CaCO 3, 20 mg L -1 NaHSO 3 No aplica Días de riego Volumen de riego (ml) Periodo (días) Periodo húmedo (días) Volumen para humedecer (ml) Volumen de lavado (L) Flujo de aire (L min -1 ) Duplicado Si Si Si Temperatura Ambiente Ambiente Ambiente Presión Atmosférica Atmosférica Atmosférica Tiempo de lavado(horas) En todos los lixiviados generados en las celdas de humedad se miden como variables de respuesta: ph, conductividad eléctrica, concentraciones de metales y sulfatos. Se adiciona solo una vez bisulfito de sodio al sistema, esto se debe a que la presa ya no está en uso e implementar un sistema de transporte, para el agua que sirve como vehículo a la sal para distribuirse en los jales así como la propia adición del bisulfito de sodio, tendría un mayor efecto económico contra el probable beneficio generado por el control del drenaje ácido. Las celdas de humedad se operaron por veinticuatro semanas, por lo que se realizó un total de doce extracciones de muestra por cada celda. Para cada variable de control se generaron graficas comparativas entre celdas, realizando así mismo análisis estadísticos con ayuda del paquete computacional STATGRAPHICS 5.0 para determinar si existen diferencias significativas entre los tratamientos. El valor de ph del lixiviado de todas las celdas con tratamiento se presenta en la Figura 2a. De ellos se observa un comportamiento semejante con respecto a las celdas de control y el análisis estadístico indica que no existen diferencias significativas entre los tratamientos, lo que corrobora que no hay control efectivo de la generación de acidez con las proporciones de carbonato de calcio utilizadas. El comportamiento del valor de ph en el sobrenadante se representa mediante la Figura 2b mostrando un ph alcalino en las celdas que tienen algún tratamiento, mientras que las celdas de control tienen valores de ph ácidos. Esto indica que sí hay disolución del carbonato de calcio; sin embargo, la alcalinidad proporcionada por esta disolución no es suficiente para neutralizar la acidez generada en los jales. 260

261 Fig. 2a. Valor de ph en el lixiviado de las celdas de humedad con adición de calcita y sin bisulfito Fig. 2a. Valor de ph en el lixiviado de las celdas de humedad con adición de calcita y bisulfito El trabajo realizado por Catalan y col. (2003) reporta que inmediatamente después de colocar carbonato de calcio en los jales si hay control de la acidez, sin embargo esta propiedad se pierde con el transcurso del tiempo. En este caso no se observa 261

262 control de la acidez en ningún momento debido principalmente a que el carbonato de calcio solo se colocó sobre la superficie de los jales, y al exponer una superficie del carbonato relativamente pequeña a la acidez del sistema, disminuye significativamente la solubilidad del la sal añadida. Figura 2b. Valor de ph en el sobrenadante de las celdas de humedad con adición de calcita y sin bisulfito Figura 2b. Valor de ph en el sobrenadante de las celdas de humedad con adición de calcita y bisulfito En La Fig. 3a. se muestra la concentración de hierro en el lixiviado, el análisis estadístico de estos datos indica que solo las celdas 3 y 6 (5% de calcita y 3.5% de calcita combinada con bisulfito de sodio) tienen una mejora significativa con respecto a la celda de control. En la Fig. 3b. se observa la concentración de Zn en el lixiviado. El análisis estadístico indica que existe 262

263 diferencia significativa entre la celda de control (celda 9AB) y cualquiera de las celdas con tratamiento, sin embargo entre ellas no existe alguna diferencia significativa. Figura 3a. Concentración de hierro en el lixiviado de las celdas con carbonato de calcio Figura 3a. Concentración de hierro en el lixiviado de las celdas con carbonato de calcio y bisulfito de sodio 263

264 Figura 3b. Concentración de zinc en lixiviado de las celdas de humedad con carbonato de calcio y sin bisulfito Figura 3b. Concentración de zinc en lixiviado de las celdas de humedad con carbonato de calcio y bisulfito 264

265 En general, los parámetros de control, no reflejan mayor calidad en los lixiviados obtenidos de las celdas con algún tipo de tratamiento con respecto a las celdas de control. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los parámetros de control en forma general tienen comportamiento semejante en todas las celdas, incluyendo la celda que no tiene ningún tipo de tratamiento, la causa principal a quien se le adjudica esto, es que no existe la cantidad suficiente de alcalinidad disponible en el sistema para neutralizar la acidez generada en los jales debido a que estos no se encuentran en pleno contacto con el material neutralizante y la acidez presente no aumenta la solubilidad del carbonato, aunado a esto, la cobertura seca no cumplió con el objetivo de evitar el contacto de los jales con el oxígeno atmosférico, aún cuando se incluyó en algunas de ellas un aditivo con la función de consumir el oxígeno en los jales. Sin embargo la solubilidad del bisulfito de sodio es alta, y probablemente solo tuvo efecto durante el primer ciclo de obtención de lixiviados, y al obtenerse el primer lixiviado, éste extrajo el bisulfito remanente en los jales. Al realizar la caracterización del carbonato de calcio se encontró que este tiene una distribución de partículas con más de 70% mayor a 38 µm, esta distribución no le da características de impermeabilidad, pues es muy grande con respecto a las arcillas que tienen un promedio de 2 µm de tamaño de partícula. CONCLUSIONES El control de drenajes ácidos de mina por medio de una cubierta seca de carbonato de calcio o de carbonato de calcio combinado con bisulfito de sodio no es técnicamente aplicable a las condiciones probadas en el laboratorio. Se sugiere dirigir la investigación hacia el amortiguamiento de ph en la parte superior de la presa de jales para crear condiciones favorables al desarrollo de hidrófitas acumuladoras de metales. REFERENCIAS Aubé, B., Payant, S The Geco Process: A New High Density Sludge Treatment for Acid. Mine Drainage. Fourth International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, British Columbia, May 31-June 6, Vol. 1, pp , en Peacey, V., Yanful, E. K Metal mine tailings and sludge co-deposition in a tailings pond. Water, Air, and Soil Pollution. 145: Audry, S., Blanc, G., Schäfer, J The impact of sulphide oxidation on dissolved metal (Cd, Zn, Cu, Cr, Co, Ni, U) inputs into the Lot Garonne fluvial system (France). Applied Geochemistry. 20: Belzile N., Maki S., Chen Y., Goldsack D Inhibition of pyrite oxidation by surface treatement. The Science of the total environment 196 ( ). Bullock, S.E.T., Bell, F.G Ground and surface water pollution at a tin mine in Transvaal, South Africa. Proceedings of the First International Congress on Environmental Geotechnics. Edmonton, Alberta, Canadá Catalan, L., Yin G., Comparison of calcite to quick lime for amending partially oxidized sulfidic mine tailings before flooding. Environ, Sci. Technol. 37: González-Sandoval, M.R Generación de lixiviados ácidos de jales ricos en pirita. Tesis de maestría en ingeniería ambiental (Sustancias y residuos peligrosos). Universidad Nacional Autónoma de México, PMyDI. México D.F. México González-Sandoval, M.R. (2010). Generación de lixiviados ácidos de jales ricos en pirita. Tesis de Doctorado en Ingeniería (Ingeniería Química, Procesos). Universidad Nacional Autónoma de México, PM y DI. México D.F., México. Harris M., Megharaj M The effects of sludge and green manore on hydraulic conductivity and aggregation in pyritic mine tailing materials. Environmental Geology. INE Página electrónica: Khozina Elena I, and Sheriff Barbara L The accumulation of Cu, Zn, Cd, and Pb, in the aquatic biomass of sulphide tailing ponds. Geochemestry International (2008) Vol 46, No. 9 pp Lee, Ch. H., Lee, H. K Environmental impact and geochemistry of old tailing pile from the Sanggok mine creek, Republic of Korea. Environmental Geology. 47: Zhang X., Borda M., Martin A., Schoonen A. Strongin D Pyrite oxidation inhibition by a cross-linked lipid coating. Geochemical transactions 4(2)

266 A-T TL-5 SÍNTESIS DE FOSFATO DE MAGNESIO Y FOSFATO FERROSO Y SU INTERACCIÓN CON AGUA DE POZO CON FLÚOR SYNTHESIS OF MAGNESIUM PHOSPHATE AND FERROUS PHOSPHATE AND THEIR INTERACTION WITH WELL WATER WITH FLUORIDE Ivone Alejo-González* Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C. Ingeniero Químico Industrial por el Instituto Politécnico Nacional (IPN). Candidata a Maestra en Ciencias con especialidad en Ingeniería Ambiental por parte de CIDETEQ. Roberto Contreras-Bustos Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C. (CIDETEQ). Dirección*: Avenida Halcón 5-10 Mz67 Lt2, Col. Fraccionamiento La Pradera, El Márquez, Querétaro, C.P.76240, México, Tel: RESUMEN El flúor es un elemento deseable en el agua de consumo humano por el beneficio que proporciona al evitar la caries dental en niños, sin embargo, cuando es consumido en exceso, puede ser perjudicial para la salud. En la reducción de la concentración de flúor de las aguas de pozo se emplean básicamente dos procesos; la osmosis inversa y la adsorción. En la adsorción se emplea alúmina activada y carbón de hueso. El segundo está compuesto principalmente por hidroxiapatita que es el compuesto activo para adsorber el flúor. La estructura química de la hidroxiapatita es Ca 3 (PO 4 ) 2 OH. Variaciones de la estructura apatítica se realizan sustituyendo el calcio por otros elementos como pueden ser el hierro y el magnesio. Hasta ahora no se han estudiado otros materiales con fosfato en su interacción con aguas de pozo con flúor; en este estudio se sintetizaron fosfatos de hierro y magnesio por medio de precipitación química. La fuente de fosfato fue fosfato de potasio, de hierro, sulfato ferroso y de magnesio sulfato de magnesio. Se trabajaron diferentes razones molares para los reactivos estudiados. Al precipitado se le realizó difracción de R-X para caracterizarlo y cada uno de los precipitados fue puesto en contacto con agua de pozo con flúor para observar su interacción. Encontrándose que en el caso del fosfato ferroso cuando se trabaja con una razón molar 6/2(Fe/P) se obtiene una capacidad de adsorción de 180 mg kg -1 fosfato ferroso; en el caso del fosfato de magnesio no se pudo apreciar una adsorción. ABSTRACT Fluoride is a desirable element in drinking water for the benefits it provides to prevent dental caries in children, however, when it is consumed in excess, it can be harmful to health. Basically two processes are used to reduce the concentration of fluoride in well water; reverse osmosis and adsorption. Actived alumina and coal bone is used for the adsorption. Coal bone is mainly formed by hydroxyapatite which is the active compound to adsorb fluoride. The chemical structure of hydroxyapatite is Ca 3 (PO 4 ) 2 OH.Apatite structure variation can be developed replacing the calcium with others elements as iron and magnesium. So far, no other phosphate materials have been studied in their interactions with well water with fluoride. In this study the iron and magnesium phosphate were synthesized by chemical 266

267 car noit F EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA precipitation. The source of phosphate was potassium phosphate, the source of iron was ferrous sulfate and the source of magnesium was magnesium sulfate. Different molar ratios were testing for every reaction. X-ray diffraction was used to characterize the reaction products. Each one of the materials were put in contact with well water with fluoride to see the interaction behavior. We get adsorption with a molar ratio 6/2 (Fe / P) with capacity equal to 180 mg/kg phosphate ferrous; in the case of magnesium phosphate there is no adsorption. Palabras clave: Adsorción, flúor, fosfatos, precipitación Key Word: Adsorption, fluoride, phosphates, precipitation INTRODUCCIÓN El flúor en cantidades menores es un componente esencial para la mineralización normal de huesos y la formación del esmalte dental, sin embargo, si es consumido en cantidades excesivas puede resultar en una lenta y progresiva enfermedad que incapacita llamada fluorosis. La concentración óptima para evitar las caries en la población infantil es de 0.7 a 1.2 mg L -1 ; pero concentraciones superiores a 4.0 mg L -1 provocan la enfermedad. Este elemento se encuentra contenido en rocas que conforman los suelos; el agua al ponerse en contacto con dichas rocas las va disolviendo encontrándose por dicha razón, en algunos casos, aguas con concentraciones de flúor que sobrepasan los límites máximos permisibles para aguas de consumo. El límite permisible de fluoruro lo reglamenta la Secretaría de Salud, con la aplicación de la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, la cual establece una concentración óptima de 1.5 mg F L -1, en los sistemas de abastecimiento público o privados, de agua potable para consumo humano. En la actualidad existen varias técnicas para remover el flúor, de las cuales se puede mencionar, alúmina activada, ósmosis inversa, adsorción con carbón de hueso, etc., este último está compuesto principalmente por hidroxiapatita que es el compuesto activo para adsorber el flúor. La estructura química de la hidroxiapatita es Ca 3 (PO 4 ) 2 OH, variaciones de la estructura apatítica se realizan sustituyendo el calcio por otros elementos como pueden ser el hierro y el magnesio, sin embargo, la mayoría de los materiales compuestos con fosfatos no han sido estudiados en su interacción con aguas con flúor, lo cual es el punto de estudio en el presente trabajo. En las Figuras 1 y 2 se presentan los diagramas de predominio de especies para el fosfato ferroso y el fosfato de magnesio respectivamente, en el que se puede apreciar el rango de ph en el que se puede obtener estos precipitados..0 0 ) c( 2 ) HO( ef ) c( Mm00. O 2 01 H8: = 2 ) 4 ] T OT OP( 3 ef 4 3 OP[ 4 + OP 2 HeF Mm ef 01 = ] +2 ef[ T OT car noit F )c(2 ) H (O g M Mm OPg = M )s( 2 ) 4 ] T OT )s( OP Hg O 2 OP( 3 g OP[ H 3. 4 M OP Hg M M 4 + OP 2 Hg M Mm g = M ] +2 g T OT [M Fig. 1. Diagrama de predominio de especies para el fosfato ferroso ph ph 6 Fig. 2. Diagrama de predominio de especies para el fosfato de magnesio El objetivo de esta investigación fue sintetizar materiales obtenidos a través de la reacción de soluciones acuosas de fosfato dibásico de potasio con sulfato ferroso heptahidratado y fosfato dibásico de potasio con sulfato de magnesio heptahidratado, los cuales dieron precipitados que fueron caracterizados por difracción de rayos X para después ponerlos en contacto con aguas de pozo con flúor. 267

268 MATERIALES Y MÉTODOS Precipitación de fosfato ferroso Se utilizaron soluciones acuosas 1 M de sulfato ferroso heptahidratado y una solución 1 M de fosfato dibásico de potasio se pusieron en contacto en razones molares, de 3/2, 3/4, 3/8, 6/2, 12/2 (FeSO 4.7H 2 O/K 2 HPO 4 ). Los cálculos se realizaron basados en la reacción teórica (1) que se presenta enseguida, esta fue desarrollada tomando en cuenta el resultado dado del diagrama de predominio de especies para el fosfato ferroso: 3FeSO 4.7H 2 O + 2 K 2 HPO 4 + H 2 O Fe 3 (PO 4 ) 2.8H 2 O + 2K 2 SO 4 + H 2 SO H 2 O (1) Para cada una de las pruebas se tomó el volumen calculado de sulfato ferroso en un matraz erlenmeyer de 250 ml, se agregó agua desionizada hasta alcanzar un volumen aproximado de 50 ml, enseguida se agregó el volumen de fosfato dibásico de potasio se agitó levemente y se adicionó agua deionizada hasta alcanzar un volumen de 100 ml. Se llevó al agitador orbital a 300 rpm y temperatura de 21 C por 6 horas. La prueba pernoctó, obteniendo fotografías con un microscopio estereoscópico a 35X de los precipitados antes y después de filtrar, fue secado a temperatura ambiente, posteriormente se pulverizó, y finalmente es sometido a las pruebas de difracción de rayos X. Precipitación de fosfato de magnesio Se usaron soluciones acuosas 1 M de sulfato de magnesio heptahidratado y una solución 1 M de fosfato dibásico de potasio se pusieron en contacto en razones molares de 3/2, 3/4, 3/8, 6/2, 12/2 de (MgSO 4.7H 2 O/K 2 HPO 4 ). Se realizaron los cálculos basados en la reacción teórica (2), esta se desarrolló tomando en cuenta el resultado dado del diagrama de predominio de especies desarrollada para el fosfato de magnesio: 3MgSO 4.7H 2 O + 2 K 2 HPO 4 Mg 3 (PO 4 ) 2 + 2K 2 SO 4 + H 2 SO H 2 O (2) Para este caso fue llevado a cabo el mismo procedimiento que se uso para la precipitación de fosfato ferroso. Interacción de los precipitados con agua de pozo con flúor De cada uno de los materiales obtenidos se pesaron 0.1 g, se pusieron en contacto con un volumen de 200 ml de agua de pozo contaminado con flúor y se agitó durante 24 horas a 21 C, el sólido se filtró y el agua obtenida se evaluó su concentración de flúor por el método de SPADNS con un espectrofotómetro HACH DR/4000U. Al agua de pozo se determino su concentración inicial previamente con el mismo aparato. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A continuación se presentan los resultados de la difracción de rayos X, realizados en un difractómetro Bucker modelo D8, para cada uno de los precipitados obtenidos. Precipitado de fosfato ferroso En las Figuras 3 se presentan los difractogramas obtenidos y las fotos tomadas en el microscopio estereoscópico a 35X de cada una de las pruebas, en estas se puede ver que los materiales obtenidos son amorfos, por lo cual no muestran un difractograma claro. El ph se tomó para cada una de las pruebas, el resultado se muestra en la Figura 4. Como puede observarse a mayor cantidad de fosfato dibásico de potasio agregado el ph aumenta hasta casi llegar a 8, en el caso del sulfato ferroso a mayor cantidad agregada el ph disminuye, sin embargo, no varía mucho con respecto a la relación 3/2. Si se compara con el diagrama de predominio de especies el rango de ph corresponde al fosfato ferroso. 268

269 [F] mg/l, ph EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA a) b) c) d) e) Fig. 3. Difractogramas y fotografías a 35X de precipitados de fosfato ferroso obtenidos a razón molar (FeSO 4.7H 2 O/K 2 HPO 4 ) (a) 3/2, (b) 3/4, (c) 3/8, (d) 2/6, (e) 2/12 Fig. 4. Comportamiento del ph de las reacciones de sulfato ferroso y fosfato dibásico de potasio Interacción de los precipitados de fosfato ferroso con agua de pozo con flúor Cada material se puso en contacto con agua de pozo con flúor, los resultados se presentan en la Figura 5, en el punto cero se presenta la concentración y ph inicial del agua, se puede apreciar una ligera disminución de la concentración de flúor con el material obtenido a una razón molar de 6/2(Fe/P), lográndose una capacidad de adsorción de 180 mg F/kg de fosfato ferroso. 3 2,9 2,8 2,7 2,6 0 3/2 3/4 3/8 6/2 12/2 Razón Molar (FeSO 4.7H 2 O/K 2 HPO 4 ) [F] mg/l Fig. 5 Interacción de los precipitados obtenidos de la reacción de sulfato ferroso y fosfato dibásico de potasio con aguas con fluoruros 269

270 Intensidad (cuentas) Intensidad (cuentas) Intensidad (cuentas) Intensidad (cuentas) Intensidad (cuentas) EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Precipitado de fosfato de magnesio En la Figura 6, se pueden ver los difractogramas y las fotografías a 35X de los precipitados de fosfato de magnesio obtenidos a diferente razones molares, se puede apreciar que se forma mayormente fosfatos de magnesio coincidiendo con el diagrama de predominio de especies, sin embargo, puede verse que conforme agregamos mayor cantidad de fosfato de potasio, este último tiende a agregarse en la estructura del precipitado. En la Figura 7 se aprecian los ph a los que se llevaron las reacciones, las cuales se aproximan a los predichos en el diagrama de predominio de especies Mg 3 (PO 4 ) 2.22H 2 O Mg 3 (PO 4 ) 2.22H 2 O MgKPO 4 (H 2 O) 6 Mg 3 (PO 4 ) 2.22H 2 O MgHPO 4.3H 2 O a) b) d) MgKPO 4.6H 2 O MgKPO 4 (H 2 O) Mg 3 (PO 4 ) 2 (H 2 O) 22 Mg 3 (PO 4 ) 2.22H 2 O c) Mg 3 (PO 4 ) 2.22H 2 O e) Fig. 6. Difractogramas y fotografías a 35X de precipitados de Fosfato de Magnesio obtenidos a Razón Molar (MgSO 4.7H 2 O/K 2 HPO 4 ) (a) 3/2, (b) 3/4, (c) 3/8, (d) 2/6, (e) 2/

271 [F] mg/l, ph EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Fig. 7. Comportamiento del ph de las reacciones de sulfato de magnesio y fosfato dibásico de potasio Interacción de los precipitados de fosfato de magnesio con agua de pozo con flúor La Figura 8. muestra que al interactuar los precipitados con el agua con flúor en las relaciones de 3/2 y 3/4, la señal del espectrofotómetro medida como concentración de flúor se incrementa disminuyendo la misma con la relación 3/8, lo anterior sugiere que los compuestos de MgHPO 4 son mas solubles en el agua que la estructura de MgKPO 4 y Mg 3 (PO 4 ) /2 3/4 3/8 6/2 12/2 [F] MgSO 4.7H 2 O : K 2 HPO 4 (e) Fig. 8. Interacción de los precipitados obtenidos de la reacción de sulfato de magnesio y fosfato dibásico de potasio con aguas con fluoruros CONCLUSIONES En el caso del fosfato ferroso, las pruebas de precipitación resultaron en materiales amorfos que no pueden ser caracterizados por difracción de rayos X. Puede notarse que el fosfato dibásico de potasio puede aumentar el ph considerablemente, si se encuentra en exceso. La relación molar 6/2(Fe/P) obtiene una capacidad de adsorción de 180 mg F/kg de fosfato ferroso. Para el fosfato de magnesio puede notarse que el ph influye en la reacción, así como la cantidad de fosfato dibásico de potasio agregado, ya que a mayor cantidad de este, el potasio tiende a insertarse en la 271

272 estructura del precipitado. Para el análisis de flúor estos compuestos provocan interferencia al realizar la lectura de concentración, sin embargo, puede concluirse que no tiene una adsorción de flúor significativa. RECONOCIMIENTOS Se agradece al Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C., en especial al Dr. José de Jesús Pérez-Bueno por el apoyo a este trabajo y a CONACyT por la beca de maestría otorgada. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bell, M.C., Ludwig, T.G The supply of fluoride to man: ingestión from water, in: Fluorides and Human Health, WHO Monograph Series 59, World Health Organization, Geneva (Ginebra), Suiza. Dávalos, R. M Estudio de la modificación de las propiedades de adsorción en Roca Fosfórica para la remoción de flúor por acción química y térmica. Tesis de Maestría, CIDETEQ Jiménez, B La contaminación ambiental en México, Limusa. México D.F. México. Nameri, N., Yeddou, A.R., Lounici, H., Grib, H., Belhocine, D., Bariou, B Defluoridation of septentrional Sahara water of North Africa by electrocoagulación process using bipolar aluminum electrodes, Water Res. 32(5):

273 A-T TL-6 PRODUCTOS DE LA DEGRADACION DEL N- METIL DITIOCARBAMATO DE SODIO, BIOCIDA SOLUBLE EN AGUA PRODUCTS OF THE DEGRADATION OF SODIUM N-METHYLDITHIOCARBAMATE, WATER SOLUBLE BIOCIDE Karla Goroztieta-Rosales* Estudios de Licenciatura en Química de Alimentos, Facultad de Química, UNAM. Marisela Bernal-González Facultad de Química de la UNAM María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Facultad de Química de la UNAM *Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental de la Facultad de Química L-301, 302 y 303 del Conjunto E de la Facultad de Química de la UNAM. RESUMEN N-Metil ditiocarbamato de sodio (MS) es un producto químico, utilizado como biocida para la eliminación del microorganismo Leuconstoc mesenteroides en la extracción de jugo de caña durante el proceso de obtención de azúcar evitando que la enzima invertasa hidrolice a la sacarosa y disminuya su rendimiento al formar azúcares invertidos y gomas de poliglucosa (dextranas). El interés de este estudio radica en revisar las metodologías analíticas para determinar y cuantificar los compuestos de degradación tóxicos del MS tales como el isotiocianato de metilo (MIT), metilamina (CH 3 NH 2 ), hidrogenosulfuro de sodio (NaSH), disulfuro de carbono (CS 2 ), sulfuro de sodio (Na 2 S), hidróxido de sodio (NaOH) y azufre (S), generados por los factores ambientales a los que se expone el MS durante el proceso de fabricación de azúcar. Dentro de estos subproductos el isotiocianato de metilo es el principio activo del N-metil ditiocarbamato de sodio, es altamente tóxico para los seres humanos y los animales, causando daño de tejido, reaccionando con los grupos carboxilos e hidróxido. La hidrólisis ocurre rápidamente en condiciones alcalinas y más lentamente en soluciones ácidas y neutras y su degradación es dependiente de la temperatura. Los daños a la salud y toxicidad causados por la metilamina son debidos a la descomposición térmica, que puede llegar a generar gases y vapores que ocasionan irritaciones en la piel y membranas mucosas y lesionan los ojos de forma irreversible. El resto de los compuestos se clasifican dentro de un intervalo de baja y media toxicidad. Después de las primeras operaciones unitarias a las que se sujeta el jugo de caña todos estos compuestos desaparecen, transformándose en compuestos inocuos, lo que prueba que la adición de este compuesto para inhibir la proliferación microbiana es adecuada ya que no deja residuos ni del MS ni de sus compuestos de degradación en el azúcar y en las mieles finales. ABSTRACT N-methyl dithiocarbamate sodium (MS) is a chemical used as a biocide for Leuconstoc mesenteroides elimination during the cane juice extraction in the production of sugar by preventing the enzyme invertase to hydrolyze sucrose and decreasing its yield when sugar is inverted and gums of sugar polyglucose are formed (dextrans). The interest of this study is to review the analytical methodologies to identify and quantify the toxic compounds produced after the 273

274 degradation of MS, such as methyl isothiocyanate (MIT), methylamine (CH 3 NH 2 ), sodium hydrogensulfide (NaSH), carbon disulfide (CS 2 ), sodium sulphide (Na 2 S), sodium hydroxide (NaOH), and sulfur (S), generated by environmental factors associated to the sugar cane processing. Within these products, methyl isothiocyanate is the active ingredient in N-methyl sodium dithiocarbamate. It is highly toxic to humans and animals, causing tissue damage by reacting with carboxyl and hydroxyl groups, hydrolysis occurs rapidly in alkaline and more slowly in acidic and neutral solutions, the degradation is temperature dependent. The damage to health caused by methylamine toxicity is due to thermal decomposition which may generate gases and vapors that cause irritation to the skin and mucous membranes, injuring eyes irreversibly. The rest of the compounds fall within a range of low to medium toxicity. After the first unit operations applied to sugar cane extracted juice all these compounds dissapear, being transformed into inocuous substances. These results corroborate that the addition of MS to inhibit microbial proliferation is suitable since after the heating and clarification steps, neither MS nor its degradation compounds are left in sugar crystals or final cane syrups. Palabras claves: N-Metil ditiocarbamato de sodio, metilamina, isotiocianato de metilo Key Words: N-Methyl sodium dithiocarbamate, methylamine, methyl isothiocyanate INTRODUCCIÓN La caña de azúcar es una gramínea de clima tropical. Esta planta es utilizada principalmente en la industria alimentaria como materia prima para obtener una extensa variedad de productos, entre ellos, el más importante es el azúcar, su producción se ve afectada debido a que durante el proceso de obtención del jugo de caña y la cristalización de la sacarosa, es atacado por la presencia de microorganismos fúngicos del generó Leuconostoc mesenteroides, ocasionando un bajo rendimiento de producto debido a que la enzima invertasa hidroliza la sacarosa con facilidad a glucosa y fructosa en partes iguales denominada azúcar invertida como se muestra en la reacción (1), así como la formación de poliglucosas (dextranas) (Gil y Ruiz, 2010). C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 (1) Sacarosa Glucosa Fructosa Es por esta razón que en los ingenios azucareros agrega a la maquinaria de extracción utilizada para la obtención del jugo de caña un biocida de amplio espectro llamado metil ditiocarbamato de sodio, el cual es un derivado del ácido carbámico (Fig. 1), en el cual los dos átomos de oxígeno son reemplazados por átomos de azufre (Fig. 2). Este compuesto es menos estable en suelo y aire que en agua. Estudios realizados muestran que su degradación está en función de la concentración en solución acuosaconcentraciones de 20 y 200 mg ml -1, se conserva el 98% del compuesto original después de 20 horas, mientras que a concentraciones bajas de 2 mg ml -1, sólo el 68% del compuesto se presenta después de 20 horas y, finalmente, a concentraciones trazas de 0.2 mg ml -1, el 32.3% del compuesto está presente. La degradación se debe también al ph, el tiempo y la temperatura pues al aumentar esta última se acelera la degradación, mientras que en un intervalo de 10 a 25 C, el compuesto se mantiene estable (Haendel et al., 2004). Fig. 1. Ácido carbámico (Henao y Nieto, 2008) Fig. 2. Ditiocarbamato (Doll y Fuentes, 1982) 274

275 Los productos de degradación del metil ditiocarbamato de sodio se presentan en la Fig. 3. Estos han sido designados como contaminantes tóxicos, por lo que el biocida, de origen, está clasificado como de "uso restringido" (Rubin et al., 2004). Figura 3. Degradación del metil ditiocarbamato de sodio en soluciones neutrales ácidas y básicas (Wales, 2002) Productos de degradación del metil ditiocarbamato de sodio Isotiocianato de metilo (MIT) (Wales, 2002) En el aire existe únicamente como vapor, el cual se degrada en la atmósfera mediante reacciones con radicales hidroxilo, con un tiempo de vida media igual a 118 días, ya que es susceptible a la fotólisis directa en el aire. En suelo tiene una movilidad muy alta y es degradado por acción de los microorganismos (vida media estimada de 0.5 a 50 días). En agua es eliminado por hidrólisis, presentando una vida media entre 65 a 178 días a ph 7, de 0.7 a 10 días a ph 10 y de 15 a 67 días a ph 5. Su potencial de bioconcentración en organismos acuáticos es bajo. Este compuesto, además de ser liberado directamente al ambiente al usar el metam de sodio, también es generado a partir de la degradación de otros plaguicidas como Dazomet. En cuanto a su toxicidad es altamente tóxico para los seres humanos y los animales, causando daño de tejido, los síntomas de la exposición aguda a altas concentraciones de (MIT) en el aire incluyen edema pulmonar, falta de respiración, asma, dolor de pecho, lesiones de piel y ojos, finalmente la muerte. No hay muertes en ninguna especie a concentraciones de 2400 μg L -1, pero a 4 mg L -1 los síntomas de la irritación comienzan a ser marcados. Metilamina CH 3 NH 2 (Praxair, 2008) La descomposición térmica desprende gases y vapores irritantes. Puede producir irritaciones en la piel en personas predispuestas, así como lesionar los ojos de forma irreversible, es nocivo por ingestión y puede producir irritaciones en las membranas mucosas. Por vía oral la LD 50 es de 698 mg/kg, rata, además de que es altamente corrosivo. Hidrogenosulfuro de sodio (NaSH) (Chaudhuri, 2006) Es un fuerte agente reductor, soluble en agua, higroscópico por los cual se puede encontrar dihidratado o trihidratado. Tiene la capacidad de producir sulfuro de hidrógeno cuando reacciona con ácido o se expone a calor elevado por lo que es una sal alcalina de sulfuro de hidrógeno. El umbral de olor reportado es de mg L -1. Presenta un olor similar al del sulfuro de hidrógeno, es similar al hidróxido de sodio y otros álcalis como sustancias corrosivas para tejidos animales. El contacto con la piel puede ser irritante mientras que la inhalación del vapor de hidrogenosulfuro de sodio caúsa irritación de las vías respiratorias y posible envenenamiento sistémico. 275

276 Disulfuro de carbono (CS 2 ) (Rubin et al., 2004) El disulfuro de carbono es un producto de degradación de metam sodio, especialmente en condiciones de acidez (ph <5), es un compuesto casi sin olor o con olor similar al del cloroformo. Este compuesto se evapora a temperatura ambiente, y el vapor es más pesado que el aire y explota con facilidad. En la naturaleza, se encuentran en pequeñas cantidades provenientes de gases liberados a la superficie terrestre, por ejemplo, en erupciones volcánicas. La exposición al humano es peligroso para la vida después de 30 minutos a una concentración de 3210 a 3850 mg L -1, en cuanto a la exposición por inhalación aguda de vapores a niveles > 1000 mg L -1 provoca irritaciones en piel y mucosas, embriaguez, ansiedad, espasmos, narcosis. Además puede provocar parálisis respiratoria y muerte. Sulfuro de sodio (Na 2 S) (PROQUIMSA, 2001) Es una sal soluble fuertemente alcalina. Cuando está expuesta al aire húmedo sus hidratos emiten ácido sulfhídrico, que huele como los huevos putrefactos. Al contacto con los ojos el producto causa severa irritación. Puede producirse daño visual, permanente o prolongado, incluso pérdida total de la vista. Por ingestión, es corrosivo y tóxico, genera severas quemaduras sobre las membranas mucosas. Al contacto con la piel es irritante y corrosivo, causa quemaduras severas si no se lava a tiempo, puede conducir al desarrollo de una dermatitis. Por inhalación puede causar conjuntivitis, dolor de cabeza, nauseas, mareos, tos, edema pulmonar y posible muerte. Hidróxido de sodio (NaOH) (Cisproquim 2005) Esta sustancia no se ha clasificado como cancerígena para humanos. Tampoco presenta efectos adversos mutagénicos o teratogénicos reportados. Este compuesto es extremadamente corrosivo a los ojos por lo que puede provocar desde una gran irritación en la córnea, ulceración, nubosidades y finalmente, su desintegración. En casos más severos puede haber ceguera permanente, por lo que los primeros auxilios inmediatos son vitales. A concentraciones de a 0.7 mg m 3, se ha informado de quemaduras en la nariz y tracto. En estudios con animales, se han reportado daños graves en el tracto respiratorio, después de una exposición crónica, tanto el NaOH sólido, como en disoluciones concentradas, es altamente corrosivo a la piel, causa quemaduras severas en la boca por ingestión. Si se traga, el daño es en el esófago produciendo vómito y colapso, por lo que este producto está considerado como posible causante de cáncer de esófago. Azufre (S) (Tracoquim, 2005) Ocasiona irritación en piel cuando se tiene contacto, cuando se inhala causa irritación a los pulmones y a la membrana mucosa, además de irritación en los ojos que causa el lagrimeo y enrojecimiento. Este producto no tiene ningún efecto crónico sabido. La LC 50 es de 1660 mg m 3, las rutas de exposición son los ojos, ingestión, inhalación y contacto con la piel. Por esta razón en este estudio se evaluó el efecto de las condiciones de proceso a las que se sujeta el jugo de caña después de la extracción (calentamiento, adición de óxidos de azufre para evitar el encafecimiento no enzimático, adición de cal para aumentar el ph ya que la sulfitación baja el ph a menos de 3.0, clarificación o defecación más calentamiento para precipitar todas las impurezas produciendo un jugo claro que después de recalentarse se introduce a los evaporadores para concentrar la sacarosa y lograr su cristalización), para corroborar si estos compuestos tóxicos derivados del MS se descomponen a sustancias inocuas. METODOLOGÍA Debido a la toxicidad que presentan el biocida metil ditiocarbamato de sodio y dos de los productos de degradación (isotiocianato de metilo y metilamina), es importante revisar los métodos analítico con los que se cuenta para su determinación y cuantificación. En la Tabla 1 presentan los que se han encontrado en la literatura. De ellos, se seleccionaron aquellos que son más viables de montar en los laboratorios (disponibilidad de equipamiento, reactivos y consumibles, costo, generación de residuos tóxicos, tiempo de análisis, etc.). 276

277 Se adquirieron los estándares y se determinó, siguiendo el diseño experimental probado para el ditiocarbamato de sodio (Arvizu-Bernal y Ramos Medina, 2010), el efecto de la temperatura (25, 45 C), el valor de ph (3.0, 4.5), el tiempo de proceso (2, 5 horas), la matriz (agua, jugo de caña) y la presencia de luz / oscuridad, el contenido inicial y final de estos compuestos a nivel de laboratorio. Tomando en consideración la investigación bibliográfica se identificaron las condiciones analíticas por cromatografía de líquidos de alta resolución, CLAR, para la detección del N-metil ditiocarbamato de sodio, del isotiocianato de metilo y de la metilamina. Los datos se compararon con la base legal y técnica de la norma sanitaria aplicable a los azúcares y jarabes destinados al consumo humano a nivel internacional ya que hasta el momento en México no se determina el límite máximo permitido para el pesticida de origen y subproductos en jugo de caña a través del CICOPLAFEST (Comisión Intersecretarial para el Control de Plaguicidas, Fertilizantes y Sustancias Tóxicas). Por ejemplo, la Unión Europea (UE) declara un valor máximo permitido de 0.05 mg kg -1 (0.125 mg L -1 ) de una mezcla de ditiocarbamatos pero sin llevar a cabo una cuantificación por cada compuesto. Finalmente, se realizó un análisis estadístico de los resultados para determinar la significancia de las diferencias encontradas entre las condiciones empleadas en el diseño experimental. Tabla 1. Métodos analíticos para la determinación de los compuestos tóxicos de interés Condiciones Cromatograficas por CLAR Columna Fase móvil Metil- ditiocabamato de sodio (metam- sodio) (Arvizu-Bernal y Ramos- Medina, 2010) ODS (C 18 ) de 10 cm de longitud, 4.6 mm de diámetro interno y partículas esféricas de 5 μm 30:70 (v/v) acetonitrilo:agua Analito a identificar y cuantificar Isotiocianato de metilo (MIT) (Waggott et al., 1988) ODS (C 18 ) de 10 cm de longitud, 3 mm de diámetro interno y partículas esféricas de 5 μm 50% de CTAB a 0.01M MeOH: 50% Buffer de fosfatos KH 2 PO 4 en Metilamina (ME) (Meseguer, 2004) ODS (C 18 ) de 125 cm de longitud, 4.mm de diámetro interno y partículas esféricas de 5 μm 50:50 (v/v) Acetonitrilo: imidazol 1mM agua 0.01M a ph 6.8 Velocidad de Flujo 1.1 ml min mL min -1 1mL min -1 Detector ultravioleta (UV) ultravioleta (UV) ultravioleta (UV) Longitud de onda ( λ) 200 nm nm 333 nm Volumen de inyección 20 μl 20 μl 20 μl Concentración muestra 50mg L μg L mg L -1 Matriz de la dilución Agua/ metanol agua Agua RESULTADOS Y DISCUSIÓN De los resultados obtenidos, a las condiciones de estudio, se encontró que los compuestos en estudio ya no pueden detectarse después del tiempo de 2 horas cuando el ph es de 3.0 y la temperatura de 45 C en la matriz de jugo de caña. Esto indica que los jugos, después de las primeras operaciones unitarias a las que se sujeta ya no contienen estos compuestos y que han sido transformados en compuestos inocuos. 277

278 CONCLUSIONES Se concluye que las condiciones relativamente drásticas de procesamiento a las que se sujeta el jugo de caña en las operaciones unitarias de calentamiento, sulfitación, neutralización o alcalización con lechada de cal, clarificación y recalentamiento antes de entrar a los evaporadores, degradan completamente a los ditiocarbamatos adicionados durante el prensado de la caña de azúcar para extraer el jugo inhibiendo la proliferación microbiana. Asimismo, degradan a los compuestos que pudieran haberse formado como intermediarios, ya que no fueron detectados al final de los experimentos realizados a nivel de laboratorio. Será importante corroborar estos resultados con los productos reales de una zafra con objeto de garantizar que el azúcar y las mieles finales no contengan ni MS ni sus productos de descomposición estableciendo que las legislaciones de otros países que permiten la adición de ditiocarbamatos al inicio del proceso se basaron en este tipo de experimentos. REFERENCIAS Arvizu-Bernal, D.I., Ramos-Medina, J.C Degradación del ditiocarbamato de sodio usado como plaguicida en el proceso de elaboración de azúcar en México mediante cromatografía de líquidos de alta resolución (CLAR). Tesis de licenciatura, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México. México D.F. México. Chaudhuri,. A Evaluación para la salud de los reactivos de flotación de cobre. ENSR Corporation. Document No Compañía Minera Antamina S.A. Lima, Perú. Cisproquim Dirección electrónica (Fecha de consulta 25 de febrero de 2011) Doll, J., Fuentes, C Los herbicidas: Modo de actuar y síntomas de toxicidad. Guía de estudio para ser usada como complemento de la unidad auditora sobre el mismo tema. Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT. 35p. Cali, Colombia. Gil, H. A., Ruiz, L. M. D Tratado de Nutrición: Composición y calidad nutritiva de los alimentos. Sociedad Española de Nutrición Parenteral y Enteral SEMPE. Tomo II. Segunda edición. Editorial Panamericana; pp. 226, 227. Madrid, España. Haendel, A. M., Tilton, F., Baile, S. G. Y, Tanguay, L. R Developmental toxicity of the dithiocarbamate pesticide sodium metam in Zebrafish. Oregon State University. Corvallis, Oregon, EEUU. Henao, S., Nieto, O Curso de autoinstrucción en diagnóstico, tratamiento y prevención de intoxicaciones agudas causadas por plaguicidas. División de Salud y Ambiente de la Organización Panamericana de la Salud (HEP/OPS), Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS/OPS) y proyecto PLAGSALUD de la OPS/OMS. Disponible en Meseguer, L. S Métodos quimioluminiscentes en química analítica. Tesis doctoral. Universidad de Valencia, Facultad de Química, Departamento de Química Analítica. Valencia, España. PRAXAIR Dirección electrónica (Fecha de consulta: 20 de febrero de 2011) PROQUIMSA Dirección electrónica (Fecha de consulta 25 de febrero de 2011) Rubin, A Metam Sodium (Sodium N-Methyldithiocarbamate). Risk characterization document. Medical Toxicology Branch, Department of Pesticide Regulation. Environmental Protection Agency. California, EEUU. Tracoquim Dirección electrónica (Fecha de consulta 20 de febrero de 2011) Waggott, A., Yates, J., Gu, P Development of the WRC methods for chlortoluron, isoproturon, linuron, metham sodium and metil isothiocyanate, and chlormequat. Department of the Environment. Canadá. Wales, P. C Department of Pesticide Regulation of California. Evaluation of methyl isothiocyanate as a toxic air contaminant. California Environmental Protection Agency. Sacramento, California, EEUU. Unión Europea Base de datos de pesticidas. Dirección electrónica (Fecha de consulta: 22 de marzo de 2011) s=1 278

279 A-T TL-7 ESTUDIOS DE LA ADSORCIÓN DE PLOMO SOBRE DIÓXIDO DE MANGANESO OBTENIDO POR BAÑO QUÍMICO Y COMERCIALES STUDIES ON LEAD ADSORPTION ON MANGANESE OBTAINED FROM CHEMICAL BATHS AND COMMERCIAL SOURCES José de Jesús Pérez-Bueno* Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. Resumen Curricular: SNI Nivel 1, con más de 20 publicaciones internacionales, 5 nacionales, más de 80 trabajos en congresos, ocho premios y distinciones, una patente y una solicitud de patente; Dirección de tesis concluidas: 7 licenciatura, 6 de Maestría, 1 Doctorado, 1 estancia Posdoctoral. María Guadalupe Almanza-Martínez Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C., Dirección del autor principal (*): Parque Tecnológico Querétaro-Sanfandila, Pedro Escobedo, C.P , Querétaro; México. Tel.: ext. 7812, Fax: RESUMEN La contaminación de aguas tanto superficiales como subterráneas es una problemática a la que el hombre se ha enfrentado por generaciones y se ha acentuado en los últimos años. En el presente trabajo, se opta por emplear materiales de adsorción proponiendo al dióxido de manganeso para el tratamiento de agua contaminada con iones de plomo. Se obtuvo el depósito de dióxido de manganeso sobre sustratos de vidrio utilizando la técnica de Baño Químico. Los depósitos se caracterizaron mediante difracción de rayos X y SEM. Además, diversos óxidos de manganeso comerciales se caracterizaron y se realizo la determinación de la adsorción de iones de plomo. Se observo predominantemente la contribución a la adsorción por la componente amorfa de los óxidos y una tendencia favorable para MnO 2. ABSTRACT The contamination of both surface and groundwater is an issue to which the mankind has faced for generations and has been accentuated in recent years. In this paper, we choose to use materials suggesting adsorption of manganese dioxide to treat water contaminated with lead ions. We obtained the deposit of manganese dioxide on glass substrates using the chemical bath technique. The deposits were characterized by XRD and SEM. In addition, several commercial manganese oxides were characterized and the quantification of their lead ions adsorption capacity was conducted. There was observed mainly the contribution to adsorption by the amorphous oxide component and a favorable trend for MnO 2. Palabras clave: Adsorción, agua, baño químico, dióxido de manganeso, plomo 279

280 Key Words: Adsorption, water, chemical bath, manganese dioxide, lead INTRODUCCIÓN En las últimas décadas, el agua disponible para actividades humanas se ha visto cada vez más limitada y también sujeta a diversos tipos de contaminación. Los iones metálicos constituyen uno de estos tipos de contaminación y, para su remoción, con mayor frecuencia se opta por usar materiales adsorbentes. A través de estos, los iones metálicos pueden ser extraídos y separados por adsorción en la fase líquida sobre un soporte sólido (Roundhill, 2011). El plomo se encuentra en una gran variedad de lugares en el medio ambiente. Los usos principales del plomo y de compuestos de plomo, en orden de importancia son: Baterías, manufactura de tetraetilo de plomo, pigmentos, municiones, soldaduras, tuberías, recubiertas de cable, cojinetes. Otras fuentes de contaminación son la minería y fundición de residuos, gasolina, pintura (Conner, 1990). El plomo se acumula en el cuerpo, en la sangre y huesos, además de que puede afectar los riñones, hígado, sistema nervioso y otros órganos. La exposición excesiva al plomo puede causar anemia, enfermedades del riñón, desórdenes reproductivos y deterioros neurológicos (US-EPA). En el presente estudio se evaluó la adsorción de iones de plomo en una película dióxido de manganeso soportado en sustratos de vidrio. Además, se hizo una comparación con óxidos de manganeso comerciales. METODOLOGÍA Materiales y equipo Como una alternativa para la preparación de películas de dióxido de manganeso sobre un sustrato de vidrio, se ha optado por emplear la técnica de baño químico (Unuma et al., 2003; Yan-Xu et al., 2006). Para ello se utilizaron cloruro de manganeso (II) tetrahidratado, MnCl 2 4H 2 O, y bromato de sodio, (NaBrO 3 ), de grado analítico. Estos fueron disueltos en 0.05 dm 3 de agua desionizada a temperatura ambiente. Las concentraciones que se emplearon de MnCl 2 4H 2 O y NaBrO 3 fueron de 0.02 mol/dm 3 y 0.2 mol/dm 3, respectivamente. El ph en las soluciones fue de 5.3. Los sustratos empleados fueron perlas de vidrio de varios diámetros y portaobjetos, los cuales fueron introducidos en las soluciones manteniendo una temperatura constante de 323 K por un período de 24 horas. La boca del vaso de precipitado fue cubierta con un vidrio de reloj para evitar la pérdida de las soluciones debido a la evaporación. Las reacciones químicas esperadas en las soluciones fueron la oxidación de Mn 2+ a Mn 3+ (Eq. 1), y la pérdida de protones del Mn 3+ a Mn 2+ y MnO 2 (Eq. 2). Cuando la velocidad de reacción (1) es lenta, predomina una nucleación heterogénea. La nucleación del MnO 2 ocurre en las interfaces entre la solución y los sustratos sumergidos en ella, presentándose también en las paredes de los contenedores. Bajo tales condiciones, se obtuvieron películas delgadas de color gris oscuro cuyo espesor fue directamente proporcional al tiempo de inmersión y a la concentración. Una vez obtenidos los depósitos, se caracterizaron mediante difracción de rayos X (D8 Advance, Bruker AXS) y SEM. Para realizar las pruebas de adsorción sobre las películas de Mn se preparó una solución madre de plomo con una concentración de 1 g/l. La solución se preparó en un matraz volumétrico con g de Pb(NO 3 ) 2, posteriormente aforado a 1 L con agua desionizada. La solución se colocó en un envase de polietileno. A partir de la solución madre se prepararon soluciones de plomo a 100 mg/ L. Posteriormente, se colocaron los portaobjetos y las perlas de ebullición con el depósito en contacto con la solución de Pb(NO 3 ) 2 en matraces erlenmeyer de polietileno, manteniéndolas sumergidas a temperatura ambiente por 24 horas. Al término de ese periodo se retiraron los portaobjetos y las perlas de vidrio. Las muestras se almacenaron en botellas de polietileno y se preservaron con 2 ml de HNO 3 para mantener el ph<2 (Manríquez, 2008). 280

281 Intensidad (cts) EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA En el estudio se incluyeron varios óxidos de manganeso comerciales, entre los que se encuentran: Oxido de manganeso (II) 99% (Alfa Aesar); oxido de manganeso (II, III), 97% (Stream Chemicals); oxido de manganeso (III) 98% (alfa Aesar); oxido de manganeso (IV), 98% (Alfa Aesar); dióxido de manganeso (J.T. Baker). Estos fueron caracterizados mediante difracción de rayos X y adsorción de iones de plomo. Para realizar las pruebas de adsorción en los óxidos comerciales se peso 0.1 g en cada caso. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Depósitos por baño químico en los sustratos Los depósitos sobre los sustratos de vidrio se obtuvieron en forma de películas densas, con alta adherencia e interface con el sustrato homogénea de acabado espejo, así como una superficie exterior irregular dominada por el proceso de nucleaciones. Esto debido a que el crecimiento se realizo a través de una reacción heterogénea. En otros casos, se obtuvieron depósitos de pobre adherencia y opacos. En la imagen SEM de la Figura 1, se observa que el depósito se encuentra formando una capa homogénea y, sobre esta, se presentaron algunas aglomeraciones (Fig. 1). En los depósitos predomina una fase amorfa y las formas cristalinas presentes fueron identificadas como: MnO 2, Birnesita, Akhestinka y Pirolusita (Fig. 2) M4 M1 M3 M2 Pyroluisit gammamno2 Akhtenskite gammamno2 Birnessite Figura 1. Imagen de SEM del depósito de dióxido de manganeso sobre vidrio Figura 2. Difractograma del depósito de Dióxido de Manganeso. En este se pueden identificar las especies: Birnesita, MnO 2, Pirolusita, Akhestinka Adsorción en las películas depositadas sobre portaobjetos En la Tabla 1 se comparan las capacidades de adsorción de dióxidos de manganeso obtenidos por baño químico a diversas temperaturas y tiempos. Para estas evaluaciones fueron seleccionadas aquellas muestras que presentaron un depósito uniforme y con alta adherencia a los sustratos. Las concentraciones tanto del tetracloruro de manganeso como del bromuro de sodio se mantuvieron fijas en todos los casos. Los resultados obtenidos por ICP mostraron una mayor remoción durante la prueba en el depósito D (Tabla 1), pero en relación a la proporción del área del recubrimiento se encontró una mayor remoción por cm 2 en el depósito C (Figura 3). El depósito correspondiente a esta temperatura presento una distribución más homogénea y adherente. En la gráfica 281

282 presentada en la Figura 3, se observa en los depósitos A y B, una remoción de 0.6 ppm Pb /cm 2 y en caso de D de 0.5 ppm Pb /cm 2. Tabla 1. Características del depósito Figura 3. Adsorción de plomo sobre el depósito en portaobjetos Adsorción en las películas de dióxido de manganeso depositadas sobre perlas de vidrio y silica gel Una vez que se obtuvieron las condiciones óptimas para hacer el depósito con alta adherencia y homogeneidad sobre portaobjetos, se cambio éste empleando en su lugar perlas de vidrio para obtener mayor área de adsorción. También en esta prueba se agito a 100 rpm. Los porcentajes de remoción se presentan en la Tabla 2. Al extraer los sustratos de la solución con plomo se observó que se había perdido parte del depósito debido a la fricción entre las perlas de vidrio. Para evitar la pérdida de la película de óxido de manganeso se siguieron dos rutas, un tratamiento térmico y un sustrato con porosidad. Tabla 2. Remoción de Pb sobre las perlas Temperaturas de las perlas Remoción total de plomo Sin Agitación (%) Remoción total de plomo Con Agitación (%) Sin Tratamiento C C C En el primer caso, se optó por aplicar un tratamiento térmico que confiriera a la película mayor adherencia. La adsorción por unidad de área se presenta en la Figura 4. En los caso de tratamiento a temperaturas de 250 C y 500 C la adsorción es similar al de muestras sin tratamiento. También se puede observar que a temperaturas altas de 750 C, disminuye notablemente la adsorción del plomo. Esto no se atribuye a algún cambio estructural del oxido de manganeso sino al hecho de que la fluencia del vidrio atrapa a la película impidiendo que este en contacto con la solución y se pueda efectuar la adsorción. En el segundo caso, se cambiaron las perlas de vidrio por gel de sílice (Figura 5), para conseguir un depósito tanto sobre la superficie como en el interior de esta. Obteniendo una adsorción de 53.4 ppm/cm 2. Adsorción en óxidos comerciales Se comparó la capacidad de adsorción de cinco óxidos de manganeso comerciales y la mejor adsorción se obtuvo con el Mn (II) (Figura 6). La adsorción de este óxido fue de 4.7 ppm Pb /cm 2, cinco magnitudes más comparado con los óxidos 282

283 de Mn (II,III), Mn (III), Mn (IV) y el polvo de MnO 2. Esto se puede deber a que el primer óxido se encuentro mayormente conformado por material amorfo. Figura 4. Adsorción de plomo en el depósito de óxido de manganeso sobre perlas de vidrio a diversas temperaturas Figura 5. Imagen SEM a 80X del depósito de óxido de manganeso sobre sílice gel Figura 6. Adsorción de plomo sobre los óxidos de manganeso comerciales CONCLUSIONES En este trabajo se abordó la adsorción del plomo sobre películas de dióxido de manganeso sintetizado por baño químico en diferentes sustratos y su adsorción en óxidos comerciales. En el caso del dióxido de manganeso sintetizado, se encontró que las mejores condiciones para obtener un recubrimiento homogéneo y de alta adherencia fue de con una concentración de 0.02 mol/dm 3 MnCl 2 4H 2 O y 0.2 mol/dm 3 de NaBrO 3 a una temperatura de 60 C por un tiempo de 24 hrs. En cuanto al sustrato, se realizaron depósitos sobre perlas de vidrio para tener una mayor área superficial donde se efectúe la adsorción. En el caso de los óxidos comerciales, se encontró que la mejor adsorción la presentó el Mn (II) en estado amorfo. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a CONACYT por la beca otorgada para estudios de Maestría y también por apoyo para la realización del trabajo a través del proyecto Además, se agradece al CONCYTEQ por el apoyo recibido para la asistencia a congreso. También se agradece a los Ing. Guadalupe Olvera e Ing. Guillermo Carranza por la realización de las pruebas de ICP y a los Ing. Federico Manríquez e Ing. Juan Manuel Alvarado por las imágenes SEM. 283

284 REFERENCIAS Conner, J. R Chemical fixation and solidification of hazardous wastes. Van Nostrand Reinhold, pp New York, EEUU. Manríquez-Reza, E Formación y caracterización de un material constituido por dióxido de manganeso sobre carbón activado con potencial aplicación en la adsorción de iones presentes en aguas. Tesis de Maestría. CIDETEQ, México. Roundhill, D. M Extraction of metals from soils and waters. Kluwer Academic - Plenum Publishers, New York, EEUU. Unuma, H., Kanehama, T., Yamamoto, K., Watanabe, K., Ogata, T., Sugawara, M Preparation of thin films of MnO 2 and CeO 2 by a modified chemical bath (oxidative-soak-coating) method. Journal of Materials Science. 38: Yan-Xu, H., Le-Xu, S., Dong-Li, X., Wang, H., Yan, H Chemical Bath Deposition of Hausmannite Mn 3 O 4 thin films. Applied Surface Science. 252:

285 A-T TL-8 DESALACION DE AGUA DE MAR MEDIANTE UN REACTOR DE MEMBRANA SEAWATER DESALINATION USING A MEMBRANE REACTOR Víctor Pérez-Moreno* Profesor-Investigador del Centro de Estudios Académicos sobre Contaminación Ambiental (CEACA), Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ) Doctorado en Química, Investigador del SNI nivel 1, Profesor con Perfil PROMEP Carlos Benjamín Bonilla-Suárez Mabel Fortanell-Trejo Gustavo Pedraza-Aboytes CEACA, Facultad de Química, UAQ *Centro de Estudios Académicos sobre Contaminación Ambiental,CEACA, Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro, Centro Universitario, Cerro de las Campanas, Santiago de Querétaro, Qro, C. P., México. RESUMEN El propósito de este proyecto es emplear membranas cerámicas modificadas para obtener desalación de agua de mar a bajas presiones y reducir costos de operación como una fase previa en un proceso de desalinización de una membrana integrada. Durante este proceso de desmineralización, se emplearon membranas cerámicas de TiO 2 y metales soportados tales como plata y platino. Se logro una reducción cercana al 30% en sólidos disueltos totales (SDT), cuando el agua de mar pasa a través de estas membranas modificadas. La presión empleada fue de 3-5 bar. Aun con esta reducción en salinidad, el agua obtenida producto de este proceso requiere ser tratada para una completa desalación, que podría ser realizada mediante osmosis inversa (OI). La conclusión de este trabajo es que la desmineralización o desalación parcial con membranas cerámicas modificadas es deseable como una primera en un proceso de desalación integrando membranas para reducir costos cuando se compara con un sistema puro de osmosis inversa. ABSTRACT The main purpose of this project is the use of modified ceramic membranes to obtain desalination of seawater at low pressure and reduced operational costs as a previous phase in an integrated membrane desalination process. During this process of demineralization, TiO 2 ceramic membranes were used and coated with metals, either silver or platinum. There has been a reduction of above 30% in total dissolved solids (TDS) when seawater passes these modified membranes. The pressure used was 3-5 bar. Even with this reduction in salinity, the product water from this process has to be treated for a complete desalination that might be made by reverse osmosis (RO). The conclusion of this work is that demineralization or partial desalination with modified ceramic membranes is suitable as a first step in an integrated membrane desalination process to reduce costs when compared with a pure reverse osmosis system. 285

286 Palabras clave: Membranas cerámicas, desalinización, impregnación con metales, nanofiltración, desmineralización de agua de mar Key Words: Ceramic membranes, desalinization, metallic impregnation, nanofiltration, sea water demineralization INTRODUCCIÓN Actualmente existe una creciente escasez de agua dulce para las diversas actividades humanas en muchas regiones del planeta, debido a la existencia de una mayor demanda y una decreciente disponibilidad de este recurso (por sobreexplotación, contaminación e incluso por el cambio climático). Es por ello que han surgido alternativas para poder garantizar el abasto de agua dulce, como son el reuso del agua y la desalinización de aguas salinas o salobres. La desalinización es el proceso de quitar las sales del agua salina o salobre para producir agua dulce, que contiene menos de 1,000 mg L -1 de sólidos solubles totales y que puede ser destinada a diferentes actividades como son agua potable, riego agrícola o uso industrial. Las tecnologías para la desalinización pueden clasificarse en dos tipos: térmicas y por membranas. La desalinización por energía térmica involucra la separación del agua por evaporación y su posterior condensación. En la separación por membranas, el agua salina o salobre pasa por una membrana que retiene las sales junto con parte del agua, dejando pasar la otra parte del agua prácticamente libre de sales. Las tecnologías de los procesos para desalar agua de mar han sido conocidas por largo tiempo. El problema fue que en sus orígenes, estos procesos eran de tan alto costo que se hacía inviable desarrollar plantas de cierto tamaño desde el punto de vista comercial. A fines de los 1960s, unidades comerciales comenzaban a ser instaladas en varias partes del mundo. Estas unidades fundamentalmente utilizadas para desalar agua de mar correspondían a procesos de evaporación, pero en los años 1970s, los procesos comerciales de membrana comenzaron a ser más utilizados. Por ejemplo desde 1970, la capacidad de producción de agua desmineralizada por osmosis inversa ha aumentado de un 20 % a 30 %, del total mundial de plantas desalinizadoras, mientras que, la destilación ha decrecido desde el 68 a 56 %. Desde principios de 1980, la aplicación de la osmosis inversa como proceso para potabilizar las aguas salobres se ha demostrado enormemente efectiva, segura y fiable y desde entonces la mayor parte de las plantas desalinizadoras que se han instalando lo han hecho con tecnologías con membranas llegando a presentar el 75% del total instalado en A principios del siglo XXI se tenían 171 plantas desaladoras, de las cuales 30% no operaba de manera regular por problemas de mantenimiento, diseño o falta de capacitación en su uso. Del total en operación 53% eran para fines turísticos, con una capacidad instalada de 26,942 m 3 /d (311 L/s) y 12 % para uso industrial, equivalente a una capacidad instalada de 18,403 m 3 /d (211 L/s) para un total de 65 mil m 3 /día pero sólo 45 mil de capacidad neta en operación. Para 2007 se tenían en México 435 plantas desaladoras ubicadas en 320 sitios, con una capacidad instalada de 193,771 m 3 /d y si se estima el mismo porcentaje de operación se tendrían únicamente 136 mil m 3 /d de capacidad neta. El estado con el mayor número de desaladoras es Quintana Roo, con 79 unidades; le sigue Baja California Sur, con 71 (Estadísticas del agua en México, 2010). Un proceso con membrana es una filtración a presión, que dependiendo del tamaño de los poros de la membrana, puede separar desde sólidos suspendidos hasta sólidos disueltos y que puede recibir diferentes nombres. La microfiltración (MF) separa partículas entre 0.1 y 10 micras (como sólidos suspendidos, materia coloidal e incluso bacterias), la ultrafiltración (UF) separa partículas entre 0.01 y 0.1 micras (como bacterias, coloides, virus y grandes moléculas orgánicas solubles). La nanofiltración (NF), que se considera en el rango de a 0.01 micras, al igual que la ósmosis inversa (OI), que separa partículas entre y micras, son capaces de eliminar sólidos disueltos. 286

287 Las membranas de NF normalmente rechazan moléculas con una masa molecular mayor a 200 g/mol y la OI puede separar sales inorgánicas disueltas (incluso iones tan pequeños como Na +, Cl -, SO 4 2- o Ca 2+ ). La OI es la más empleada por eliminar sólidos disueltos, produciendo prácticamente agua pura. La eficiencia de la filtración por ósmosis inversa puede medirse por varios valores como flujo de permeado, porcentaje de rechazo de sales, porcentaje de recuperación de agua, permeabilidad, flux y presión necesaria (Oh et al., 2009; Shirazi et al., 2010). Las membranas empleadas en ósmosis inversa pueden ser de polímeros orgánicos o de materiales cerámicos inorgánicos. Actualmente las membranas poliméricas dominan el mercado de desalinización. Las membranas inorgánicas tienen algunas ventajas sobre las de polímero como son una mayor facilidad de limpieza, mayor resistencia a los agentes químicos y desinfectantes y poder modificarse para mejorar su desempeño (Al-Zoubi y Omar, 2009). Además la superficie de las membranas cerámicas puede modificarse para, de manera selectiva, rechazar alguna especie química; ya sea como un tratamiento previo a una desalinización en general o simplemente para eliminar algún anión o catión en particular (Velizarov et al., 2004). La modificación de una membrana cerámica consiste en la impregnación en la superficie de la misma, de algún elemento metálico. De este modo se mejora el desempeño de la membrana, que puede retener iones, por las cargas eléctricas, aún siendo de diámetro menor al poro de la membrana y sin perder la propiedades de porosidad de la misma (Zhang et al., 2009). METODOLOGÍA Para este estudio se procedió a realizar un muestreo y caracterización de agua de mar en la zona de Playa Blanca, Guerrero, México, en la región de la Bahía del Potosí (17 34'45.08"N '21.97"O). En un primer tiempo se muestreó el agua de mar en una zona delimitada con una distribución espacial de 5 km, dentro de la misma bahía, siendo el punto central el georeferenciado anteriormente. Posteriormente se amplió la zona delimitada a una distancia total de 80 km (Fig. 1), considerando el mismo punto central, ubicando los puntos extremos de la zona de muestreo ampliada en Troncones ( 'N 'O) y El Calvario ( 'N 'O). Fig. 1. Localización de la zona de estudio y distribución espacial del muestreo de agua de mar (Troncones-Playa Blanca-El Calvario) El montaje experimental para la desalinización de agua de mar que se hizo consiste en un reactor metálico en donde se colocan las membranas cerámicas. Al reactor se le instalaron medidores de presión a la entrada y salida del agua. Para alimentar al reactor se instaló una bomba líquida. El sistema incluye soportes, mangueras de alimentación, salida, reguladores y válvulas. 287

288 A las membranas inorgánicas cerámicas se les realizó una modificación, consistiendo en impregnación aniónica de metales (platino y plata). En el caso del platino, las membranas cerámicas fueron impregnadas con una solución de ácido hexacloroplatínico, posteriormente fueron lavadas con solución de ácido nítrico, secadas en estufa en atmósfera inerte (gas helio). Finalmente, fueron calcinadas a 300 C en una atmósfera reductora de hidrógeno para dejar el platino en estado metálico. En el caso de la plata, las membranas fueron impregnadas en una solución de nitrato de plata base piridina para formar un polímero de plata que se depositó en la membrana. Posteriormente la membrana fue secada y sometida a calcinación a 300 C para dejar únicamente la plata fijada a la membrana. Las membranas inorgánicas cerámicas de tamaño de poro 5 kd impregnadas con metal: platino (Pt) o plata (Ag) se montaron en el reactor y se evaluó la remoción de sales, reportada como sólidos disueltos totales (SDT). De igual manera se trabajó con membranas unicanal y de 7 canales para aumentar el porcentaje de remoción de sales. Paralelamente se instaló una planta piloto de ósmosis inversa que trabaja con membranas poliméricas comerciales para fines de comparar con el reactor con membranas cerámicas. De las tecnologías tradicionales, se decidió seleccionar la ósmosis inversa para comparar el sistema propuesto, ya que las otras tecnologías son poco viables y representan un mayor impacto ambiental por la quema de combustibles fósiles (tanto por la fluctuación a la alza del precio de los combustibles, como por las emisiones derivadas de su combustión). Para el reactor con la membrana cerámica se trabajó en intervalo de presión de 0-6 bar. De igual manera, el intervalo de presión para el sistema de ósmosis inversa fue de 0-10 bar. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Tabla 1 se presentan algunos de los resultados de la caracterización fisicoquímica y microbiológica del agua de mar de la zona estudiada de Playa Blanca. Los resultados obtenidos indican que el agua de mar de esta zona está libre de contaminantes microbiológicos, por lo cual su calidad le permitiría su tratamiento de desalinización mediante membranas cerámicas o poliméricas. Tabla 1. Análisis de agua de mar de la zona de estudio (Playa Blanca, Gro., México) Parámetro (mg/l) Valor Playa Blanca, Gro. Bicarbonatos (meq/l) 2.0 Calcio Cloruros 20,473.9 Magnesio Potasio Sodio 12,941.8 Sulfatos 2,800.1 Sólidos disueltos totales 38,158.4 Coliformes totales (NMP/100 ml) N.D. Coliformes fecales (NMP/100 ml) N.D Una vez montadas en el reactor las membranas inorgánicas cerámicas impregnadas con platino y plata se reporta la remoción de sales del agua de mar estudiada como sólidos disueltos totales (SDT) y se compararon los resultados con membranas poliméricas convencionales de ósmosis inversa. Los valores óptimos de remoción del sistema propuesto de reactor a membrana con plata o platino (RM-metal impregnado) llegaron a valores cercanos al 30% como se muestra en la Fig. 2. Para la osmosis inversa (OI) se llegó a un valor de casi 85% de remoción. 288

289 100.00% 90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 28.24% 29.59% 84.76% RM-platino 7 canales RM-plata 1 canal OI 10 bar 6 bar 6 bar Fig. 2. Comparación de los valores óptimos de remoción de sólidos disueltos totales (SDT) en el sistema propuesto (RM) con el sistema de osmosis inversa (OI) Además de la comparación de sólidos disueltos totales (SDT), se realizó un análisis de remoción individual de cationes y aniones empleando ambos sistemas: osmosis inversa y sistema propuesto de reactor a membrana. La comparación de remoción de cationes entre el reactor a membrana y la osmosis inversa se muestra en la Fig % % Remoción Cationes 80% 60% Consumo energético Kwatt-hora / m % Magnesio Calcio % 0% Potasio Sodio Total Pt 1 canal Pt 7 canal Ag 1 canal Ag 7 canal Osmosis RM-platino 7 canales RM-plata 1 canal OI Fig. 3. Comparación de remoción de cationes en el sistema propuesto con el sistema de osmosis inversa Figura 4. Comparación de consumo energético entre el sistema propuesto (RM) con el sistema de osmosis inversa (OI) Se realizó una medición de consumo energético por unidad de volumen de agua de entrada al proceso (kw/m 3 ) comparando el sistema propuesto (RM) con la planta piloto de ósmosis inversa (OI), la cual se muestra en la Fig. 4. CONCLUSIONES Los resultados de remoción de sales indican que las membranas cerámicas presentan remociones cercanas a 30%, y el proceso de ósmosis inversa presenta remoción cercana al 85%. En el caso de la impregnación con platino, la remoción de calcio y magnesio es mucho más aproximada a la obtenida con la ósmosis inversa, para otros cationes y aniones no hay diferencia entre membranas de plata y platino y los valores son menores que de ósmosis inversa. Respecto a la 289

290 evaluación económica el sistema propuesto opera con un 75% de ahorro energético en comparación con la planta de ósmosis inversa. Por los resultados obtenidos de remoción y del ahorro energético, se considera viable emplear el sistema propuesto con membranas cerámicas impregnadas con metal, como una etapa previa al sistema tradicional OI. Esto permitirá una mejor operación de la planta de ósmosis inversa, al procesar agua casi sin cationes divalentes y con menor concentración de sales; además del ahorro de energía y costo final de membranas que esto significará. RECONOCIMIENTOS Al financiamiento del proyecto CONACyT-CONAGUA y del proyecto PROMEP-PTC-111 (2008). REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Al-Zoubi, H. y Omar, W. (2009). Rejection of salt mixtures from high saline by nanofiltration membranes. Korean J. Chem. Eng. 26(3): CONAGUA. (2010). Estadísticas del Agua en México. Comisión Nacional del Agua. México D.F. México. Oh, H., Hwang, T. y Lee, S. (2009). A simplified simulation model of RO systems for seawater desalination. Desalination. 238: Shirazi, S., Lin, Ch. Y Chen, D. (2010). Inorganic fouling of pressure-driven membrane processes- A critical review. Desalination. 250: Velizarov, S., Crespo, J. y Reis, M. (2004). Removal of inorganic anions for drinking water supplies by membrane bio/processes. Reviews in Enviromental Science & Bio/Technolgy. 3: Zhang, L., Park, I., Shqau, K, Winston-Ho, W. y Verweij, H. (2009). Supported Inorganic Membranes: Promises and Challenges. JOM. 61 (4):

291 A-T TL-9 VINAZAS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL: ESTUDIO MICROBIOLÓGICO Y EVALUACIÓN DE PARÁMETROS DE CALIDAD AMBIENTAL VINASSES, WASTEWATERS OF THE BIOETHANOL PRODUCTION: A MICROBIOLOGICAL STUDY AND QUALITY ENVIRONMENTAL PARAMETERS EVALUATION Diana Toscano-Pérez Estudiante de licenciatura de la Facultad de Química-UNAM. Carrera Química Farmacéutica Biológica. Actualmente se encuentra realizando una estancia estudiantil así como su trabajo de tesis de licenciatura en los Laboratorios de Ingeniería Química y de Química Ambiental. L-301, L-302, L-303. Edificio E-3 de la Facultad de Química, UNAM Marisela Bernal-González Facultad de Química, UNAM María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Facultad de Química, UNAM *Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental de la Facultad de Química L-301, 302 y 303 del Conjunto E de la Facultad de Química de la UNAM. Privada de Cedro No. 33, San Miguel Ajusco. Delegación Tlalpan México D.F. Tels.: / RESUMEN En la actualidad los problemas de índole ambiental se han convertido en un riesgo no sólo para el medio ambiente y la naturaleza, sino también, para la población humana. Es por ello que hoy en día existen diversas propuestas y proyectos enfocados en la prevención y remediación de problemas por contaminación ambiental. La bioremediación o biotransformación es una estrategia utilizada para eliminar y/ó degradar contaminantes de ambientes tanto de la atmósfera, hidrosfera, litosfera y geosfera que han sido dañados por diversos agentes. Dicha estrategia hace uso de microorganismos de los cuales son aprovechadas sus capacidades metabólicas en función de degradar los agentes contaminantes en otros poco, menos o nada contaminantes. En el presente proyecto se ha sometido a las vinazas a un tratamiento aerobio en reactores tipo RALLFA a tres temperaturas distintas de 45, 55 y 65 C. Los parámetros de control y mantenimiento en cada uno de los reactores son temperatura, ph y alcalinidad; a su vez para demostrar que el tratamiento de estos residuos es efectivo en los reactores se han realizado pruebas de DQO. Por su parte, el estudio microbiológico no se ha dejado de lado y se ha desarrollado una técnica para el aislamiento de los microorganismos involucrados en el proceso de metanogénesis que se lleva a cabo en los reactores RALLFA. Se trata de las bacterias metanogénicas (BM) y de las sulfatoreductoras (BSR); cabe señalar que se busca no únicamente el aislamiento de BM y BSR mesofílicas, sino también termofílicas. ABSTRACT At present, the environmental problems have become at risk not only for the environment and nature but for the human population. It is also for this reason that today there are various proposals and projects aimed at the prevention and 291

292 remediation of problems because of pollution. The bioremediation and biotransformation is a strategy used to eliminate and / or degrade contaminants in environments of the atmosphere, hydrosphere, lithosphere, and geosphere that have been damaged by various actors. This strategy makes use of micro-organisms which are exploited their metabolic capabilities according to degrade pollutants in other, less or no pollutants. In this proyect the vinasses has exposed in an anaerobic treatment in UASB reactors at three different temperatures: 45, 55 and 65 C. These control and maintenance parameters in each UASB reactors are temperature, ph and alkalinity; at the same time, to demonstrate that the waste treatment is effective in reactors have done COD tastes. On the other hand, the microbiological study is present and has developed a technique for the microorganisms isolation involved in methanogenesis process that take part in UASB reactors. Organisms are methanogenic and sulfato-reducing bacteria (MB and SRB). It should be noted that in this project, not only mesophilic bacteria are considered but also termophilic bacteria. Palabras clave: biorremediación, vinazas, RALLFA, BM, BSR Key Words: bioremediation, vinasses, UASB reactors, MB, SRB INTRODUCCIÓN Las vinazas Después de un proceso de fermentación o degradación alcohólica, el alcohol etílico obtenido en el mosto fermentado o vino debe ser concentrado mediante una destilación desde hasta 96% v/v. En este proceso se generan aguas residuales llamadas vinazas. Por cada litro de alcohol etílico obtenido se generan entre 12 y 14 L de vinazas. Las vinazas son descargadas directamente en suelos o cuerpos acuíferos. Poseen un ph de carácter ácido entre 3-4. A la fecha no se ha determinado el contenido exacto de las vinazas ya que éste varía con el origen y tipo de materia prima utilizada; sin embargo, todas tienen un color café y olor dulce. En la Tabla 1 se muestra el contenido promedio de las vinazas. Tabla 1. Composición de las vinazas (Bernal-González et al., 2002) Compuesto Cantidad (g L -1 ) Demanda química de oxígeno (materia orgánica e inorgánica disuelta coloidal y en suspensión) Sulfatos 4-6 Potasio 6-8 Sólidos totales Nitrógeno total 446 Ión amonio 730 Azúcares no metabolizadas por levaduras Problemática de las vinazas (Castro-González et al., 2004, 2001) En primer lugar, si se vierten en suelos o aguas se generan problemas de salinidad y acidez en el cuerpo receptor. Además, dado que la temperatura de evacuación es superior a 60 C, su tratamiento en procesos biológicos (sistemas anaerobios) se dificulta puesto que la gran mayoría de los microorganismos involucrados en estos procesos son mesófilos. Aunque existen otros tipos de tratamiento de vinazas como son la evaporación y la calcinación, estos procesos son poco factibles puesto que son más costosos. Como una solución a este problema por contaminación de vinazas se ha sugerido darles un tratamiento en tres reactores tipo RALLFA (reactores anaerobios de lecho de lodos de flujo ascendente, operando a temperaturas de 45, 55 y 65 C. Éstos mantienen condiciones estables, tales como un intervalo de ph de 6 a 7, una relación de alcalinidad ( ) entre 0.2 y 0.4 y una ausencia total de oxígeno. Estas características son indispensables para la existencia de consorcios microbianos, principalmente de dos grupos, las bacterias metanogénicas (BM) y las sulfatorreductoras (BSR), capaces de efectuar la degradación del material orgánico a un producto final como el biogás rico en metano y los sulfuros metálicos ocluidos en el lodo (consorcios microbianos). Por ello, el objetivo planteado en esta investigación es desarrollar una metodología para el aislamiento y caracterización 292

293 de bacterias sulfatorreductoras y metanogénicas en muestras de vinazas provenientes de un ingenio azucarero-alcoholero situado en el estado de Veracruz, México, contenidas en tres reactores tipo RALLFA a las temperaturas ya mencionadas de 45, 55 y 65 C. Bacterias metanogénicas (BM) (Madigan et al., 2003) Se caracterizan por ser microorganismos anaerobios estrictos, su ph óptimo de proliferación oscila entre 6.7 a 7.8. Para llevar a cabo la metanogénesis utilizan como principales sustratos el CO 2, formiato (HCOO - ), CO, metanol, metilamina, trimetilamina, acetato (CH 3 COO - ), piruvato (CH 3 COCOO - ). Existe una amplia diversidad de BM y la mayoría son mesofílicas; sin embargo, también existen termofílicas, desarrollándose en temperaturas entre 55 y 88 C. Ejemplos de reacciones llevadas a cabo por las BM se presenta en la reacción (1) (Tórtora, 2004): CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O; CH 3 OH + H 2 CH 4 + H 2 O; CH 3 COO - + H 2 O CH 4 + HCO 3 - (1) Algunas de las especies de BM se presentan en la Tabla 2. Tabla 2. Clasificación de las BM (Tórtora, 2004) BM Mesofílicas BM Termofílicas Methanospirillum hungatii Methanothermus fervidus Methanosarcina barkeri Methanosaetha termophila Methanobacterium formicicum Methanotorris igneus Methanococcus vannielii Bacterias sulfatoreductoras (BSR) (Madigan et al., 2003) Al igual que las BM, éstas son anaerobias estrictas distribuidas en ambientes anóxicos, tanto terrestres como acuáticos. Poseen un Gram negativo y su ph óptimo de desarrollo es de 7.3 a 7.6. Se clasifican en dos grupos principales según el tipo de sustrato que utilicen (Tabla 3). Tabla 3. Clasificación de las BSR (Madigan et al., 2003) Sustrato BSR Grupo I Malato, sulfonato, metanol, etanol, butanol Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfosarcina, etc. Grupo II Lactato, succinato, benzoato Desulfomonas, Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfococcus METODOLOGÍA El primer paso para realizar este estudio es el mantenimiento de los reactores tipo RALLFA a 45, 55 y 65 C. Esto se hace mediante la alimentación de vinazas y el análisis de los efluentes para cada uno de los rectores como se presenta en la Fig. 1. La segunda etapa es dar seguimiento a los parámetros de ph, alcalinidad, temperatura y DQO en los reactores como se presenta en el Fig. 2. La tercera etapa corresponde al aislamiento de BM y BSR. Ésta se realizó determinando primero la dilución de trabajo para el cultivo en medio general (MG), siguiendo el diagrama de la Fig. 3. Posteriormente, se realiza el cultivo en medio selectivo para las bacterias en estudio según el diagrama de la Fig

294 Fig. 1. Alimentación del los RALLFA Fig. 2. Parámetros de operación Fig. 3. Selección de la dilución de trabajo para el cultivo en MG 294

295 Fig. 4. Aislamiento de bacterias en medio de cultivo selectivo RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se realizó la alimentación y mantenimiento de los RALLFA que se encuentran a 45, 55 y 65ºC, ya que el aislamiento de las BSR y BM de interés para esta investigación es a partir de la biomasa que se encuentra en cada uno de estos, por lo cual deben estar estables. Dicha estabilidad se observa mediante el seguimiento de los parámetros de ph, temperatura y alcalinidad. En la Fig. 5 se muestra cada uno de ellos para los RALLFA, así como la DQO (Demanda química de oxígeno). a) b) c) d) Fig.5. a) Temperatura; b) ph; c) alcalinidad; d) DQO; RALLFA 45ºC; RALLFA 55ºC; RALLFA65ºC 295

296 Se llevó a cabo la selección del medio de cultivo líquido general para BSR y BM trabajando a 45ºC y 30 días de incubación, realizando observaciones durante el experimento las cuales se presentan en la Tabla 4 y del medio de cultivo selectivo Postgate C fue modificado para BSR a una temperatura de 45ºC (Tabla 5). Tabla 4. Cultivo en medio líquido general para BSR y BM Día Observaciones BSR BM 1-5 Color inicial del medio de cultivo: amarillo claro, traslúcido Color: amarillo obscuro Presencia de turbidez y partículas negras suspendidas Color: amarillo obscuro Precipitado negro Presencia de burbujas en la superficie Disminuye el oscurecimiento del medio, no hay presencia de burbujas en la superficie y continúa el precipitado negro. Los parámetros de temperatura, ph y alcalinidad se han encontrado estables. El ph promedio para los reactores operando a 45, 55 y 65 C ha sido de 7.087, y 7.119, respectivamente. Este ph es el óptimo debido a que las BM y BSR necesitan ph neutro para su existencia y reproducción. Mientras tanto, la temperatura de cada uno se ha mantenido en promedio a 45.4, 55.0 y 64 C, respectivamente. Éstas son las temperaturas deseadas para cada reactor. El único que se encuentra ligeramente por debajo de ésta es el RALLFA operando a 64 C; sin embargo, se considera que no afecta radicalmente en la existencia y reproducción de los microorganismos. Por su parte, el factor indica la capacidad amortiguadora del sistema. Al valor de ph de 5.75 se determinó la capacidad amortiguadora del sistema debida a los bicarbonatos y al valor de ph de 4.3 se determinó la alcalinidad total (Jenkins, 1991). La relación entre ambas alcalinidades representa la alcalinidad total que el sistema utiliza para neutralizar los ácidos grasos volátiles. Este valor se debe encontrar entre 0.2 a 0.4 para poder afirmar que el reactor se encuentra estable y no sufre un fenómeno de acidificación. La medición de DQO muestra que la vinaza contiene mayor carga de materia orgánica que los efluentes obtenidos de cada uno de los reactores. Aunque el seguimiento de estos parámetros ha sido en un tiempo corto (cuatro meses), se espera continuar con el seguimiento analítico y obtener mayor cantidad de resultados para llevar a cabo un análisis estadístico que pueda proporcionar significancias entre los datos (p<0.05). Respecto al cultivo de las BSR y BM, como se observa en la Tabla 4, los primeros cinco días de incubación en el medio general no se observaron cambios en éste, ya que las bacterias aún no se reproducían puesto que se encontraban en la fase de reconocimiento de sustratos y adaptación al medio de cultivo (fase demorada o lag en inglés). Al sexto día, la presencia de turbidez y de partículas negras suspendidas indican desarrollo bacteriano. Las partículas negras suspendidas así como el precipitado negro corresponden al de H 2 S producido por las BSR. Al cabo de los días se observó la presencia de burbujas en la superficie. Éstas pueden deberse a la producción de gas metano por parte de las BM. Nótese que transcurrieron más días para observar dicho fenómeno. Esto puede deberse a que las BM son de metabolismo mucho más lento que las BSR, de tal forma que permanecen más tiempo en la fase demorada. Al cabo de los días ya no se observó incremento en el precipitado negro o formación de gas lo cual indica que la población de bacterias tanto metanogénicas como sulfatoreductoras ya no estaba incrementando puesto que los nutrimentos y sustrato del medio de cultivo ya se habían agotado. 296

297 El cultivo en el medio selectivo para BSR fue importante para fijar la dilución que se utilizará en los siguientes experimentos. Dado que únicamente se observó proliferación en el tubo de dilución 10.1 se supone que ésta será la dilución utilizada para experimentos posteriores. En las tinciones de Gram observadas al microscopio óptico con el objetivo 100X mostraron la presencia de cocos y bacilos Gram positivos y negativos pero, en su mayoría, las poblaciones de bacterias fueron Gram negativas. Este resultado favorece la investigación, dado que las BSR poseen un Gram negativo y pueden ser cocos o bacilos. Tabla 5. Medio de cultivo líquido selectivo modificado para BSR Día Descripción 1 a 7 No se observó ningún cambio en los tubos con diluciones 10-1 a en por lo que se presume que aún no hay presencia de microorganismos 8 En el tubo con la dilución correspondiente a 10-1 se observa la formación de una película blanca en la superficie del medio, presencia de burbujas y de sedimento color negro. En el resto de los tubos no se observó ningún cambio La observación corresponde al tubo con la dilución 10-1, se logra apreciar el sedimento negro; la Fig. c muestra una comparativa entre los tubos con dilución 10-1 y 10-2, en donde en éste último no hay cambios. A su vez se realizó una tinción de Gram de la muestra proveniente del tubo con dilución Se observaron cocos y bacilos con Gram positivo y negativo 9 Aumento de sedimento negro y presencia de burbujas en el tubo con dilución En el resto de los tubos no se observa ningún cambio 10 Aumento de sedimento negro en el tubo con dilución Sin cambios en resto de los tubos. En la tinción de Gram de la muestra de este tubo se observaron cocos y bacilos con Gram positivo y negativo Continúa la presencia de sedimento negro únicamente en el tubo de dilución 10-1, sin embargo éste es igual al del día 10. No se observa la formación de burbujas en el mismo. Sin cambios en el resto de los tubos. 297

298 CONCLUSIONES Los tres reactores poseen las condiciones óptimas de funcionamiento en cuanto a ph, temperatura y alcalinidad. Hasta el momento la metodología para el aislamiento de BM y BSR ha proporcionado buenos resultados aunque aún falta hacer un análisis de microscopía más preciso. Esta fase se encuentra en proceso. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 16a. edición. American Public Health Association, Washington, D.C. EEUU. Balch, W. E., Fox, G. E., Magrum, L. J., Woese, C. R., Wolfe, R. S Methanogens: Reevaluation of a unique biological group. Microbiological Reviews. June: Bernal-González, M., Bribiesca-Rangel, C., Hernández-Martínez, Y., Castro-González, A., Durán-de-Bazúa, M. C Efecto de la temperatura en tres reactores de lecho de lodos de flujo ascendente (RALLFA) sobre la remoción de materia orgánica y la producción de metano utilizando agua residual (vinaza). XII Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales. FEMISCA Guanajuato, Gto., México. Abril 17-20, 2002 (*R, *I:10 pags.). Castro-González, A., Enríquez-Poy, M., Durán-de-Bazúa, C Design, construction and starting-up of an anaerobic reactor for the stabilization, handling and disposal of excess biological sludge generated in a wastewater treatment plant. Anaerobe Biotechnology. 7, 143:149. Castro-González, A., Bernal-González, M., Durán-de-Bazúa, C Tratamiento de vinazas de plantas destiladoras de alcohol usando consorcios microbianos anaerobios. Bebidas Mexicanas, 13(3):12-14, 16-20, Jenkins, S.R., Morgan, J.M., Zhan, X Measuring the usable carbonate alkalinity for operating anaerobic digesters. Res. J. Wat. Poll. Contrl. Fed. 63:2834. Madigan, T. M., Martinko, M. J., Parker, J En Brock: Biología de los microorganismos. Ed. 10a. Pearson Prentice Hall. Pp , , Madrid. España. Tórtora, J.G., Bardell, R.F., Case, L.C Introducción a la Microbiología. Ed. 5a. Editorial Médica Panamericana. Pp. 245, 246, Madrid. España. 298

299 A-T TL-10 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: EFECTO DE LA GENERACIÓN DE OXÍGENO FOTOSINTÉTICO EN UN SISTEMA SÓLIDO-LÍQUIDO-GAS WASTEWATER TREATMENT: EFFECT OF PHOTOSYNTHETIC OXYGEN GENERATION IN A SOLID-LIQUID-GAS SYSTEM María Guadalupe Soto-Esquivel * Ingeniera química por la FQ-UNAM, Maestra en Ingeniería Ambiental por la UNAM. Estudiante doctoral en el Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería de la UNAM, México María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa Profesora de la Facultad de Química de la UNAM. Paseo de la Investigación Científica s/n, México, D. F. Tel al 04, Fax * Facultad de Química, Edificio "E", Labs. 301, 302, 303. Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), México, D.F. México. Tel.: al 04, Fax RESUMEN Se determinó el efecto de la transferencia de oxígeno generado fotosintéticamente, hacia la zona de la raíz de plantas acuáticas. Cuatro reactores con un volumen total de 20 L y un volumen de trabajo de 10 L y empacados con escoria volcánica (tezontle), fueron alimentados con agua residual sintética (R1 y R2) y con agua de la llave (R3 y R4). El agua residual sintética contenía sacarosa, (NH 4 ) 2 SO 4, Na 3 PO 4.12H 2 O, dando una relación C:N:P de 15:1:0.1. La carga orgánica se midió como demanda química de oxígeno (DQO) y fue de 800 mgl -1. Dos de los reactores (R1 y R3) tenían una mata de tule (Typha latifolia), cada uno y los dos reactores restantes (R3 y R4) no tuvieron planta. Los reactores fueron totalmente sellados para disminuir la difusión del oxígeno de aire hacia las zonas empacadas. Los reactores se mantuvieron en un ambiente controlado a 28 2 C, con irradiación artificial constante equivalente a 20.6 Wm -2 mediante 15 lámparas fluorescentes instaladas prendidas durante 12 horas diarias (de 7:00 a 19:00 h, 12 horas de luz / 12 horas de oscuridad). Los resultados indican que el oxígeno fotosintético aumenta la conversión de sustratos adicionados en el agua residual sintética y medidos como demanda química de oxígeno soluble, DQO. Se realizaron medidas de diferencia de potencial cada 2 horas (7 19 horas), en tres electrodos colocados (a 2, 10 y 30 cm de la superficie, respectivamente) en cada una de las columnas empacadas. ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the effect of the molecular oxygen generated by photosynthesis, in an artificial lab scale wetland. Four 20-Liter reactors (10-L working volume) packed with volcanic lava were fed with synthetic wastewater (R1, R2) and tap water (R3, R4). Synthetic wastewater contained sucrose, (NH 4 ) 2 SO 4, Na 3 PO 4.12H 2 O to give a C:N:P ratio (15:1:0.1) and 800 mg COD (total chemical oxygen demand)/l. Two reactors, R1, R3, had a single macrophyte (Typha latifolia), and R2, and R4 had no plant. The reactors were fully covered to avoid or minimize the diffusion of atmospheric oxygen. Reactors were maintained in a 28 2 C heated room with artificial constant light irradiation (20.6 Wm -2 from 15 fluorescent lamps installed) from 7:00 to 19:00 hours (12h light/12 h dark). Results indicate that photosynthetic oxygen enhances the conversion of substrates added to the synthetic wastewater, measured as soluble chemical oxygen demand, COD. 299

300 Palabras clave: Humedales artificiales, iluminación con electricidad, oxígeno fotosintético Key Words: Artificial wetlands, electric illumination, photosyntetic oxygen INTRODUCCIÓN Los estudios que plantean el efecto de la transferencia del oxígeno generado por las macrofitas durante la fotosíntesis al sistema radicular donde se encuentran las bacterias y su impacto en la bioconversión de la materia orgánica son relativamente escasos. Por ello, en esta investigación se plantea corroborar este fenómeno, experimentalmente, en sistemas a escala de banco. Los humedales costruidos se fundamentan en los siguientes principios básicos: La actividad bioquímica de los microorganismos; el aporte de oxígeno a través de los vegetales y por difusión a través de un lecho inerte que sirve como soporte y que algunos autores llaman sustrato, tanto para los microorganismos como para los vegetales y el propio lecho inerte que, además, puede servir como material filtrante. En conjunto, estos elementos eliminan materiales suspendidos en el agua residual (Cooper y Green, 1995; Reed, 1992) y biodegradan materiales disueltos susceptibles al tratamiento biológico hasta mineralizarlos (Hu, 1991). El O 2 necesario para la degradación del material orgánico, presente en el agua residual a tratar, proviene de distintas fuentes: Directamente de la atmósfera por difusión a través del material de soporte, por medio de la interfase aguaatmósfera o por la producción fotosintética de oxígeno en la planta y que ésta intercambia con el medio, a través de raíces, tallo y hojas (Brix, 1993). Los estudios que plantean el efecto de la transferencia del oxígeno generado por las macrofitas durante la fotosíntesis al sistema radicular donde se encuentran las bacterias y su impacto en la bioconversión de la materia orgánica son relativamente escasos. Por ello, en esta investigación se plantea corroborar este fenómeno, experimentalmente, en sistemas a escala de banco. METODOLOGÍA Se realizó la construcción de un dispositivo experimental capaz de proporcionar información indirecta sobre el oxígeno presente en el sistema, mediante la medición de las diferencias de potencial en el sistema de estudio. Para ello se utilizaron unas columnas empacadas y provistas de electrodos redox, previamente construidas (Fenoglio, 2003). La Tabla 1 muestra la granulometría de los materiales utilizados en dicho empaque. Los electrodos proporcionaron lecturas de diferencias de potencial. La metodología de construcción de los electrodos se llevó a cabo como detallan Fenoglio et al. (2002). Tabla 1. Estratos del material de soporte en las columnas en estudio (Durán-de-Bazúa et al., 1998; Fenoglio, 2003) Diámetro granular (mm) Grosor del estrato (cm) Altura relativa a la parte inferior de la columna (mm) Las columnas simularon un sistema de humedales construidos. Dos de las columnas contaban con una mata de tules (Typha latifolia) y las otras dos que no tuvieron macrofitas. Dos de los reactores fueron regados con agua residual sintética (ver Tabla 2), uno con macrofita y otro sin ella, para evaluar el efecto de la presencia de la planta en la 300

301 remoción de la carga orgánica presente. Los otros dos fueron regados con agua de la llave (sin materia orgánica) para verificar el efecto del agua residual en los sistemas, empleados como control. Tabla 2. Composición del agua residual sintética (Fenoglio et al., 2002) Componente Concentración (mgl -1 ) Sacarosa (C) 800 Sulfato de amonio (N) 52.5 Fosfato de sodio dodecahidratado (P) 5 Relación C:N:P 15:1:0.1 Demanda química de oxígeno total, mg DQO T /L 800 Para simular los períodos iluminados y sin iluminación, de 12 horas cada uno, se encendían y apagaban quince lámparas fluorescentes colocadas sobre las columnas mediante el uso de un controlador de tiempo, en el tiempo indicado (7 A.M., encendido y 7 P.M., apagado). Los reactores se ubicaron en un cuarto de temperatura controlada donde no entraba la luz solar. La temperatura se mantuvo en 25 C. No hubo control de la humedad relativa. La irradianza emitida por las lámparas fue medida con un piranómetro (también conocido como solarímetro o radiómetro). Las lámparas fueron colocadas sobre un soporte que las ubica a diferentes alturas. El piranómetro se ubica debajo de ellas y envía una señal de diferencia de potencial (en µv) que es traducida a la medida de irradianza mediante una constante del equipo utilizado: 4.6 µvw -1 m -2. Haciendo el cálculo correspondiente se obtuvo un valor de irradianza en Wm -2. Se realizaron mediciones durante una hora a la altura equivalente a la que tienen las lámparas con respecto a la parte superior de los reactores (0.65 m). El sitio de trabajo debe estar totalmente oscuro para obtener mejores resultados. Los datos obtenidos fueron enviados a una unidad de adquisición de datos y de aquí a una computadora personal (Muhlia, 2002). La fase experimental se dividió en dos partes, la primera incluyó el montaje, la aclimatación y la operación del sistema a un TRH de 12 horas hasta la estabilización del mismo, todo lo cual se llevó un período de aproximadamente 13 semanas y se mantuvo durante poco más de 20 semanas. Para la segunda parte, el sistema se operó a un TRH de 24 horas, hasta alcanzar la estabilidad, lo cual fue un lapso de 3 semanas y esta etapa se operó durante 10 semanas. Dado que el sistema experimental fue instalado en un cuarto a temperatura controlada (28 2 C), fue necesario introducir, durante este período, una hielera para que el agua residual sintética de alimentación se conservara por más tiempo en buenas condiciones (sin descomponerse). Se realizó el cálculo de promedios semanales, de rangos, de desviaciones estándar y de estadísticos F de las mediciones de diferencia de potencial, con la finalidad de poder decir en qué momento se estabilizaron los electrodos de cada uno de los reactores del sistema experimental (AMTE, 2002). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las eficiencias de remoción observadas durante la primera fase experimental (TRH=12 horas) son de 27% a 36% en el reactor de prueba R1 y de 5% a 22% en R2. En el caso de la segunda etapa (TRH=24 horas), la eficiencia de remoción del sistema con planta fue de 30% que, con respecto al que no la tenía, que fue de 24%, indica una diferencia significativa (ver Figura 1). Durante la primera etapa de experimentación, la conductividad eléctrica (CE) a la entrada es de 4800 a 5200 µscm -1, saliendo entre 3800 y 4200 de R1 y entre 4000 y 4800 de R2. Durante el segundo período de experimentación, se observó que los valores coinciden en su comportamiento con el observado en las tendencias de la DQO T. Los valores de 301

302 MA 24 SEP'02 MA 01 OCT MA 08 MA 15 MA 22 MA 29 MA 05 NOV MA 12 MA 19 MA 25 JUE 05 MIE 08 MIE 15 MIE 22 MIE 29 MIE 05 FEB MIE 12 MIE 19 MIE 26 MIE 05 MAR MIE 12 MIE 19 MIE 26 DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO PROMEDIO (mgl -1 ) EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA entrada siguieron manteniéndose en el mismo intervalo de los valores de la primera etapa. Los valores de CE a la salida del sistema, van de 3000 a 2590 μscm HORAS 24 HORAS INFLUENTE EFLUENTE R1 EFLUENTE R2 Figura 1. Valores promedio de las determinaciones de demanda química de oxígeno total (DQO T ) en los reactores R1 y R2 (con y sin planta y regados con agua residual sintética), operando a un TRH de 12 y 24 horas Los sólidos disueltos totales (SDT) a la entrada están entre 2300 y 2500 mgl -1, saliendo de R1 entre 1400 mgl -1 y 1800 mgl -1 y de R2, entre 1700 mgl -1 y 2000 mgl -1. Esto se interpreta también de la misma manera que la CE e indica que sí hay mayor remoción de contaminantes en R1, que en R2. Para el caso de la segunda etapa experimental, se obtuvieron las mismas tendencias que las observadas en el comportamiento de la CE. Los valores medidos a la salida de los reactores van de 1200 mgl -1 a 1400 mgl -1, en R1 y de 1400 mgl -1 a 1600 mgl -1, en R2. Los valores de inicio permanecieron en el mismo intervalo que el manejado en la etapa anterior. Durante la primera fase experimental (TRH=12 horas), el valor del ph se mantiene entre 7 y 8 en el influente, mientras que sale entre 5.5 y 6 de R1 y entre 4.5 y 5.5 de R2. Esto se debe probablemente a la presencia de bacterias anaerobias en R2, ya que al no recibir oxígeno fotosintético generan ácidos orgánicos que acidifican el medio. Puede verse que el sistema que es "oxigenado" fotosintéticamente tiende a aumentar su valor de ph en el agua de salida. Los electrodos presentes en los reactores fueron identificados como electrodo A, el superficial, a 2 cm de la superficie; electrodo B, el intermedio, a 10 cm de la misma y electrodo C, a 30 cm del límite superior, casi esta en el fondo del reactor. En R1 (Figuura 2), se observó que los valores de diferencia de potencial en el agua de entrada son menos positivos que los valores obtenidos del electrodo A, lo que se explica por la presencia de la planta en la zona en donde se colocó el electrodo A. Es decir, es una zona menos anaerobia. También es posible ver que el electrodo B tiene valores más negativos que el electrodo C. Esto se puede deber a la presencia de una comunidad microbiana aerobia que utiliza el poco oxígeno presente para llevar a cabo sus procesos metabólicos. También se observó que los valores de las diferencias de potencial aumentan conforme aumentan las horas del día. 302

303 DIFERENCIA DE POTENCIAL PROMEDIO (mv) EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA HORAS 24 HORAS h 9h 11h 13h 15h 17h 19h 7h 9h 11h 13h 15h 17h 19h TIEMPO (horas) ENTRADA - R1 ELECTRODO A - R1 ELECTRODO B - R1 ELECTRODO C - R1 ENTRADA - R2 ELECTRODO A - R2 ELECTRODO B - R2 ELECTRODO C - R2 ENTRADA - R3 ELECTRODO A - R3 ELECTRODO B - R3 ELECTRODO C - R3 ENTRADA - R4 ELECTRODO A - R4 ELECTRODO B - R4 ELECTRODO C - R4 Figura 2. Diferencias de potencial promedio en la fase estable operando a un TRH de 12 y 24 horas Los valores positivos del electrodo A se hacen más positivos y los valores negativos de los electrodos B y C, se vuelven más negativos. En la segunda etapa, se puede vio que el electrodo A, del reactor R1, tiende a estabilizarse en valores menos positivos que los alcanzados en la primera fase experimental. Esto puede explicarse porque la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual sintética de alimentación es menor, dado que se alimenta la mitad del agua que se alimentaba en la primera etapa. Si el TRH aumenta, entonces se cuenta con más tiempo para degradar la misma cantidad de materia orgánica (800 mgl -1 ), de este modo se requiere más oxígeno (del que se encuentra disuelto en el agua residual sintética y del producido por la fotosíntesis de la planta) y es por esto que los valores de los diferenciales de potencial en el electrodo A bajan con respecto a los valores obtenidos en la primera etapa de experimentación. Dado lo anterior, se observa el mismo comportamiento para los electrodos B y C, ya que hay más tiempo para consumir el oxígeno presente en el sistema. En el caso de R2 los valores de diferencia de potencial son negativos. Esto hace pensar que, dado que no hay raíces de las plantas que transfieran oxígeno por fotosíntesis, el reactor se torna totalmente anaerobio. Se observó que los valores de las diferencias de potencial se hacen más negativas durante el transcurso del día, conforme van generándose ácidos orgánicos.se vio que las tendencias que siguen las mediciones de potencial, en la segunda etapa de R2, son las mismas que se observaron en la etapa anterior. Sólo que, en este caso, la estabilidad se alcanzó relativamente muy rápido. Lo mismo sucedió en el resto de los reactores (de prueba y testigos). En R3 se observó que los valores de B son más positivos, por tanto, la presencia de oxígeno es mayor, que los valores presentados por A. Es decir, que la zona intermedia de la columna es la que presenta condiciones aerobias. Esto se debe a la presencia de la planta, ya que el testigo regado con agua corriente y sin planta, presenta lecturas de diferencia de potencial bien definidas: Valores altos en A que van disminuyendo hacia abajo (B y C). Es decir que la zona superficial es totalmente aerobia y disminuye la presencia del oxígeno conforme se avanza hacia abajo en la columna. Es el reactor más aerobio de los cuatro reactores. 303

304 En R4, los resultados parecen concordar con los reactores restantes. Es decir, es casi un reactor tan aerobio como el reactor R3, pero, dado que no tiene planta, sus diferencias de potencial son más negativas. Está entre R1 y R2, con valores muy negativos, y R3, con valores poco negativos. Respecto al comportamiento del reactor a lo largo del día, se puede apreciar que los valores negativos del electrodo C, tienden a bajar, es decir, se vuelven menos negativos. Mientras que los valores positivos de los electrodos A y B se tornan más positivos. Durante la realización de la fase experimental, se tuvieron algunos problemas con la aclimatación de las plantas en un ambiente caliente, seco y cerrado, pero se solucionó manteniendo en forma permanente el espacio en donde se localizaba el sistema experimental con una humedad relativamente alta (Soto-Esquivel y col., 2009). De este modo, la humedad relativa del ambiente se incrementó hasta un 85% en promedio. También se tuvieron algunos inconvenientes con el estado óptimo de las plantas, ya que éstas tienden a plagarse fácilmente con pulgones. Por lo anterior, las hojas de las plantas tenían que ser lavadas con agua jabonosa (poco jabón) en forma periódica. CONCLUSIONES Sí hay una contribución importante de oxígeno fotosintético en el sistema. Esto mejora la degradación de la materia orgánica presente en el agua residual sintética. Se pudo observar que el cambio de TRH en la operación de los sistemas no mejoró significativamente el desempeño de los mismos. Esto podría significar que el período de oscuridad (de 19:00 horas a 7:00 horas) no está afectando la eficiencia de remoción, que sería una medida indirecta del efecto del oxígeno fotosintético. Esto obviamente debe corroborarse realizando mediciones en el período de oscuridad. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMTE Asociación Mexicana de Trabajo en Equipo Especificaciones del agua. Círculo de Control de Calidad Delfines, de Cervecería Modelo, S.A. de C.V. Ganadores. En Memorias del XIII Concurso Nacional de Círculos de Control de Calidad. Acapulco, Guerrero. México. Brix, H Wastewater treatment in constructed wetlands: System design, removal process and treatment, performance. En Constructed wetlands for water quality improvement. Editado por G. A. Moshiri. Lewis Pub. Co. Michigan, EEUU. Cooper, P., Green, B Reed bed treatment systems for sewage treatment in the United Kingdom - the first ten years experience. Wat. Environ. Res., 32(3): Durán-de-Bazúa, C Tratamiento biológico de aguas residuales. Pub. UNAM, Facultad de Química, PIQAyQA. 5ª Ed.México D.F. México. Durán-de-Bazúa, C., Luna-Pabello, V.M., Ramírez-Carrillo, H.F Humedales artificiales de flujo horizontal y vertical. Patente 1998/ Registro ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial. México D.F. México. Fenoglio, F.E., Genescá, J., Durán-de-Bazúa, C Reduction-Oxidation potentials evaluation as an indirect measurement for dissolved oxygen in artificial wetlands lab models. En 8 th International Conference on Wetlands International Water Association. Ashora, Tanzania. Sept , Pp Fenoglio, F.E Transferencia y difusión de oxígeno en sistemas que simulan humedales artificiales. Tesis de grado. Maestría en Ciencias (Ciencias Químicas, Química Ambiental). UNAM, México, D.F. México. Manahan, S.E Enviromental Chemistry. Lewis Pub. Co. Boca Raton, FL, EEUU. Hu, K Overview: design of subsurface flow constructed wetland systems. Shangai Environ. Sci., 8(9): Luna-Pabello, V. M., Durán, C., Ramírez, H., Fenoglio L., Sánchez, H Los humedales artificiales. Una alternativa viable para el tratamiento de aguas residuales en zonas rurales. Anuario Latinoamericano de Educación Química, ALDEQ. Pp San Luis, Argentina. Muhlia, A Comunicación personal. Laboratorio de Radiación. Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM. México D.F. México. 304

305 Ramírez, H., Fenoglio L., Durán, C., Luna-Pabello, V. M Evaluación de la conductividad eléctrica y eficiencia de remoción de materia orgánica en columnas empacadas con grava. En: Memorias del Tercer Seminario Internacional de Expertos en el Tratamiento de Efluentes Industriales y Residuos. Pp México, D. F. México. Reed, S.C Constructed wetland design the first generation. Wat. Environ. Res. 64(6): Rodríguez, A. y Varela, E Estudio del comportamiento de humedales artificiales como reactores de flujo pistón: alcance de la estabilidad. Tesis profesional en revisión. Facultad de Estudios Superiores, Zaragoza. UNAM. México D. F. México. Soto-Esquivel, M.G., Guzmán-Aguirre, S., Mejía-Chávez, A.G., García-Gómez, R.S., Durán-de-Bazúa, C Efecto de la presencia de hidrofitas (Typha latifolia) sobre los potenciales redox (reducción-oxidación) en columnas empacadas a escala de laboratorio / Effect of hydrophytes (Typha latifolia) presence on the redox potentials (reduction-oxidation) in lab scale packed columns. Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ). 24(1):

306 A-T TL-11 (Invitación especial) HIDROLOGÍA CON BASES FÍSICAS: UNA RESPUESTA DE LA CIENCIA A LA PROBLEMÁTICA PLUVIAL EN ZONAS URBANAS PHYSICALLY BASED HYDROLOGY: THE SCIENCE ANSWER TO PLUVIAL PROBLEMS IN URBAN AREAS Nabil Mobayed* Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma de Querétaro, con doctorado en Ingeniería Hidráulica. Ha publicado más de 30 artículos científicos nacionales e internacionales. Desde hace 12 años se ha especializado en tópicos de la hidrología distribuida, con énfasis en zonas urbanas. * Canarios N 106, colonia Calesa, 76020Santiago de Querétaro, Querétaro, México. Tel.: +52(442) Correo-e: RESUMEN Se ha planteado un modelo hidrológico distribuido para dar respuesta a la problemática pluvial en zonas urbanas, basado en principios físicos, que aprovecha la información de los modelos digitales de elevación en formato reticular (raster) para identificar la red de drenaje y parteaguas de sus áreas de aportación. Los elementos cuadriculares se recorren hacia aguas arriba y se numeran ordenadamente para que los números mayores correspondan siempre a celdas precedentes, según el sentido del flujo. Esto permite hacer un agrupamiento secuencial de celdas, con cierta escala o área mínima, tal que cada grupo forme una microcuenca o celda geomorfológica por tramo de red. Se generan hidrogramas de entrada en cada superficie y, para el tránsito de avenidas, se emplea una forma integral de solución a la ecuación hidráulica de advección difusión. El modelo utilizado (HIDRAS) puede simular el proceso lluvia escorrentía con: varias tormentas, información de mapas temáticos (uso del suelo, edafología) y la expresión de cauces y microcuencas de distinta magnitud. Las pruebas experimentales muestran que cualquier escalamiento basado en criterios fisiográficos, produce resultados similares entre escorrentía medida y calculada. ABSTRACT Based on physical principles, a distributed hydrological model is developed as an answer of pluvial problems in urban areas, taking advantage of digital elevation models (in raster format) to identify the drainage network and boundaries of their tributary areas. Following the upstream direction, squared elements are orderly numbered so that greater numbers always correspond to preceding elements, according to the flow direction. This allows to make a group of sequential cells, with a certain scale or minimum area criterion, so that each group forms a microbasin or geomorphologic cell. Initial hydrographs for each surface are generated and an integral form of advection diffusion hydraulic equation is used for the flow routing. The proposed model (HIDRAS) can simulate rainfall runoff process with: several storms, information of thematic maps (land use, edafology) and different expressions of microbasins and streams. Experimental tests show that any upscaling process, based on physiographic criteria, produces similar results between measured and computed flow data. Palabras clave: Hidrología distribuida, escalado de cuencas, hidrología urbana Key Words: Distributed hydrologý, basin upscaling, urban hydrology 306

307 INTRODUCCIÓN EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA El manejo inadecuado de los recursos hídricos es uno de los problemas más graves a los cuales se enfrentan las poblaciones modernas, debido a que no se cuenta con una planeación adecuada de los sistemas de drenaje pluvial y, en algunos casos, éste ni siquiera ha sido contemplado. En consecuencia, los efectos hidrológicos pueden causar inundaciones, así como daños de diversa índole tanto materiales como sanitarios. Actualmente, por ejemplo, en muchas ciudades importantes de México se presentan inundaciones con una frecuencia notable, situación que muestra el impacto destructivo que podría tenerse en el futuro próximo. Tradicionalmente, la concepción de drenaje urbano consistía en llevar lo más rápido posible el agua lejos o al menos fuera de los límites citadinos, sin considerar el impacto sobre el cuerpo receptor o sobre otras regiones ubicadas aguas abajo. Actualmente, los proyectos de drenaje pluvial deben ser concebidos dentro de esquemas de planificación integrales, que involucren no sólo las obras de desalojo oportuno sino también las de protección y preventivas (como los sistemas de bordería), todas en congruencia con programas y planes de ordenamiento territorial y orientadas a la mitigación (o eliminación) de impactos tanto locales como regionales. Por otro lado, la formulación y habilitación de un modelo matemático para estudiar la escorrentía pluvial en zonas urbanas, debe tomar en cuenta el comportamiento del flujo tanto para representar la forma de acumulación superficial de las aguas llovedizas como para simular su tránsito por el sistema de drenaje. En el primer caso, deben tomarse en cuenta diversidad de criterios validados por la comunidad científica (como el conocido método de la curva de escurrimiento, propuesto por el Soil Conservation Service de los Estados Unidos, 1972); y, en el segundo, las formulaciones habituales del tránsito de avenidas por una red de canales y drenes a superficie libre (Chow, 1959; Mobayed, 2001). Con respecto a la regulación del caudal en partes bajas o susceptibles a la inundación, se puede aplicar el principio de conservación de masa para involucrar, de manera global: aportaciones hacia zonas bajas, regulación de volúmenes según capacidad de almacenaje y salida paulatina (de haberla) a través de algún colector o sistema de bombeo. Así pues, la aplicación sistemática de herramientas para la representación fisiográfica de cuencas urbanas, en conjunto con modelos hidrológicos distribuidos, constituyen un instrumento dinámico de análisis y diagnóstico hidráulico; por tanto su uso puede ser indispensable en la toma de decisiones en materia de desalojo de los excedentes de lluvia en zonas urbanas con problemas de inundación. El manejo adecuado de tales modelos, con sustento en datos de campo, hará posible aproximarse más al conocimiento de la relación lluvia escorrentía y al efecto de regulación que se produce en las zonas bajas o con poco drenaje, por lo cual se puede convertir en un modelo de pronóstico para alertamiento de la población y de mejoramiento para el diseño y operación de los sistemas de drenaje urbano. MODELACIÓN HIDROLÓGICA DISTRIBUIDA Para facilitar el cálculo de escurrimientos pluviales en una cuenca, por medio de un modelo de parámetros distribuidos, se hace uso de los sistemas de información geográfica (SIG) que manejan grandes cantidades de información georeferenciada. Se elige además el formato raster, ya que permite obtener una variabilidad de la información punto a punto sobre la superficie y aprovechar que la información almacenada se hace bajo una estructura matricial. Puesto que el número de celdas que compone un mapa temático puede ser desde cientos hasta varios miles e incluso millones de elementos, resulta más conveniente agruparlos en áreas mínimas (microcuencas o celdas geo-morfológicas) que no son otra cosa que conjuntos de celdas reticulares con atributos físicos propios de una microcuenca pero dimensiones mucho más pequeñas que una subcuenca. 307

308 Escalado en celdas geo-morfológicas La finalidad de este escalado es una representación fisiográfica más realista de las superficies tributarias (con su área de aportación, pendiente, longitud de cauce y de recorrido superficial más largo, entre otros elementos), que facilite la obtención de datos físicos y el tiempo que se ocupa en la modelación hidrológica. La base fundamental para lograr el escalado de una cuenca (representada en un MDE mediante pixels), a través de áreas tributarias más pequeñas llamadas celdas geomorfológicas, consiste en aplicar criterios de agrupamiento de elementos o celdas reticulares de un modelo digital de elevación (Mobayed y Cruickshank, 2000). Como la mayoría de los modelos distribuidos, se aplica el criterio de direcciones preferenciales de flujo entre celdas y la acumulación de elementos para configurar la red de drenaje. Además de la edición de singularidades en los MDE (depresiones artificiales o zonas sin drenaje), el proceso de agrupamiento permite: (a) ordenar los elementos en forma consecutiva, hacia aguas arriba, según la estructura de la red; y (b) cambiar la escala puntual del sistema (elementos reticulares) a escala de microcuenca. La obtención del número de orden trae consigo varias ventajas. La primera de ellas es que permite determinar el número de elementos drenados por cada celda. En efecto, al realizar el recorrido hacia aguas abajo, durante el ordenamiento, puede guardarse el valor inmediato anterior asignado a una celda no drenadora, previa al elemento por recorrer. Así, la diferencia entre dicho valor y el ordinal del elemento resultará equivalente al número de celdas que le preceden: N D (j) = N O (j) N FIN (j) (1) donde: N D (j) es el número de elementos drenados hasta la celda j, N O (j) su número de orden, y N FIN (j) el último número de orden asignado a una celda de inicio, al momento de recorrer j hacia aguas abajo. Es fácil comprobar que los valores N O y N D son elementos suficientes para hacer una caracterización completa de la red de drenaje, pues N D = 0 líneas divisorias o parteaguas (2) N D > N REF red de drenaje (3) El valor N REF es un número de referencia, útil para visualizar los cauces según su importancia en cuanto a capacidad de drenaje (este valor mínimo se asocia a la denominada área inicial por drenar o threshold area, en inglés). Como se observa para cualquier celda, los números comprendidos entre N O y N O + N D corresponden invariablemente a las celdas drenadas por ella. Entonces, [ N O (j), N O (j) + N D (j) ] subcuenca hasta el punto j (4) Una ventaja importante que ofrece el ordenamiento es justo la posibilidad de hacer un agrupamiento secuencial de ellas, puesto que cada grupo pasa a conformar una microcuenca o celda geomorfológica. De esta forma, el ordenamiento de celdas del MDE comprende intrínsecamente cualquier arreglo por microcuencas que desee establecerse de manera posterior, con la ventaja de que el ordinal asignado a ellas lleva también el sentido y orden del flujo en la red, siempre hacia aguas arriba. Este sistema de identificación ordinal, ya sea para celdas o para microcuencas, ayuda notablemente a establecer la relación que guardan entre sí tales elementos dentro de la red de drenaje, lo cual facilita en forma significativa los procesos numéricos de acumulación, ahora hacia aguas abajo, de los gastos de escorrentía. Las Figuras 1a y b ilustran dos resultados del proceso de ordenamiento y escalamiento por celdas geomorfológicas, para una pequeña cuenca definida mediante 63 elementos cuadriculares: el primero contiene la matriz de valores N D, donde los valores más grandes, precisamente, se asocian con la red de drenaje y los nulos con los parteaguas; la segunda muestra celdas agrupadas (que tienen igual número) para un criterio mínimo de escalamiento de 5 elementos y que, en forma aproximada, coinciden con las microcuencas que se definen claramente con las curvas topográficas mostradas. 308

309 Figura 1. (a) Ordenamiento de celdas en un MDE, que ayuda a definir la red de drenaje. (b) Escalamiento de celdas en un MDE, que ayuda a definir las microcuencas Modelo distribuido lluvia-escorrentía Ante la relación causal entre lluvia y escurrimiento, se han desarrollado modelos matemáticos para obtener valores de escorrentía en cauces a partir de información pluvial. Tales esquemas se utilizan con fines de simulación y predicción, sobre todo cuando se encuentran debidamente calibrados y es posible hacer predicciones en tiempo real al momento en que se presentan (y registran) las tormentas. A diferencia de los modelos agregados o distribuidos convencionales, el esquema elegido se basa en una discretización del área por microcuencas, llamadas celdas geomorfológicas. Cada una representa un cauce y produce un hidrograma de salida (avenida) que se agrega en su confluencia a la red de drenaje, con una función de transferencia que se obtiene a partir de una modelación agregada. Así pues, se transitan los hidrogramas a través de canales o embalses hasta nuevas confluencias (sumando en sentido del flujo desde la parte más alta), donde se agregan los escurrimientos procedentes de otras microcuencas, a fin de llevarlos secuencialmente hasta la salida general del sistema. En principio, como todos los modelos de tránsito distribuido de crecientes que se usan para describir la transformación de lluvia a escorrentía, este modelo produce hidrogramas a la salida de cada microcuenca, y luego toma el resultado como información de entrada en el extremo superior de un cauce para transitarlo hacia aguas abajo. En este esquema se ha planteado, para el tránsito distribuido unidimensional, una expresión integral propuesta por Diskin y Ding (1994) que se basa en la ecuación dinámica de advección difusión. La solución integral no requiere una subdivisión de los cauces para transitar una avenida y está expresada como una función impulso-respuesta, esto es que se puede aplicar directamente a un valor de entrada i para obtener la salida q. Precisamente, la generación de la salida q(t) a partir de una entrada i (t) en el tiempo, se obtiene al aplicar la llamada integral de convolución discretizada, de manera similar al conocido hidrograma unitario (Mobayed, 2001): j Q ( I u ) t (5) j k j k 1 k 1 309

310 Q j es una ordenada de la curva de salida asociada al tiempo j t; e I k la entrada en el tiempo k t. El valor de la función u se estima mediante la ecuación que sigue, para el instante de tiempo t = (j k +1) t, la distancia L entre los puntos de entrada y salida, y para valores medios de los llamados coeficientes de celeridad y difusión, C y D: 2 L ( L C t) ut ( ) exp 3 4 Dt 4Dt (6) Se han obtenido gráficas adimensionales y expresiones que tipifican el comportamiento de C y D, en función de variables como el número de Froude, F, la celeridad C 0 y, esta última empleada también en el conocido método de Muskingum-Cunge (ver detalles en Ortiz, 2000). Para canales (cauces o arroyos) ubicados aguas abajo, la entrada de escurrimiento pluvial corresponde a los hidrogramas de salida generados en los tramos superiores (de hecho, si confluyen varios tramos, habrá que sumar sus aportaciones para definir tal entrada). Dichos canales producen su propia salida, resultado del tránsito de la avenida por medio de la ecuación (5) más la generada por cuenca propia. Al final, la acumulación de hidrogramas, hidráulicamente trasladados de los tramos superiores a los inferiores, habrá de definir la variación de la escorrentía a través de toda la red. La discretización del área permite suponer que cada canal tiene sección y pendiente constante (lo que facilita la elección de sus parámetros). La heterogeneidad, más bien, es inherente al sistema hidrológico en su conjunto. Con respecto a las condiciones precedentes de humedad, recuérdese que la escorrentía se concentra en la zona de los cauces y, como es natural (al menos durante la época de avenidas), estas áreas mantienen un nivel de saturación mayor que el resto de la cuenca. A medida que transcurre la temporada de lluvias, la humedad del suelo disminuye rápidamente aunque, en las partes bajas, el flujo subsuperficial reconoce lentamente y retarda de alguna manera este efecto. Aprovechando la estructura de datos, el criterio de distribución de la humedad se puede establecer en función de la variable N D la cual define el número de elementos drenados hasta cada celda de la malla de discretización. De esta forma, se puede fijar un valor mínimo y otro máximo de esta variable (N Dmin y N Dmax ) tal que: las celdas que drenen un número de áreas menor al mínimo, se asocien a la condición seca; las que drenen un área mayor que el máximo se supongan saturadas o húmedas; y las ubicadas en el rango intermedio tengan condiciones normales de humedad. APLICACIÓN A UNA CUENCA URBANA DE QUERÉTARO La configuración de redes de drenaje en cuencas urbanizadas se puede obtener con el MDE asociado a condiciones naturales, aplicando algoritmos que corrijan altitudes y expresen los cambios fisiográficos inducidos por efecto de la urbanización (calles, terraplenes, canales artificiales). Tal ajuste da lugar a una configuración apegada a la morfología de la cuenca por estudiar y, por tanto, facilita la determinación de algunas variables de uso común en la hidrología, como: área de captación, longitud de recorrido, pendiente de cauces y arroyos (calles), entre otras. Puesto que los MDE están conformados por celdas cuadriculares y lo que los modelos hidrológicos necesitan son áreas irregulares de aportación (ver Figura 2), se vuelve necesario efectuar el proceso de escalado descrito pero, en este caso, respetando la naturaleza de las áreas tributarias de tipo urbano. Además de construir una maqueta virtual de la ciudad, se estarán definiendo las superficies tributarias asociadas a todos los elementos de drenaje propios de la infraestructura citadina. 310

311 Figura 2. Esquema de un MDE urbano con sus áreas de aportación (Aranda, 2005), después de aplicar los procesos de ordenamiento y escalado Para probar la bondad del modelo hidrológico, se eligió una cuenca de la zona metropolitana de Querétaro donde se pudo tener una sección de control que facilitó, en su momento, la estimación de los escurrimientos pluviales. El sitio ha correspondido a la cuenca tributaria del dren Marqués, ubicada al sur de la ciudad (Figura 3). Para generar un MDE con celdas de 10x10 m, se adquirió la carta urbana del INEGI, de clave F14C65-45 (y escala 1:10,000); se digitalizaron las curvas de nivel de la carta y se aplicó luego el programa comercial SURFER para generar la matriz de altitudes. Figura 3. Cuenca del dren Marqués, Querétaro Antes de los procesos de ordenamiento y escalado, se marcaron manzanas del área urbanizada (sobreelevando celdas), así como el terraplén de la carretera federal. También se marcó la traza del dren (en este caso, bajando el nivel de celdas interesadas). Con el MDE adaptado a los escurrimientos urbanos, se aplicaron los procesos referidos con ayuda del programa REDRAS (Mobayed, 2001). Tras suponer 400 celdas como criterio de área mínima (4 hectáreas), se obtuvieron las microcuencas de la figura mostrada, con un total de 65 en una superficie de 3.42 km

312 Una de las actividades de campo más importantes fue la medición de elevaciones del agua en la descarga del dren Marqués cuando se presentaron algunos escurrimientos pluviales. La campaña se realizó los días 15, 20 y 21 de junio del 2001, así como 5 de abril del 2002, y se eligieron luego los eventos que generaron los mayores volúmenes de escorrentía (días 15 y 21 de junio). Específicamente, las mediciones consistieron en leer tirantes durante los eventos de lluvia, con una frecuencia de tres a cinco minutos, por medio de una escala métrica dibujada en las paredes del canal de descarga que, por cierto, vierte libremente hacia el dren Cimatario con una sección (rectangular) y pendiente conocida. Además se contó con información de hietogramas simultáneos registrados cerca del área, en la estación Observatorio (Querátaro). Con toda la información fisiográfica de la cuenca urbana, así como el registro de tormentas y escurrimientos pluviales, se hizo la simulación de los eventos mediante el programa HIDRAS (Mobayed, 2001), donde se han habilitado todos los algoritmos descritos en el capítulo 2. Al momento de calibrar, las condiciones precedentes de humedad resultaron prácticamente las únicas variables de ajuste, en especial por la influencia de áreas naturales (no urbanizadas) dentro de la cuenca. El día 14 de junio del 2001, por ejemplo, hubo una tormenta de 38.9 mm que predispuso evidentemente condiciones de humedad alta en toda el área para el día 15. El resultado mostró una similitud notable con el hidrograma aforado (Figura 4) no sólo por el volumen y valor del gasto máximo, sino porque la modelación distribuida permitió reproducir el escurrimiento generado en las áreas naturales (segundo pico del hidrograma), cuyo tiempo de retardo es evidentemente mayor. Figura 4. Comparación entre hidgrogramas medido y calculado, mediante modelación hidrológica distribuida, en el dren Marqués, debido a la tormenta de junio 15 del

313 CONCLUSIONES La complejidad de las cuencas urbanas ha vuelto limitada la capacidad de herramientas hidrológicas para responder a las demandas de los actuales sistemas de drenaje pluvial. Estas limitaciones son superadas gracias a la modelación hidrológica de distribuida que, además de sus bases físicas, involucra la fisiografía de superficies tributarias, así como la traza urbana y la red de colectores y drenes. Con criterios de escalado, se pueden definir unidades de escurrimiento apropiadas a la morfología urbana que ayuden a mejorar la respuesta de los modelos, además de servir para su calibración con base en el registro de hidrogramas y datos simultáneos de lluvia. REFERENCIAS BIBILIOGRÁFICAS Aranda, P. A. (2002), Diseño sistemático basado en SIG para redes de alcantarillado Pluvial, Tesis de grado, Universidad Autónoma de Querétaro, México Diskin M. y Ding Y. (1994), Channel routing independent of length subdivision, Water Resources Research, 30-5 Mobayed K. N. y Cruickshank V. C. (2000), Ordenamiento sistemático de redes de drenaje para la modelación físico hidrológica, XVIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Tomo 1, Oaxaca Mobayed K. N. (2001), Modelo distribuido de lluvia-escorrentía basado en el manejo de variables geo-referenciadas y el escalamiento fisiográfico de cuencas, Tesis doctoral, UNAM, México Ortiz, A. F. (2000), Modelo integral simplificado de las ecuaciones de Saint Venant para el tránsito de avenidas, Tesis de grado, Universidad Autónoma de Querétaro, México Soil Conservation Service (SCS, 1972, 1984), Hydrology, SCS National Engineering Handbook, U. S. Department of Agriculture, Washington D. C. 313

314 Mesa IV. El agua y las humanidades Table IV. Water and the Humanities Moderador magistral / Magistral Chairperson: Ing. Javier Jiménez Espriú, Presidente del Comité Organizador del IV Congreso Internacional de la AMCATH y Presidente de la AMCATH / President of the Organizing Committee of the IV International Congress of the AMCATH and President of the AMCATH t Tema / Theme: Introducción a la Mesa EL AGUA y LAS HUMANIDADES / Introduction to Table WATER AND THE HUMANITIES 314

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316 Introducción a la Mesa El Agua y las Humanidades Introduction to the Table Water and the humanities Javier Jiménez Espriú Es un honor para mí, el participar en esta Mesa en la que desde el punto de vista de las humanidades, en el más amplio sentido del término, se abordará un tema fundamental para la existencia de la vida yvida de la calidad de la en nuestro planeta: El agua y las humanidades. Es innecesario, por la calidad del auditorio y su cultura y por lo que hemos escuchado en los días previos a esta Mesa, redundar en la importancia del agua, no importa el punto de vista desde el que se la quiera analizar. Baste señalar que según los expertos, el 90% de la vida del planeta se ha desarrollado en el agua y que hoy, como en nuestra reunión ha quedado claro: la salud, la energía, la pintura, la música, las artes plásticas, el bienestar, la inspiración, el entretenimiento, la tecnología, la ciencia, la sensibilidad tienen en el agua un elemento fundamental. No es explicable la civilización de la humanidad sin la presencia benefactora de este elemento esencial. Cuando se escucha hablar del Tigris, del Eufrates, del Nilo; o del Sena o el Danubio, el Yan Tse Quiang, el Mississippi o el Amazonas, no se piensa nunca sólo en los espléndidos y bellos caudales de esos ríos maravilloso, sino en la cultura que han logrado hacer brotar y estimular con sus aguas benefactoras, en las civilizaciones que ha florecido bajo su influjo, en el desarrollo que han ofrecido por siempre en beneficio de la vida. Y así, los ríos caudales, e medianos, e más chicos como Manrique los llamara en sus hermosas coplas, todos tienen su parte en la breve historia de la humanidad, como la tienen obviamente los mares océanos, o el Mediterráneo, el Caspio, el Rojo, el Egeo o el Gilfo de California. El agua en 316

317 todas sus formas y manifestaciones glaciares, lluvias, ríos, riachuelos, cascadas, mares, lagos, mantos subterráneos-e incluso también en sus manifestaciones destructoras tormentas, tempestades, huracanes, tsunamis-, que independientemente de sus demoledores efectos inmediatos, generan beneficios de índole variada y duradera, en la ciencia, en la tecnología, en la solidaridad social y en la sensibilidad del hombre. De la misma forma, cuando se escuchan las noticias de la probabilidad de que haya o hubiera habido agua en la Luna, en Marte, o en Saturno, la razón interna no reacciona ante la pequeña fórmula química del H 2 O, sino ante la posibilidad de la vida. De esa vida que nos es tan cara. El agua y la vida se convierten en sinónimos. son, valga la licencia gramatical, sinónimos. Y de ella surgen descubrimientos científicos, leyendas, sinfonías, canciones, alimento, esculturas, lienzos, energía, belleza, transporte y desde luego, también, poesía. Cultura y civilización en suma. Esta Mesa final de nuestro Congreso, que cerrará esta noche con un concierto sinfónico, con música también inspirada por este líquido mágico que es el agua, verdadero Elixir de Amor con la vida, es corolario y síntesis de lo que nuestra Academia de Ciencias, Artes, Tecnología y Humanidades pretende subrayar: la presencia del ser humano como hacedor y recipiendario de un todo que conjunta la ciencia, el arte, la tecnología y las humanidades - lo que se llama comúnmente humanidades-, pero que es parte y todo, causa y efecto de la esencia del ser: El tender puentes entre las dos culturas, la llamada científica y la humanística. Qué mejor entonces para adornar el puente que en este caso no es para pasar sobre el agua, sino para usar el agua como puente- que dejar la palabra a quien la maneja con la mayor pulcritud y la transforma en una de las formas más bellas de las artes: la poesía, para que nos hable precisamente de ese binomio vital que es el del agua y la poesía, como él mismo ha titulado a su Conferencia Magistral. 317

318 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE El agua y la poesía Water and poetry Dr. Hugo Gutiérrez-Vega La Jornada Semanal Abogado de profesión, y poeta y periodista cultural por vocación, Hugo Gutiérrez Vega es un poeta tapatío nacido en Su obra ha sido difundida en otras latitudes allende las fronteras mexicanas. En la edición de la Feria Internacional del Libro de 2010 recibió el Premio Fernando Benitez por su trayectoria en el periodismo cultural. 318

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320 CONFERENCIA MAGISTRAL KEY NOTE CONFERENCE El agua en el mundo olmeca Water in the Olmec World Dra. Ann Cyphers Comisión de Antropología de la AMCATH AMCATH Commision for Anthropology Correo-e ( ): 320

321 Licenciatura en Antropología, Universidad de Illinois, Urbana-Champaign. Maestría en Antropología, Universidad de Wisconsin-Milwaukee. Doctorado en Historia, UNAM. Investigadora Titular C, Instituto de Investigaciones Antropológicas, UNAM. Responsable del Proyecto Arqueológico San Lorenzo Tenochtitlán, una investigación de largo plaza en la primera capital olmeca que se ubica en el sur del Estado de Veracruz. Recipiente de la Medalla Museo de Antropología, Universidad Veracruzana, Xalapa, Veracruz Premio Alfonso Caso del Instituto Nacional de Antropología e Historia al libro Asentamiento prehispánico en San Lorenzo Tenochtitlán por S. Symonds, A. Cyphers y R. Lunagómez Liberal Arts and Sciences Distinguished Alumni Award, Universidad de Illinois-Urbana Committee for Research and Exploration Chairman's Award para la excelencia en la investigación, National Geographic Society Sistema Nacional de Investigadores de México (S.N.I. III). 321

322 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER El programa Agua para siempre en la Región Mixteca Baja Water Forever Programme in the Mixteca Baja Region Emma Alicia Canales-de-la-Fuente Alternativas y Procesos de Participación Social A.C. Licenciatura en Relaciones Internacionales Facultad de Ciencias Políticas y Sociales UNAM. Maestría en Trabajo Social Escuela Nacional de Trabajo Social UNAM. Investigador invitado en proyectos de la UIA Puebla, ENTS y Fac de Ciencias (UNAM) * Dirección: Manuel Pereyra Mejía 264 Ignacio Zaragoza Tehuacán, Puebla, México. Tel. (238)

323 RESUMEN La creciente escasez de agua se ha convertido en uno de los más graves problemas a nivel mundial, nacional y local. Las poblaciones y con ellas, los ecosistemas en que habitan se encuentran expuestas a condiciones de vulnerabilidad extrema, por lo que es indispensable instrumentar estrategias de intervención que integren acciones a corto, mediano y largo plazo. En este estudio se investigó a la organización civil Alternativas y Procesos de Participación Social A.C. la cual, desde hace treinta años, trabaja con las comunidades marginadas de la mixteca baja. Uno de los programas de trabajo que tiene esta organización, es el programa Agua para Siempre el cual plantea como objetivo principal la regeneración ecológica de cuencas hidrológicas con la finalidad de elevar la calidad de vida de las poblaciones, por lo que en este trabajo se presenta la historia y el programa de trabajo Agua para Siempre como un ejemplo a seguir en otras partes del país y del mundo. ABSTRACT The growing water shortage has become in one of the most serious global problems in the world, and specifically in the national and local levels. Populations and ecosystems are exposed to conditions of extreme vulnerability, for these, is essential put into operation strategies that could integrate actions in a short, medium and long term. In this study we investigated one Mexico civil organization that s call Alternativas y Procesos de Participación Social A.C. Which, for thirty years have been working with marginalized communities in the mixteca baja. One of the work programs of the organization is the program Water Forever which has the main objective of watershed ecological regeneration to improve the quality of life populations. In this work presents the history and work of the program work Water Forever as an example to follow in other parts of the country and in the world. Palabras clave: Agua, pobreza, desarrollo sustentable, regeneración ecológica de cuencas Key Words: water, poverty, sustainable development, environmental regeneration watershed INTRODUCCIÓN Ante los graves problemas de escasez de agua y de pobreza que enfrenta en nuestro país y sobre las pocas o nulas soluciones que dan los gobiernos mexicanos, no debemos de bajar la guardia, sino que hay que considerar que ahora más que nunca, es necesaria la participación de la sociedad para afrontar tales hechos. En nuestro país, existen diversos proyectos sustentables en donde, a partir de las necesidades de las comunidades marginadas, se buscan soluciones tomando en consideración los recursos naturales que poseen. Sin embargo, el desarrollo de tales proyectos muchas veces se ve entorpecido por los malos manejos financieros, recortes de presupuesto, etc. De ahí que resulta loable destacar que haya organizaciones civiles que a pesar de las circunstancias gubernamentales, realicen proyectos que continúen en la búsqueda del desarrollo sustentable para las comunidades mexicanas. Un claro ejemplo de lo anterior, lo encontramos en la región mixteca baja, región 323

324 problemática que enfrenta marginación y escasez de agua. Sin embargo, desde hace más de treinta años, la labor de la organización civil Alternativas y Procesos de Participación Social A. C. ha sido determinante en cuanto a la propuesta para la regeneración ecológica de cuencas hidrológicas con la finalidad de elevar la calidad de vida de esta zona en particular. METODOLOGÍA Para hacer la reconstrucción histórica se acudió a los documentos citados por Brom, 1987, con los cuales se realizó la siguiente investigación documental con fuentes bibliográficas como hemerográficas establecidas por el mismo autor. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En México, el cambio climático traerá graves consecuencias sociales y ambientales, como se está viendo en la actualidad, una de las consecuencias es el hecho de que la disponibilidad de agua se ve día a día reducida. El instituto nacional de ecología (INE) estima una disminución del 10 por ciento al año. Refrenda, además, las desigualdades que existen en cuanto a disponibilidad de agua, el mal uso y la sobreexplotación de los acuíferos (Restrepo, 2010). El agua es considerada como el elemento vital para el buen desarrollo de los pueblos. Al respecto, Boltvinik, (2009) señala que las cantidades de agua a las que se tiene acceso y su oportunidad, son factores determinantes del nivel de vida que un productor agropecuario puede alcanzar. En términos generales, el agua es causa de la pobreza o no pobreza de los hogares, por lo que, el acceso controlado a este líquido vital se añade al acceso a la tierra como el gran estratificador en la agricultura. El agua es además un medio de producción, ya que además de la utilidad del agua como satisfactor de las necesidades vitales, tiene un valor de suma importancia para la agricultura. Es así que para Boltvinik, la pobreza es entendida como un conjunto de carencias o insatisfacción de necesidades humanas (Boltvinik, 2009). Por lo que el agua entonces, representa un factor vital para el alivio de la pobreza. Por otro lado, la economía ha dominado tanto a la sociedad como a la naturaleza. De ahí que, la economía y el concepto mismo de desarrollo incluyendo al desarrollo sustentable han venido afirmando el sentido del mundo y de la vida en términos de la producción. Con ello, la naturaleza ha sido desnaturalizada de su complejidad ecológica y convertida en materia prima de un proceso económico (Leff, et al., 2003). Se comercializa y se pone precio a la naturaleza como si fuera un producto renovable. A pesar de la prevaleciente racionalidad económica en los últimos diez años se han venido afianzando los principios de una cultura ecológica, que movilizan y guían los procesos sociales hacia el desarrollo sustentable arraigados en racionalidades culturales constituidas por las diferentes formas de organización simbólica y productiva de los pueblos indios y de las comunidades campesinas. Estas racionalidades culturales comprenden un complejo sistema de valores, ideologías, significados, prácticas productivas y estilos de vida que se han desarrollado a lo largo de la historia, que se especifican en diferentes contextos geográficos y ecológicos y que se actualizan en el presente como estrategias alternativas de sustentabilidad frente a la racionalidad 324

325 imperante del mercado global (Leff et al., 2003). Ante la racionalidad económica, surgen tales estrategias vitales para preservar además de la cultura, el medio ambiente que nos rodea. En América Latina, los espacios étnicos fueron y siguen siendo hoy los escenarios de estrategias de supervivencia y de etno-eco-desarrollo mediante el desarrollo de prácticas productivas sustentables; así se generaron importantes tecnologías agrícolas y trabajos públicos para el uso sustentable de recursos hidrológicos y para el incremento de la fertilidad de la tierra, técnicas para la conservación de agua y para la prevención de la erosión, así como de variadas innovaciones y estrategias agroecológicas: terrazas, chinampas, andenes y camellones (Leff, et al., 2003:74). A pesar del proceso globalizador depredador de la naturaleza, los espacios donde se recuperan los saberes tradicionales son de suma importancia para proteger el ambiente y resguardarlo de la amenaza de la sequía. Es importante entonces, incorporar masivamente a los grupos sociales de base para establecer estrategias económicas que conserven el ambiente, por lo mismo, ahora es imprescindible diseñar políticas que faciliten esta incorporación, como parte de una labor para revertir la creciente polarización y promover la sustentabilidad (Barkin, 2002:169). El mismo autor señala que el desarrollo sostenible no es una meta sino que es un proceso que tendrá que abarcar a todos, un camino que tendremos que recorrer juntos para que la humanidad tenga la opción de perdurar (Barkin, 2002). Es decir, las políticas tienen que ser incluyentes, y tiene que haber consensos entre la sociedad para poder integrarnos al proceso del desarrollo sostenible, para que perduren la vida humana y la natural. Debe de reconocerse que los recursos naturales son limitados, que es necesario centrar las tareas educativas en superar la pobreza con programas de gestión local y de mayor participación directa, logrando la sostenibilidad por medio de un programa de desarrollo para aquellos actualmente excluidos, lo que también mejorará las condiciones para el resto de la sociedad. Dado lo anterior, es conveniente crear un sistema en el cual las comunidades puedan sobrevivir sin una integración completa al mercado global (Barkin, 2002). Por ello, la estrategia tiene que ser incluyente, participativa y educativa. Al trabajar con los excluidos se descubre que si se les da la oportunidad y acceso a los recursos, emprenden acciones directas para proteger y mejorar el ambiente. Desde esta perspectiva, un modelo de desarrollo alternativo requiere de nuevas formas de participación de las comunidades campesinas e indígenas dentro de un programa de creación de empleos que incremente los ingresos y mejore los niveles de vida (Barkin, 2002). Con la oportunidad y el acceso a los recursos, las comunidades pueden mejorar la calidad de vida, cuidando mejor el ambiente. Un claro ejemplo de lo mencionado con anterioridad lo representa la organización civil Alternativas y Procesos de Participación Social A.C. (Alternativas) la cual trabaja en la región mixteca que se extiende sobre 40,000 km2, divididos entre la porción sur del estado de Puebla, la parte noroeste del estado de Oaxaca y una franja del oriente del estado de Guerrero (Hernández y Herrerías, 2004:7). 325

326 Fisiográficamente se distinguen tres regiones: mixteca Baja, Mixteca Alta y Mixteca de la Costa (Hernández y Herrerías, 2004). Dado que la región mixteca baja, se caracteriza por la aridez de los suelos y el clima seco el clima en general incluye una estación seca que dura entre siete y ocho meses y una lluviosa que corresponde a los meses de junio a octubre. Es una zona expuesta a fuertes procesos de erosión, y actualmente alcanza índices muy altos en gran parte de su territorio (Hernández y Herrerías, 2004:8). Entre las causas de la erosión se reconocen la deforestación, y la sobre-explotación del suelo forestal por ganado menor y algo de mayor. Cabe hacer mención que en la actualidad, los altos niveles de erosión no permiten el sostenimiento de una agricultura rentable a la población, por lo cual frecuentemente se ve obligada a emigrar (Hernández y Herrerías, 2004:8). La organización civil Alternativas y Procesos de Participación Social, concentra su trabajo en la región mixteca baja zona que une a los estados de Puebla y de Oaxaca (Hernández y Herrerías, 2004:8). Para enfrentar los problemas que enfrenta la región Alternativas se ha propuesto diseñar y validar un modelo de desarrollo que sea sostenible económica, social y ecológicamente, para lo cual debe ser rentable, equitativo y regenerador de la naturaleza (Hernández y Herrerías, 2004:9). Es decir, la organización se preocupa por elevar los niveles de ingreso de la población y por cuidar a la naturaleza. Alternativas y Procesos de Participación Social promueve el desarrollo de las familias y pueblos de las regiones más pobres y marginadas del país con sede en Tehuacán Puebla. Su trabajo se desarrolla en dos niveles: 1) La atención directa de los pueblos de la región mixteca poblana y oaxaqueña y 2) La formación de personal de instituciones que impulsan el desarrollo de otras regiones del país (Hernández y Herrerías, 2004:6). Además de atender a las poblaciones de la mixteca baja, la organización se preocupa por difundir la experiencia a otros lugares del país. La organización civil se ocupa de los sectores más vulnerables (mujeres, niños, ancianos y discapacitados) así como de los pueblos y grupos indígenas. Es así como ha desarrollado una estrategia de desarrollo regional para resolver los diversos problemas que enfrentan, estrategia que incluye la regeneración ecológica de cuencas para la obtención de agua y el desarrollo de empresas sociales para generar empleo e ingreso a la población, aplicando tecnologías apropiadas y utilizando instrumentos adecuados de financiamiento de desarrollo (Hernández y Herrerías, 2004:6). La organización ataca las crisis: ecológica y social mediante la búsqueda de financiamiento. El proceso de desarrollo para afrontar el problema de la escasez del agua, siguió dos vías: por una parte se buscó fortalecer la seguridad hídrica de los pueblos de la región desarrollando nuevas fuentes para poder disponer de una mayor cantidad de agua, lo cual llevó al programa Agua para Siempre y, por otro, se buscaron y experimentaron cultivos que pudieran desarrollarse con fuertes limitaciones de agua, lo cual llevó al cultivo de amaranto con tecnologías intensivas en mano de obra que originó el programa Quali, el cual, busca fortalecer la seguridad alimentaria y económica de la población (Hernández y Herrerías, 2004:10). La escasez del agua provocó, en los miembros 326

327 de la organización, la búsqueda de alternativas para retener el agua y buscar cultivos que necesitaran, en lo mínimo del vital líquido. Entre 1985 y 1986 Alternativas y Procesos de Participación Social comprendió que la degradación ecológica es una de las causas fundamentales de la escasez de agua en la región (Hernández y Herrerías, 2004:10). Fue entonces cuando la organización proyectó la regeneración según la cual, en lugar de iniciar con la construcción de una gran presa para contener el agua al final de la barranca, se abordan inicialmente las partes elevadas de las cuencas, en cerros y colinas, donde el agua de lluvia se empieza a juntar para producir una pequeña corriente en alguna de las barrancas que se forman en los pliegues de los cerros (Hernández y Herrerías, 2004:11). Con esto se aprovecha y conservan los servicios sistemáticos que nos otorga el agua. Fruto de lo anterior, en 1988 nace el programa Agua para Siempre, que se basa en el impulso de los procesos de regeneración acordes al ciclo hidrológico, el cual continúa ofreciendo resultados muy exitosos y palpables hasta la fecha (Hernández y Herrerías, 2004:12). Se trata de programa social y ecológicamente responsable. a) Historia En 1980, tuvo sus orígenes el proyecto de desarrollo regional de Alternativas y Procesos de Participación Social A.C. ( Alternativas ). En un inicio, se promovieron diversos proyectos productivos agropecuarios con grupos de campesinos. Un año después, se organizó un encuentro general de grupos, en el que participaron todos los socios de los grupos promovidos en los diferentes pueblos junto con sus familias. Entre todos los asistentes se decidió iniciar una caja de ahorro como primer servicio intergrupal y factor aglutinante de una organización de segundo nivel (Hernández y Herrerías, 2004:14). Dicha organización se desarrolló a pesar de la crisis de la deuda (1982), al término del gobierno presidencial de José López Portillo (Hernández y Herrerías, 2004). Fue así como en 1984 se promovió el sistema de abasto impulsado por las mujeres (Hernández y Herrerías, 2004:15). Dicha promoción se enriqueció con dos elementos adicionales: 1) la clara distinción entre dos lógicas de producción presentes en el campo en México: la agricultura campesina de subsistencia y la agricultura empresarial de mercado; 2) el análisis del papel de la mujer desde el punto de vista de la deontología, para ampliar gradualmente el ámbito de lo culturalmente permisible, evitando los conflictos que se generan al afectar directamente los ámbitos de lo socialmente obligatorio o de lo prohibido (Hernández y Herrerías, 2004:16). Se tomó en cuenta entonces, el contexto de los dos tipos de agricultura y el generar en la mujer las capacidades necesarias para su desarrollo, tomando en cuenta el factor cultural. Entre 1980 y 1988 funcionó un modelo exitoso dual que combinaba a la organización campesina y a la organización civil de desarrollo. La primera concentraba sus esfuerzos en la operación cotidiana de los proyectos que ya habían superado el punto de equilibrio, mientras que la segunda asumía las funciones de: a) apoyar y vigilar la operación cotidiana; b) generar nuevas propuestas de desarrollo futuro y c) buscar la obtención de financiamiento para cubrir sus propios costos de operación 327

328 (Hernández y Herrerías, 2004:17). Por un lado, el trabajo del campo (presente) y por el otro, la búsqueda de financiamiento (aseguramiento del futuro). En 1982 se inició la experimentación del cultivo del amaranto, buscando una alternativa agrícola resistente a la sequía, que afectaba a unos 7 de cada 10 ciclos agrícolas del maíz y frijol de temporal. A partir de la primera siembra de amaranto realizada en ese año, se siguió un largo proceso de investigación participativa para mejorar el cultivo, el cual, se extendió durante más de diez años. La producción de amaranto en esta etapa estuvo destinada al autoconsumo para mejorar y balancear la dieta de la familia (Hernández y Herrerías, 2004:18). A éste programa se le denominó cosecha de amaranto (Hernández y Herrerías, 2004). Simultáneamente, tras comprobar el problema de grave escasez de agua en la región, en 1986 la investigación El agua como recurso escaso la respuesta de Tehuacan dio como resultado la comprensión de la valiosa tradición hidroagroecológica de los pobladores originales de esta región, la cual se recuperó y se reforzó con tecnología moderna (Hernández y Herrerías, 2004:20). El rescate de los antiguos saberes de los pobladores, dio como resultado la retención del agua. b) Transformación estratégica En esta etapa, los programas: agua para siempre y cosecha de amaranto se convirtieron en los ejes rectores del trabajo del programa de Alternativas. En este período se realizó un importante cambio en la estrategia para impulsar el desarrollo regional, pasando del modelo dual de organización campesina y organización promotora, a un modelo de integración vertical de una cadena agroindustrial de empresas sociales y al impulso de grupos en los pueblos para realizar obras de regeneración y conservación de los recursos naturales con el fin de obtener agua, como base de su desarrollo regional sostenible (Hernández y Herrerías, 2004:22). Los dos programas fortalecieron a las empresas sociales cuyos integrantes se vieron involucrados en las tareas de conservación de los recursos naturales. Un hecho relevante fue el que en el ámbito organizativo, el programa de agua, abrió el espacio hacia la dimensión comunitaria asumiendo un papel de promotores e impulsores de los proyectos a realizar en su propio pueblo. El programa de agua asumió la perspectiva de la cuenca hidrológica como unidad de análisis hídrico, ampliando el territorio de acción más allá del ámbito de la localidad (Hernández y Herrerías, 2004:22). La gente de las comunidades se apropiaron del programa y se convirtieron en promotores de los beneficios que les traía el pertenecer a la organización. Entre 1993 y 1994, el Programa Alternativas se extendió hacia nuevos pueblos de la región Mixteca. Fue así como se incrementaron los promotores, al tiempo que se desarrolló la capacidad técnica e institucional (Hernández y Herrerías, 2004). Por otro lado, el programa de Amaranto se encaminó a la integración de una cadena agroindustrial de empresas sociales. Las parcelas de autoconsumo se ampliaron para orientarse al mercado cuya producción se destinaría a ser procesada y comercializada como productos elaborados con un valor agregado en la agroindustria (Hernández y Herrerías, 2004:23). 328

329 c) Multiplicación del impacto, Fue así como el programa de Amaranto, se propuso como objetivo la integración de una cadena productiva de empresas sociales bajo la figura del grupo cooperativo Quali ; cada una de ellas se responsabilizaría por uno de los eslabones de la cadena de producción, desde la siembra hasta la comercialización de los productos terminados en el mercado final (Hernández y Herrerías, 2004:24). Es así como se integró la cadena productiva de empresas sociales para favorecer a los productores, e incorporarlos en la producción y comercialización, de los productos de amaranto. En 1998, además del aprovechamiento de escurrimientos superficiales y sub-superficiales, se analizó el aprovechamiento de agua subterránea y se adoptó una tecnología innovadora para la obtención de agua subterránea perforando pozos horizontales, de operación mucho más económica que los pozos verticales de costosa operación por la electrificación para el bombeo (Hernández y Herrerías, 2004:28). En esta etapa, se adoptó el concepto de cuenca tributaria, para subdividir las cuencas del territorio. La dimensión de la cuenca, permite que los habitantes la comprendan cabalmente para orientar las decisiones adecuadas para la gestión de los recursos naturales que se encuentran en ella y que intervienen en la disponibilidad y calidad del agua en la región. Este concepto armoniza el universo cultural y el espacio físico natural para facilitar la gestión social del territorio, mediante la delimitación de áreas adecuadas para ser abordadas en los trabajos de regeneración ecológica (Hernández y Herrerías, 2004:28). De esta manera, el espacio fue dividido conforme a las necesidades de las poblaciones y los usos que tenían sobre los recursos naturales. Por otro lado, en 1999 se inauguró en Tehuacan, el museo Casa del Agua, con la finalidad de contar con un espacio público en donde se expone la problemática del recurso y las alternativas de solución, con la finalidad de darle difusión a un amplio número de personas y localidades para buscar soluciones similares a los problemas de escasez de agua (Hernández y Herrerías, 2004:29). Los principales valores del trabajo del Programa de Alternativas son el de Justicia social adoptando la perspectiva de los menos desfavorecidos y afrontando los problemas que enfrentan, otro valor es el del compromiso permanente de la institución con el fin de enfrentar los retos que surjan (Hernández y Herrerías, 2004). Algunos de los principales aportes metodológicos del Programa de Alternativas son el hecho de que los participantes sientan como propio el proceso y adoptan la perspectiva de los grupos menos favorecidos para así, fundamentar, acciones posteriores esta postura coincide con los principios de Justicia como Equidad. (Hernández y Herrerías, 2004: 34). Otro aporte metodológico es la identificación del agua como problema eje: Dentro de la complejidad de la causalidad de la pobreza, se descubrió la importancia del agua como problema eje. Un problema eje se define como aquel cuyo proceso de solución permite avanzar también en la solución de otros problemas asociados (Hernández y Herrerías, 2004:35). La escasez del agua como 329

330 problema eje fue el factor que originaba problemas tales como el hecho de que las mujeres perdían mucho tiempo en acarrear el agua. Para el 2004, El programa Alternativas alcanzó logros muy importantes como lo fue la construcción de una sólida capacidad de acción institucional la cual permite atender directamente a una amplia zona de trabajo, beneficiando a 150,000 habitantes de 124 pueblos, de 60 municipios de los estados vecinos de Puebla y de Oaxaca (Hernández y Herrerías, 2004:40). La importancia del crecimiento regional del Programa de Alternativas, radica en los beneficios que obtienen los habitantes de la Mixteca baja al recibir la asesoría técnica del personal de este programa. Otro logro importante fue el de la creación del grupo cooperativo que integra a 1,100 familias campesinas de la región Mixteca Poblana y Oaxaqueña, organizadas en las cooperativas de sembradores. (Hernández y Herrerías, 2004:41). Por otro lado, la regeneración ecológica impulsada por el programa Agua para Siempre ha logrado un impacto notorio al transformar barrancas secas en cauces de agua que fluye permanentemente a lo largo del año, beneficiando a las familias que viven y producen en su trayecto (Hernández y Herrerías, 2004:41). Por otro lado, se benefician los recursos naturales como la vegetación y los suelos. Así también mediante dicha regeneración se han mejorado las condiciones de vida alcanzando un alto umbral de seguridad hídrica y alimentaria para las familias campesinas e indígenas (Hernández y Herrerías, 2004). Por ello el Programa Alternativas es una organización de gran envergadura, ya que ha logrado cambiar la historia de las comunidades asentadas en la región. Es así como mediante la tenaz combinación de participación, confianza y, conocimientos, la organización ha priorizado las necesidades de las comunidades para aliviar los problemas sociales y ambientales que enfrentan. De ahí que la importancia de reconocer el trabajo que se hace en dicha región sirva como ejemplo a seguir en otras partes no tan solo del país, sino del mundo. CONCLUSIONES Es digno de reconocer el trabajo de la asociación civil Alternativas porque continúan luchando contra el racionalismo capitalista y desarrollando las capacidades de las personas al tiempo que buscan la protección del medio ambiente y el buen uso y aprovechamiento del agua. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Barkin, D El desarrollo autónomo: un camino a la sostenibilidad. Citado en: Ecología política, naturaleza sociedad y utopía. Héctor Alimonda (comp.). Buenos Aires. CLACSO. Consultado de las redes internacionales del Internet: bibliotecavirtual.clacso.org.ar/ar/libros/ecologia/barkin.pdf Pp (Fecha de consulta: 26 de Enero de 2010). 330

331 Boltvinik, J Economía Moral. Agua y Pobreza /I. Acceso al agua: determinante de la pobreza y determinado por ésta. Fuente: Contracorriente. Fecha de consulta: Viernes 6 de Noviembre de 2009 Consultado de las redes internacionales del Internet: /portal/index.php?option=com_content&view=article&id=2520:la-jornada-&catid=35:losmaestros-escriben & Itemid=62 (Fecha de consulta: 15 de Febrero de 2010). Brom, J Para comprender la historia. Nuestro tiempo. Pp México, D.F. México. Hernández G. R. y Herrerías G. G Agua para siempre y Quali un cuarto de siglo de desarrollo regional Subtítulo: Alternativas y procesos de participación social.. Pp. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 22, 23, 24, 28, 29, 34, 35, 40, 41 Consultado de las redes internacionales del Internet en: (Fecha de consulta: 26 de enero de 2010). Leff, E, Arguetta A., Boege E, Goncálvez W. P Más allá del desarrollo sostenible. La construcción de una racionalidad ambiental para la sustentabilidad: Una visión desde América Latina. En: Medio Ambiente y Urbanización. Desarrollo Sustentable: 10 años de Río a Johannesburgo. Año 19. Número 59. Pp Publicación semestral del Instituto Internacional de Medio Ambiente y Desarrollo, IIED. Restrepo, I Ecos de la Cumbre de Copenhague. La Jornada. Consultado de las redes internacionales del Internet: =opinion&article=017a1pol (Fecha de consulta: 11 de enero de 2010). 331

332 PANELISTA-PONENTE PANELIST-SPEAKER Debates en torno a la construcción del acueducto de Querétaro: Años Debates on the construction of the Queretaro aqueduct: Years Maestro José Ignacio Urquiola-Permisán Universidad Autónoma de Querétaro Facultad de Filosofía, Area de Historia Correo-e: 332

333 RESUMEN La construcción del acueducto de Querétaro, o conducción de aguas limpias, en su trayecto completo, desde el ojo de agua llamado del Capulín, en la Cañada, hasta las pilas y fuentes de agua instaladas en plazas y otros varios puntos de distribución, se desarrolló entre los años de 1726 y 1738, bajo la dirección que llevó a cabo en calidad de comisionado de obra o superintendente, don Juan Antonio de Urrutia y Arana, Marqués de la Villa del Villar del Aguila. La tradición local ha relacionado esta obra, con la provisión de aguas limpias a las instituciones religiosas, y en especial la de Capuchinas, convento cuya instalación en la ciudad tuvo lugar en años previos. Sin embargo, dos documentos poco conocidos, muestran que el problema al que se enfrentó la ciudad, fue la contaminación del agua, previamente repartida a casas, huertas y labores desde un antiguo sistema de acceso a la mayor parte de su vecindad, como resultado del vertido de los desechos de tintes y productos utilizados para el lavado de las lanas, situación ocasionada por varios de los obrajes o talleres textiles, que se formaron dentro y en la periferia de la ciudad. La problemática y efectos contaminantes se hicieron especialmente notables a partir de la segunda década del siglo XVIII, dando lugar a más de una petición dirigida a la máxima autoridad colonial, para buscar algún remedio. Entre los años de 1720 y 1724, se manifestaron por lo menos dos tipos de debates referenciados de forma circunstancial, en varios documentos de la época: 1) El debate sobre las causas de la contaminación y sobre la forma de contribución de los obrajeros, para subsanar este problema. 2) El debate sobre las medidas iniciales propuestas por las autoridades locales, en torno a la construcción de una nueva conducción de agua. 3) Después de 1724, y como resultado del nombramiento de don Juan Antonio de Urrutia y Arana, tendrá lugar otro tipo de debate, someramente enunciado en otras referencias, sobre las modificaciones implementadas en el trazo de la conducción, la absorción de los gastos incrementados bajo el nuevo trazo, y la distribución del agua limpia en la ciudad. Los festejos que reproduce el escrito del padre Francisco Antonio Navarrete, transmiten la imagen de una ciudad entusiasmada por la obra y agradecida por el desvelo de su principal gestor, pero deja poco lugar a los interrogantes que sugieren todo el complejo de situaciones previas y las que se movieron durante los trabajos de construcción, que serán el foco principal de atención de esta ponencia. 333

334 TRABAJOS LIBRES / FREE PAPERS 334

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336 La importancia del agua para la humanidad Water, an important issue for mankind M en I. Sergio Tirado-Ledesma Comisión de Ingeniería de la AMCATH AMCATH Commision for Engineering Correo-e ( ): El agua es uno de los recursos naturales más valiosos en nuestro planeta. Este líquido es importante porque ahí se originó la vida, y todos los procesos vitales de los seres vivos están asociados con el agua. Por otro lado, prácticamente cualquier actividad que intente realizar el hombre requiere de agua, para fines domésticos, agrícolas, actividades pesqueras, pecuarias o recreativas, uso industrial y de servicios. La mayor parte de la superficie de la tierra (aproximadamente el 71%) está cubierta por enormes extensiones de agua, pero desgraciadamente no podemos utilizarla toda para el consumo, ya que sólo una pequeña fracción es aprovechable por el ser humano. Esto se debe a que el 97% del agua del Planeta es salada, y el resto es dulce pero de ella la mayor parte se encuentra en forma de hielo en los casquetes polares. Esto quiere decir que realmente no existe demasiada agua para el consumo humano, y que además, el líquido no está distribuido uniformemente en el planeta, considerando que el consumo aumenta cada día más y de manera acelerada. En el planeta, todos los seres vivos la necesitan, y no existe la 336

337 conciencia de lo que hacemos día con día; contaminamos sin preocuparnos de los otros seres vivos, existe egoísmo e ignorancia para pensar en el daño que nosotros mismos nos hacemos. EL AGUA ES: Fuente de vida. Recurso finito y vulnerable. Su aprovechamiento y gestión debe apoyarse con la participación de los usuarios. El agua tiene un valor económico, social y ambiental en todos los usos a los que se destina. En las reuniones y foros internacionales se ha coincidido en la concepción de que la escasez natural del agua se agrava por el despilfarro y la contaminación. Cada vez hay menos agua con la calidad requerida para sus diversos usos, lo cual amenaza cuatro aspectos fundamentales de la seguridad humana: La producción de alimentos. La salud humana. El equilibrio de los ecosistemas. La estabilidad social, económica y política. Es importante tener muy presente que el agua es un recurso finito y muy vulnerable. El ámbito del conocimiento e investigación del agua es holístico, abarca múltiples disciplinas, desde las ciencias experimentales y tecnológicas, pasando por las ciencias sociales y las humanidades. El agua es un recurso que será más escaso y su estudio adquiere más relevancia y será fundamental aumentar el conocimiento e investigación en las próximas décadas, tanto con respecto al estudio del fluido como en los aspectos de su uso, el valor económico, el derecho y la cultura del agua. En concreto se requiere un mejor conocimiento del agua y de sus problemas, de la planeación, administración, comunicación social y cultura del agua. 337

338 A-H TL-1 FOTOSÍNTESIS HUMANA, LA ASOMBROSA Y HASTA AHORA DESCONOCIDA CAPACIDAD DEL CUERPO HUMANO DE DISOCIAR LA MOLÉCULA DE AGUA EN HIDRÓGENO Y OXÍGENO DI-ATÓMICOS HUMAN PHOTOSYNTHESIS, THE AMAZING AND HITHERTO UNKNOWN CAPACITY OF THE HUMAN BODY TO DISSOCIATE THE WATER MOLECULE IN MOLECULAR HYDROGEN AND OXYGEN Arturo Solís-Herrera* Director y fundador del Centro de Estudios de la Fotosíntesis Humana, S.C. Médico Cirujano por el Instituto Politécnico Nacional, Oftalmólogo por la UNAM, Neuro- Oftalmólogo por el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía Dr. Manuel Velazco Siles ; Maestro en Ciencias Médicas por la Universidad Autónoma de Aguascalientes, Doctor en Farmacología por la U de G. María del Carmen Arias-Esparza Paola Eugenia Solís-Arias *Centro de Estudios de la Fotosíntesis Humana, S.C., Avenida López Velarde 108, Centro; Aguascalientes, Aguascalientes, México. Tel , Fax: RESUMEN La función del agua en el cuerpo humano era considerada hasta ahora como la de una simple molécula usada por el organismo como un vehículo para transportar nutrientes y remover residuos, como un solvente. Se observaba que el organismo humano la utilizaba para diferentes funciones tales como la síntesis de lágrimas, sudor, jugos digestivos, líquido amniótico, etc. Siendo reduccionistas al grado extremo, se podría afirmar que el agua que se ingiere únicamente ingresa limpia al organismo y sale sucia con residuos del metabolismo disueltos en ella (como urea, glucosa, etc.). Pero los autores de esta investigación, que la iniciaron estudiando las tres principales causas de ceguera y que a la fecha cumplen veintiún años de realizarla rompen con este paradigma (del latín paradigma, y éste del griego παράδειγμα, ejemplo o ejemplar). El organismo humano posee la asombrosa capacidad de recolectar la energía fotónica y transformarla en energía química, algo inaudito puesto que los únicos entes vivos considerados capaces de hacerlo eran aquellos organismos que contenían clorofila. La disociación de la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno di-atómicos, que es la base del proceso vegetal denominado fotosíntesis, es fundamental para la vida. Sin dicha separación el resto de las reacciones en el vegetal simplemente no suceden. No en balde se considera que toda forma de vida en la Tierra depende de la energía que emana del Sol. Por ello, a los vegetales se les consideraba la base de la cadena alimenticia. Este hallazgo de la portentosa capacidad de la célula eucarionte animal de efectuar un proceso similar a la vegetal ha empezado a llamar poderosamente la atención de los científicos. Era impensable suponer que existiese algo así, dado que replicar la disociación del agua en el laboratorio requiere de calentarla a dos mil grados centígrados, es decir, 338

339 romper la molécula de agua requiere más energía de la que se obtiene. Por tanto, desde el punto de vista energético, solamente los organismos con clorofila podían realizarlo puesto que la energía necesaria la tomaban de la luz, específicamente de los 400 a 700 nanómetros de longitud de onda. Estos organismos usan un fotosistema compuesto por Luz/Agua/Clorofila. Considerando su abundancia en el Universo conocido, el fotosistema que los autores han encontrado inicialmente en la retina humana y luego en el organismo humano entero está compuesto por Luz/Melanina/Agua. En este documento se describe brevemente el desarrollo que ha sido patentado en Rusia, especialmente con la producción de baterías de melanina para la generación de luz y el efecto de esta sustancia en el organismo humano. ABSTRACT Water functions in the human body were considered until now just those associated with the transport of nutrients and the removal of wastes, basically as a solvent for them. It was observed that the human organism used it for different functions such as tear and sweat synthesis, for digestive fluids, for amniotic fluid and so on. Being extremely reductionists, it could be said that water enters clean to the organism and leaves dirty when expelled since it transports the residues of the metabolic functions (such as urea, glucose, etc.). The authors of this research, started it studying the three main causes for blindness, and after twenty one years, changed this paradigm (from Latin paradigma, and this word from Greek παράδειγμα, example or exemplary). Human organisms have the amazing capacity of collecting photonic energy and transforming it into chemical energy, something unthinkable, since the only living things considered capable of doing it were those organisms with chlorophyll. The dissociation of the water molecule into molecular hydrogen and oxygen is the base of the vegetal process known as photosynthesis, something considered fundamental for life on Earth. Without this separation, any other reaction in the vegetal simply could not happen. For that reason, it has been postulated that any kind of life over the Earth planet depends of the energy that comes from the Sun. This was the main reason to believe that vegetal life was the base of the food chain. The finding of the authors of this paper about the extraordinary capacity of the animal eukaryotic cell to perform a similar process to vegetal cells has drawn powerfully the attention of scientists. It was unthinkable to assume the existence of such a process since at laboratory conditions for obtaining water dissociation extreme conditions such as 2000 C of temperature is needed. That is, to break this molecule the energy required is much higher that the one obtained from it. Furthermore, from the energy point of view, only organisms with chlorophyll were supposed to do it using only the energy from the sun, at wavelengths of 400 to 700 nm, using a photosystem composed by Light/Water/Chlorophyll.Considering the photosystem proposed in this research, according to the abundance of these reagents in the universe and the findings first in the human retina and then in the whole human organism, is composed of Light/Melanin/Water. In this paper, the process is briefly described, as it was patented in Russia, especially for the production of melanin bateries for the generation of light and the effects of this substance in the human organism. Palabras clave: Fotosíntesis humana, melanina, disociación del agua, energía, hidrógeno, oxígeno Key Words: Human photosynthesis, melanin, water dissociation, energy, hydrogen, oxygen INTRODUCCIÓN Esa extraña sustancia llamada agua La verdadera función del agua en el cuerpo humano está muy lejos de ser entendida. Se conceptualiza principalmente como un disolvente universal que al ingresar al organismo transporta nutrientes y remueve los productos metabólicos del organismo. Esto es, el agua que se ingiere simplemente entra limpia y sale con sustancias de desecho disueltas o incluso en suspensión. Sin embargo, existen datos que aparentemente contradicen dichas funciones, como por ejemplo el hecho de que sin agua el ser humano fallece en los tres días siguientes y en contraste, si un ser humano deja de ingerir alimentos sólidos solamente puede mantenerse con vida hasta por 3 meses (Lynden-Bell et al., 2010). 339

340 En el medio científico se tiene conciencia de que todas las reacciones bioquímicas que ocurren en las células humanas, en los tejidos corporales, en los órganos y en los sistemas vitales ocurren en un medio acuoso. Inodora, incolora, insípida (sin sabor), transparente, etc., la sustancia que se denomina agua es ubicua (del latín ubique, que está presente a un mismo tiempo en todas partes), pues su presencia es común en muchos lugares. Sorprendentemente, desde el punto de vista químico es quizá el líquido más extraño en el planeta dadas sus muchas y peculiares propiedades, lo que le confiere el papel que juega en la esencia y existencia de la vida: la asimetría de la molécula, su naturaleza polar y su capacidad de formar enlaces o puentes de hidrógeno (Manahan, 2007): La molécula de agua es eléctricamente polar y tiene 2 pares de electrones de valencia en los enlaces H-O y 2 pares no compartidos, los cuales se muestran cuando la molécula gira (Figura A). Los pares de electrones no compartidos pueden formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. Si la molécula gira 90º alrededor de su eje vertical, se ve un átomo de H, pero queda justamente atrás del otro átomo de H. Los dos pares de electrones no compartidos son muy importantes porque pueden unirse a los átomos de H de otras moléculas de agua con un tipo de enlace especial llamado enlace o puente de hidrógeno. Las moléculas de agua en la fase líquida y en el hielo están conectadas entre sí a través de estos enlaces o puentes de hidrógeno y son los que le confieren los efectos tan especiales de las propiedades del agua. Además, las moléculas de agua pueden formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas disueltas en el agua, reforzando grandemente las propiedades del agua como disolvente para algunos tipos de substancias, incluyendo muchas de importancia biológica. Debido a su naturaleza polar, las moléculas de agua rodean cationes y aniones de compuestos iónicos disueltos en el agua. Los extremos negativos de las moléculas de agua se orientan hacia los cationes positivos y los extremos positivos de las moléculas de agua hacia los aniones negativos. Esto le confiere al agua varias propiedades importantes que son cruciales en su papel como disolvente de sales, ácidos, bases y substancias que tienen átomos de H, O y N capaces de formar enlaces de hidrógeno, como medio de vida en fluidos biológicos como la sangre y la orina, en su comportamiento ambiental y sus amplios usos industriales, basadas en las siguientes características de su molécula: El agua tiene una tensión superficial muy alta y el agua líquida, como la de las gotas de lluvia, actúa como si estuviera cubierta por una membrana delgada. Los patos aprecian esta característica del agua porque les permite flotar en su superficie. Un pato se hundiría en agua a la que se le hubiera añadido detergente para bajar la tensión superficial, lo cual es mortal para las aves. El agua es transparente a la luz visible y a la fracción de luz ultravioleta de mayor longitud de onda. Esto permite que ocurra la fotosíntesis en las algas suspendidas en la superficie del agua. El agua, que se congela a 0ºC, tiene su máxima densidad como líquido a 4ºC. Esto ocasiona que los cuerpos de agua se estratifiquen con las capas más frías, más densas, en el fondo, lo cual permitió la vida durante las glaciaciones. Posiblemente la propiedad física más importante del agua es su comportamiento con la energía calorífica. El agua líquida tiene una capacidad calorífica de joules por gramo por ºC (J/g ºC), lo que significa que se requieren joules de energía calorífica para elevar la temperatura de 1 gramo de agua líquida en 1ºC. Esta elevada capacidad calorífica estabiliza las temperaturas de las regiones cercanas a los reservorios de agua (depósitos, estanques, lagos, etc.). Esto se debe a los enlaces o puentes de hidrógeno. Se requiere mucha energía calorífica para romper estos enlaces y permitir a las moléculas de agua moverse más rápidamente a temperaturas más altas. El agua tiene un calor de fusión muy alto, de 334 joules por gramo (J/g). Esto significa que se requiere una cantidad muy grande de calor para separar las moléculas de agua, mantenidas en posiciones fijas por los enlaces o puentes de hidrógeno en el hielo, para convertir el agua a estado líquido. Cuando el hielo se funde, mientras estén presentes tanto el hielo sólido como el agua líquida, la temperatura permanece constante a la temperatura de fusión, 0ºC. El calor adicionado al sistema se emplea para romper y separar las moléculas en el hielo (agua sólida), en vez de elevar su temperatura. El calor de vaporización del agua es de 2,259 J/g. Esto significa que se requieren 2,259 joules de energía calorífica para vaporizar un gramo de agua líquida. Éste es el calor más alto de vaporización de cualquier líquido común. Tiene una influencia enorme en los reservorios de agua, conocidos en México y otros países de habla hispana como cuerpos de agua, y en la meteorología. Absorbiendo tanto calor en el cambio de líquido a vapor, el agua estabiliza las temperaturas atmosféricas. Sin embargo, el calor latente contenido en el vapor de agua se libera cuando el vapor se condensa, que es lo que sucede durante la lluvia. Esta descarga de calor calienta masas de aire haciéndolas elevarse y es la fuerza impulsora tras las tormentas y huracanes (Manahan, 2007). 340

341 Par de electrones compartidos en el enlace H-O Par de electrones no compartidos Puente de hidrógeno conectando a dos moléculas de agua Figura A. Asimetría de la molécula de agua, su naturaleza polar y su capacidad de formar enlaces o puentes de hidrógeno (Manahan, 2007) El calor latente dado por el sol e incorporado al vapor de agua producido del agua líquida de los océanos cerca del Ecuador es conducido lejos por las masas de aire y liberado cuando el vapor de agua se condensa para formar la lluvia. El agua se disocia según la reacción 2H 2 O 2H 2 ++ O 2 y su constante de equilíbrio es: K w = [H + ] agua pura [H + (Manahan, 2007) a 25 C. En esta ecuación se muestra que en el -7 moles por litro (mol/l) y ph = -log [H + ] = 7.00 (el ph del agua neutra es 7.00 a 25ºC) Por otro lado, el agua también presenta propiedades más mundanas; por ejemplo, cuando se enfría, el agua es excepcionalmente compresible, de no ser así el nivel de los océanos sería 40 metros más elevado (Lynden-Bell et al., 2010). La íntima relación entre el agua y los procesos bioquímicos se demuestran claramente al sustituir el deuterón ( 2 H) por el protón ( 1 H), una sustitución que la mayoría de los físicos considerarían trivial, al parecer meramente un cambio en el punto cero de energía. Sin embargo aún esta substitución isotópica aparentemente menor, es tóxica para la mayoría de las formas de vida, lo que demuestra que los procesos vitales presentan una fina sintonía con la energía de los enlaces o puentes de hidrógeno, por lo que la substitución por el deuterón, que es más pesado que el protón; alterará significativamente la cinética de las reacciones bioquímicas. Solamente las formas inferiores de vida, como algunos protozoarios; toleran la completa deuteronización de sus bio-polímeros constituyentes y esto solamente si se lleva a cabo en forma gradual. La búsqueda del agua y por lo tanto también la búsqueda de la vida ha llegado a ser un aspecto popular de la investigación del espacio cósmico, y la existencia de agua sólida (no necesariamente hielo) en muchas estrellas frías ha sido firmemente establecida (Lynden-Bell et al., 2010). Pero una discusión profunda sobre el origen de la vida en la Tierra topa con un problema aparentemente irresoluble: En qué momento el agua se constituye en parte de la vida misma? Porque el cómo no tiene discusión pues es ampliamente aceptado que inicialmente sucede mediante la ruptura, partición o disociación de la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno moleculares. Sin embargo el momento de la chispa inicial de la vida no había podido dilucidarse pese a que es un enigma desde hace siglos y las diferentes civilizaciones y corrientes de pensamiento no han podido resolverlo de manera científica pues en general ha tratado de explicarse desde puntos de vista de las distintas religiones. Por el lado de la ciencia, el hecho de que la clorofila no pueda todavía realizar la disociación del agua fuera de un ente vivo, se 341

342 constituye en el mayor obstáculo para aceptar la fotosíntesis vegetal en el origen de la vida, porque volveríamos al dogma ancestral de que primero fue la vida y después la disociación del agua (Lynden-Bell et al., 2010). Ya Darwin escribía que la chispa inicial que dio origen a la vida tuvo que haber sucedido en un ambiente completamente estéril, es decir; sin ninguna otra forma de vida presente, de lo contrario hubiese sido instantáneamente absorbido o devorado. Más aún, la disociación del agua posee un efecto desgastante: la liberación de oxígeno molecular el cual es un enemigo de la química celular. Ésta y otras consideraciones se habían constituido en obstáculos muy serios para poder entender el origen de la vida. Este misterio se resuelve parcialmente con el hallazgo de la asombrosa capacidad de la célula eucarionte de disociar la molécula de agua (Lynden-Bell et al., 2010). MÉTODOS La historia se remonta a 1990, cuando los autores de este trabajo decidieron iniciar un estudio sistemático acerca de las tres principales causas de ceguera, dado que su incidencia y prevalencia continúa siendo la misma en México desde hace 50 años o más, lo que significa que los tratamientos no están funcionando. En un inicio, como cualquier investigador del área, el enfoque se dirigió a la retina misma y a los vasos sanguíneos, elementos indispensables puesto que son los encargados del transporte de las sustancias que se absorben en el tracto gastro-intestinal y que, desde el punto de vista tradicional, son la fuente de energía (Brand et al., 1991) y de biomasa del organismo humano. La retina no es una excepción y la glucosa se considera el principal combustible empleado en el metabolismo retiniano (Figura 1). Pero pronto surgió la primera incongruencia: el elevado índice metabólico de los foto-receptores, la capa más activa metabólicamente de las diez que constituyen el tejido retiniano en total, se ha encontrado que consume diez veces más energía que la corteza cerebral, 6 veces más que el músculo cardiaco, tres veces más que la corteza renal, unas quince veces más energía que el resto de la retina y unas veinte veces más que la substancia blanca cerebral (Alm, 1992). Ante todos esos datos reportados en la literatura (Alm, 1992) aparece la primera contradicción: La capa de fotoreceptores y áreas inmediatamente adyacentes no presentan normalmente un solo vaso sanguíneo. Entonces, si la glucosa es la fuente de energía, no tiene por donde llegar al tejido más demandante de ella en el cuerpo humano. Este y otros datos aunados a la observación clínica habitual y a por lo menos 6500 espectrofotometrías de la retina in vivo, rápidamente llevaron a los autores a estudiar la capa adyacente de la retina: la coroides (del griego χοριοειδής, con forma de cuero, membrana delgada, de color pardo más o menos oscuro, situada entre la esclerótica y la retina de los ojos de los vertebrados; tiene una abertura posterior que da paso al nervio óptico, y otra más grande, en su parte anterior, cuyos bordes se continúan con unos repliegues que rodean la cara interna del iris). Por el elevado contenido de melanina es que tiene ese color pardo más o menos oscuro (del griego μέλας, μέλανος, negro, e -ina). Los autores deben confesar que, al principio, la melanina estorbaba, puesto que las modificaciones ópticas y electrónicas hechas por los autores a los instrumentos con la finalidad de mejorar la observación de los vasos sanguíneos en los vasos retinianos, dieron también como resultado que la melanina también se apreciara mejor pero, a la vez, con frecuencia constituía un obstáculo para estudiar los vasos sanguíneos, los cuales, en ese entonces; eran el principal objeto de interés. Era tal la frecuencia con que se detectaba la melanina que los autores optaron por incorporar el estudio de la misma al proyecto, lo cual redundó en que antes de tres meses ya era la principal variable en estudio (Figuras 2, 3). 342

343 Figura 1. Retina humana, teñida con hematoxilina-eosina, H & E, 100X. La flecha indica la capa de foto-receptores (Solís-Herrera, 2009) Figura 2. Membrana coroides, teñida con hematoxilina-eosina, H & E, 100X. La flecha señala la melanina (Solís-Herrera, 2009) Figura 3. Microfotografía de la melanina tomada en los laboratorios de los autores, 40X (Solís-Herrera, 2009). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tomó a los autores doce años de estudios intensos y continuos lograr entender la interacción entre el agua y la melanina, pues si el agua se considera una sustancia extraña, la melanina lo es más (Hill, 1992). Y en febrero del 2002 por fin se resolvió el misterio: La melanina es el equivalente de la clorofila pero en los humanos. Es decir, ambos compuestos disocian la molécula de agua y es su principal función en ambos casos. Siguiendo lo mencionado por Manahan (2007), las dos reacciones bioquímicas generales pueden ser esquematizadas así: 2H 2 O 2H 2 + O 2 2H 2 O 2H 2 + O 2 Clorofila Melanina Los primeros sorprendidos fueron los autores al descubrir que la principal función de la melanina era producir energía. Se había encontrado el foto-sistema humano, conformado en orden de abundancia en el Universo por Luz/Melanina/Agua y es miles de veces más eficiente que el foto-sistema vegetal, el cual está compuesto por 343

344 Luz/Agua/Clorofila; también en orden de abundancia en el Universo. Los autores afirman que son miles de veces porque la clorofila solamente absorbe luz visible entre 400 y 700 nm, y la melanina absorbe la totalidad del espectro electromagnético, es decir desde los rayos cósmicos hasta los rayos gamma (Meredith y Sarna, 2006; Solís-Herrera et al., 2007). Este estudio sobre lo que los autores llaman fotosíntesis humana continúa a la fecha. Los autores han aprendido de ella que es un proceso muy sensible, el cual es afectado por el frío, como los vegetales; por los plaguicidas, como los herbicidas; por los fertilizantes; por los suplementos de hierro (Juurlink et al., 2003); por el alcohol etílico; por el jarabe de alta fructosa; por medicamentos con contenidos de VDA (Volumen de Distribución Aparente) elevados; por la tristeza; por el estrés; por los traumatismos; etc. Y al ser la fotosíntesis humana la base de la vida (Solís-Herrera et al., 2010), cualquier proceso, reacción o sistema que en su conjunto conforma lo que se llama vida, se originó después de ella y con base en ella. Por lo tanto, para los seres humanos, cualquier enfermedad es derivada de una fotosíntesis que pudiera denominarse afectada o de baja eficiencia. La modulación farmacológica de la fotosíntesis humana ha producido mejorías rara vez vistas en los pacientes humanos (Figuras 4-9). Figura 4. Enfermo masculino, en la séptima década de la vida, con varios años de evolución y múltiples tratamientos sin resultados. El diagnóstico es psoriasis (la psoriasis, del griego ψώρα, picor, es una enfermedad no contagiosa inflamatoria crónica de la piel que produce lesiones escamosas engrosadas e inflamadas, con una amplia variabilidad clínica y evolutiva). La fotografía se tomó durante el primer examen Figura 5. El mismo paciente, un mes después de haber iniciado el tratamiento farmacológico para intensificar la fotosíntesis humana Por otro lado, los autores también se dieron a la tarea de llevar el evento biológico de la disociación del agua en un ensayo in vitro, en un tubo de ensayo (Solís-Herrera, 2009). Esto ya se había intentado con el foto-sistema de los vegetales, pero sin éxito, pues la clorofila, al encontrarse fuera de lo hoja se inactiva definitivamente a los 20 segundos. El foto-sistema humano es bastante más estable. En las Figuras 10 a 12 presentan los resultados obtenidos con las pruebas in vitro. Las Figuras 10 y 11 presentan series de bombillas o focos energizados con baterías hechas con melanina (sintetizada por nosotros, patente en trámite). El experimento se inició en enero del 2009 y en la Figura 12 se muestra una fotografía tomada a la flecha de la Figura 11 en julio del 2009, lo que indica que las baterías fabricadas por los autores, una vez selladas no requieren recargarse de ninguna manera. Al ser la melanina la sustancia más estable que se conoce, era lógico inferir que las baterías tengan una larga duración, pudiendo generar energía por largos períodos. Las baterías no son tóxicas, no son corrosivas, no son explosivas, por lo que son amigables con el medio ambiente. Debe recordarse que están hechas con sustancias que todos los seres humanos tienen en el cuerpo. 344

345 Figura 6. Prueba visual conocida como de la H : Se le pide a un paciente con Alzheimer que observe la figura unos 20 segundos y después se le pide que la dibuje de memoria Figura 7. Resultado de la prueba en el paciente de Alzheimer después de un mes del tratamiento. La mejoría es notable puesto que, a pesar de ser unas simples líneas en la parte superior, el paciente ya prestó suficiente atención e hizo un buen intento Figura 8. Prueba de la H en el mismo paciente de Alzheimer después de seis meses de tratamiento. La mejoría es indiscutible, lo que va de la mano con la recuperación del resto de sus funciones tanto corporales como mentales Figura 9. La fotografía de la izquierda se tomó el 3 de enero del 2011, durante la primera consulta. La segunda fotografía, la de la derecha; se tomó el 12 de febrero del 2011; es decir, 5 semanas después de iniciado el tratamiento. Las mejorías son sorprendentemente rápidas 345

346 Figura 10. Focos de estado sólido energizados con baterías hechas con melanina (Solís-Herrera, 2009) Figura 11. Otro modelo energizado con los diseños de los autores En la Figura 13 se muestra la patente obtenida en Rusia en Actualmente, los autores siguen los trámites en diferentes países. Sin embargo, se considera importante que Rusia haya sido el primer país avanzado que la concede, ya que, en cierta forma, es el primer reconocimiento oficial a la existencia de la fotosíntesis humana. Figura 12. El modelo de la Figura 11 observado desde la acera opuesta (orilla de la calle o de otra vía pública, generalmente enlosada, sita junto al paramento de las casas, y particularmente destinada para el tránsito de la gente que va a pie), estando en el interior del laboratorio. La luminosidad es notable y se encuentra prendido desde julio del 2009, fecha en que fue tomada la fotografía, la luminaria sigue prendida hasta la fecha Figura 13. Pagina frontal de la patente rusa (Solís- Herrera, abril 2, 2010) 346

347 CONCLUSIONES La fotosíntesis humana era y es un proceso biológico a la espera de ser descubierto. Afortunadamente, tuvo lugar en México. El impacto que va a tener en las diferentes áreas del conocimiento va a ser formidable. Prácticamente tiene aplicaciones en todos los campos del saber humano y, a la vez, hace replantear la importancia del cuidado del agua y del ambiente, pues la fotosíntesis humana es un proceso cuantizado (del inglés quantize, que en física es aplicar los conceptos y métodos de la mecánica cuántica al estudio de un fenómeno físico), es decir; es exacto. La molécula de agua, al cambiar fácilmente, está implicada en el desarrollo de las enfermedades y, por ende, una baja significativa de la calidad de vida. Por otro lado, por vez primera en la historia del género humano se puede generar energía sin dejar huella en el entorno. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alm, A Ocular circulation. In Physiology of the eye. Adler Mosby, ed. ISBN: , pp Adler Mosby, Baltimore, US. Brand, M. D., Couture, P., Else, P. L Evolution of energy metabolism. Biochem. J. 275: Hill, H. Z The function of melanin or six blind people examine an elephant. BioEssays. 14(1): Juurlink, D. N., Tenenbein, M., Koren, G., Redelmeier, D Iron poisoning in young children: Association with the birth of a sibling. CMAJ. 168(12): Lynden-Bell, R. M., Conway Morris, Simon, S., Barrow, J. D Water and life. The unique properties of the H 2 O. CRC Press, London, New York. Great Britain, US. Manahan, S.E Introducción a la Química Ambiental. Coedición UNAM-Editorial Reverté. México D.F. y Barcelona. México, España. Meredith, P., Sarna, T The physical and chemical properties of eumelanin. Pigment Cell Res. 19: doi: /j x Solís-Herrera, A Patente Photoelectrochemical method of separating water into hydrogen and oxygen, using melanins, the analogues, precursors or derivatives thereof as the central electrolysing element. Application No /09(053805), GT/a/2005/000006, PCT-Application PCT/MX2005/ of , PCT-Application Publication Number and Date WO2006/ of Moscú, Rusia. Solís-Herrera, A., Arias-Esparza, M. C., Solís-Arias, R. I., Solís-Arias, P. E., Solís-Arias, M. P The unexpected capacity of melanin to dissociate the water molecule fills the gap between the life before and after ATP. Biomedical Research. 21(2): Solis-Herrera, A., Lara, M. E., Rendón, L. E Photoelectrochemical properties of melanin. Nature Proceedings: hdl:10101/npre : Posted 12 Nov

348 A-H TL-2 HACIA UN MARCO JURÍDICO DEL AGUA: EL CASO DE LA ZONA METROPOLITANA DE LA LAGUNA DE COAHUILA Y DURANGO TOWARDS A LEGAL FRAMEWORK OF WATER: THE CASE OF THE METROPOLITAN AREA OF COAHUILA AND DURANGO LAGOON Raúl Rodríguez-Vidal* Facultad de Administración Fiscal y Financiera, U. A. de Coahuila, Dr. en Derecho, Investigador con perfil PROMEP, Responsable del Cuerpo Académico de la Facultad, Presidente Academia de Derecho Fiscal en Coahuila, A.C., Presidente Comisión de Derecho AMCATH, Autor de diversos textos y artículos jurídicos en materia administrativa y fiscal. Facultad de Administración Fiscal y Financiera de la Universidad Autónoma de Coahuila, Unidad Torreón. Oscar Enrique Castillo-Flores * Instituto Federal de Defensoría Pública, Delegación Chihuahua. Calle Bolonia No 699. Colonia Torreón Residencial, Torreón, Coahuila, México. Tel: (871) , Fax: (871) , RESUMEN Se estima que para alcanzar la sustentabilidad del medio ambiente es necesario que los recursos naturales se utilicen de manera inteligente y responsable. Un elemento insoluble de los temas relacionados con el medio ambiente lo constituye el agua, del cual depende la viabilidad económica y social de las naciones. El marco normativo sobre este recurso hídrico está a discusión desde hace varios años. Es un tema tan importante como las reformas del estado mexicano que siguen pendientes, tales como, la energética, hacendaria, laboral, etc. En este sentido, gran parte de factores como la propiedad, la escasez, la contaminación o la mala distribución del agua han provocado que tanto los Estados como diversos organismos internacionales, emitan legislación o acuerdos que regulen su aprovechamiento, ya que es considerado como un bien indispensable y susceptible de apropiación, explotación, uso, goce, aprovechamiento, sólo por mencionar algunas de sus características. Por ello la existencia de un marco jurídico se convierte en un factor indispensable para la adecuada distribución del vital líquido. En nuestro país existen diversos ordenamientos jurídicos que regulan la administración, distribución y cuidado del agua de los cuales destacan la Constitución Federal, a partir de la cual se instrumenta la Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento, la Ley Federal del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, así como la Ley Federal de Derechos. El actual marco legal ha incorporado nuevos conceptos que permiten conducir la gestión del agua en el país. Sin embargo, sigue siendo omisa, imprecisa y limitativa perdiendo el espíritu humanista que debe prevalecer en esta materia, lo cual genera confusión entre los diferentes niveles de autoridades que deberían estar coordinadas. Finalmente, se considera que no sólo la escasez del agua y las demandas de la población creciente son problemas, a éstas se suman un tercer problema: el de la contaminación. La población de la zona metropolitana de la Laguna correspondiente a los estados de Durango y Coahuila, a la que se refiere este trabajo académico, viven en completo estado de emergencia permanente a causa de enfermedades producidas por la contaminación de aguas impuras y, específicamente, a través del problema del hidro-arsenicismo. 348

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350 ABSTRACT We believe that achieving environmental sustainability is necessary that natural resources can be used so intelligent and responsibly. An insoluble element of the issues related to the environment is the water, which one depends on economic and social viability of the nations. The regulatory framework on this water resource is under discussion for several years, is an important issue in the Mexican state reforms that remain, such as, energy, inland revenue, labor, etc. In this sense, much factors such as ownership, scarcity, pollution or poor water distribution have resulted in both States and various international agencies, issue laws or agreements governing their use, since it is considered as a good necessary and subject to appropriation, exploitation, use, enjoyment, just to mention some of its features. Thus the existence of a legal framework becomes an indispensable factor for the proper distribution of this vital liquid. In our country there are various legal systems governing the management, distribution, and care of the water which highlight the Federal Constitution, from which implements the National Water Act and its Regulations, the Federal Law on Ecological Balance and Protection of the Environment as well as the Federal Law of Rights. The current legal framework has incorporated new concepts that can lead to water management in the country, however, is still remiss, inaccurate and limited to losing the humanistic spirit that should prevail in this matter, which creates confusion between the different authorities that should be well coordinated. Finally, we consider that not only the scarcity of water and the demands of the growing population are problems, they are joined by a third problem: the pollution, the population of the metropolitan area of the Laguna for the states of Durango and Coahuila, which we refer in this academic work, live in complete permanent state of emergency because of diseases caused by unclean water pollution, and specifically to the problem of hydroarsenicism. Palabras clave: Agua, marco jurídico, zona metropolitana de la Laguna Key Words: Water, legal framework, metropolitan area of the Laguna INTRODUCCIÓN Este trabajo académico tiene como propósito aportar un breve análisis sobre el tratamiento jurídico deficiente en cuanto al acceso al agua potable por parte de los diferentes órdenes de gobierno, ya que estimamos que el uso racional y eficiente del recurso hídrico no debe provenir exclusivamente del centro del país, en el ámbito federal sino con la participación de los gobiernos locales y la sociedad civil, ejemplificando el caso de la zona metropolitana denominada comarca lagunera de los estados de Coahuila y Durango; asimismo, nos referimos a su consideración como derecho fundamental, al ser éste un elemento clave en el desarrollo de las sociedades a través de la historia y pilar fundamental de la pervivencia humana en tiempos venideros. Sin lugar a dudas que el agua es un tema de seguridad nacional y debe tener una difusión amplia, ya que se afirma que las guerras y disputas internacionales del futuro inmediato, serán por el control y el derecho de explotación de los mantos acuíferos, en una problemática muy compleja por sus diferentes ámbitos. El marco legal vigente en esta materia, no es del todo adecuado y consideramos debe ser modificado y ajustado a nuestra realidad social local, por lo cual se requiere realizar una: revisión, actualización, mejora y equilibrio de disposiciones jurídicas, precisar conceptos y corregir omisiones e imprecisiones, impulsar y fortalecer espacios de participación ciudadana y tener una corresponsabilidad con los usuarios, transferir competencias a las autoridades locales, todo lo anterior en virtud de que el agua debe ocupar el lugar que le corresponde dentro de la agenda de prioridades de nuestro Estado mexicano. La importancia del agua Parafraseando a Franz Von Baader. La única prueba posible de la existencia del agua, la más convincente, la más íntimamente verdadera es la sed, por lo que es un elemento esencial para la supervivencia de todas las formas de vida conocidas en nuestro planeta, también es el componente más abundante de la superficie terrestre, sin embargo no toda el agua es potable para el ser humano. Según definición del Diccionario de la Lengua Española, es considerada como una sustancia líquida, inodora, insípida e incolora RAE, (2002)., siendo una parte 350

351 constituyente de todos los organismos vivos. El concepto agua en el sentido mas amplio, refiere a su estado líquido, pero la misma puede hallarse en forma sólida, llamada hielo y en forma gaseosa denominada vapor, su molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, cuya fórmula es conocida como H2O. La importancia del agua es tal, que no podemos prescindir de su presencia en múltiples actividades cotidianas y lamentablemente, día con día es objeto de contaminación y explotación indiscriminada. El papel que nos corresponde como población, es el de cuidar el vital líquido procurando no desperdiciarlo en nuestras tareas domésticas, profesionales, sociales, etc. Como consumidores y usuarios de este elemento, nos corresponde evitar el deterioro del medio ambiente, abstenernos de arrojar basura en ríos, arroyos y otros sistemas acuíferos, que son junto con los árboles, de vital importancia para conservar la temperatura y atraer lluvias, lo cual es una tarea indispensable para la preservación del ciclo del agua y el aseguramiento del equilibrio ecológico. Durante la historia mexicana la distribución del agua ha sido causa de polémica, por ello una relación bilateral integrada por el gobierno y la población, que tenga como fin un aprovechamiento más eficiente de esta fuente natural de vida es necesaria en el país. En la actualidad las ciudades han crecido tanto que el problema del suministro es ya un problema serio, como es el caso a de la zona conurbada de la laguna que la integran las ciudades de Gómez Palacio y Lerdo Durango, Torreón y Matamoros Coahuila, donde es evidente según estudios realizados por el investigador y ambientalista lagunero Francisco Valdés, que el agua del subsuelo está afectada por arsénico lo cual se ha originado, entre otras causas, por la sobreexplotación de los mantos acuíferos de dicha región, ya que la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA 1994 califica de tolerante beber agua con menos de 5 microgramos de arsénico por litro, pero en la Laguna se está bebiendo con más de 10 microgramos, lo cual es dramático y dañino para la salud pública. Efectivamente, desde hace varios años se siguen sobreexplotando los mantos freáticos, y la prueba es que en 1950 se podían extraer 100 litros de agua a 20 metros de profundidad, y ahora se sacan a 150 y en algunos casos hasta 400 por lo que se está extrayendo el recurso hídrico a profundidades muy hondas, y todas las sales que estaban en suspensión en el fondo ahora se están bombeando saturadas de cloruro, sulfato, magnesio y especialmente arsénico, que inevitablemente daña la salud de las personas. El agua un derecho humano Estimamos no se debe considerar al agua como un mero servicio público, ya que éste es una figura jurídicoadministrativa en la que el titular es el Estado y cuya única finalidad consiste en satisfacer necesidades colectivas esenciales, a través de la prestación directa por el ente gubernamental o mediante concesión a los particulares interesados en dicho servicio. En este caso la defensa del derecho humano al agua es intemporal, no necesariamente concreto, sino que es la defensa integral a la vida de todos los seres de este planeta, por medio de la presencia de este líquido. En esta tesitura, según Carbonell, (2004) las disposiciones de derecho fundamental están previstas en normas de derecho fundamental, que son significados prescriptivos por medio de los cuales se indica que algo está ordenado, prohibido o permitido, o que atribuyen a un sujeto una competencia de derecho fundamental, por lo que concluimos que el derecho al agua, es un derecho fundamental porque está establecido en tratados internacionales y en la propia constitución, no sólo en nuestro país, sino en la mayoría de las naciones del mundo. METODOLOGÍA Para la realización de este trabajo académico, se utilizó preferentemente el método de la investigación documental, ya que se consultaron y analizaron diversos libros, diccionarios, legislación aplicable, revistas especializadas, diarios oficiales, y fuentes del Internet; asimismo, se usó el método deductivo en esta investigación jurídica, en razón de que se parta de lo general a lo particular, al estudiar múltiples disposiciones jurídicas federales para analizar en lo concreto y particular leyes locales de la materia objeto del tema. Finalmente, se manejó el método dogmático jurídico, en virtud de que se ejercitó la hermenéutica jurídica, es decir, la aplicación de los diferentes métodos de interpretación para desentrañar o aclarar el contenido de diversas normas y leyes federales, estatales y municipales aplicables al caso concreto planteado. 351

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353 RESULTADOS Y DISCUSIÓN EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA El orden jurídico y el agua, está a discusión desde hace varios años, es un tema tan importante como las reformas del Estado mexicano que siguen pendientes, tales como, la energética, hacendaria, laboral, etc. No sólo la escasez del agua y las demandas de la población creciente son problemas, a éstas se suman un tercer problema: el de la contaminación, ya que cada vez más es la constante de centros poblacionales urbanos que viven en completo estado de emergencia permanente, a causa de enfermedades producidas por la contaminación de aguas impuras, además de la amenaza por los depósitos de desechos en el agua de sustancias químicas, cuyos efectos a largo plazo son desconocidos. Estos efectos han sido el resultado de las malas políticas de defensa del medio ambiente, cuyas nefastas consecuencias son visibles en el orden social y económico sumándose a esto, el crecimiento demográfico, proveniente del masivo éxodo de la población del campo a la ciudad, con el consiguiente aumento de población marginal en los grandes centros urbanos. Regulación jurídica del agua en México Desde una perspectiva jurídica, el agua puede ser considerada como un bien indispensable y susceptible de apropiación, explotación, uso, goce, aprovechamiento, sólo por mencionar algunas de sus características. Por ello, la existencia de un marco jurídico se convierte en un factor indispensable para su adecuada distribución. En este orden de ideas, el derecho tiene el principal objetivo de regular la forma en que la utilización del agua integrará las necesidades individuales y colectivas para que éstas no resulten perjudiciales a la conservación de un recurso indispensable para la vida. Por ello, debemos de partir del punto que sostiene que el agua es un objeto de propiedad que para regularse debe tomar en consideración tanto su naturaleza jurídica como cosa o bien, su característica de recurso natural reciclable, su característica de activo social y finalmente, como propiedad común. En nuestro país existen diversos ordenamientos legales que regulan la administración, distribución y cuidado del agua, de los cuales podemos citar a la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos, la Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento, la Ley Federal de Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente y la Ley Federal de Derechos. En nuestra carta fundamental, se plasma el principio de que a la Nación le corresponde originariamente la propiedad de las tierras y aguas del territorio, entre las 16 reformas al artículo 27, destaca la de 1945, que reforma el párrafo quinto, ampliando el alcance de las aguas nacionales, al incluir las aguas subterráneas, de esta forma se reservaron a la Federación o se federalizaron, excluyendo de las mismas, a las entidades federativas. Así también los artículos 4, 42, 48, 73, y 115 de la referida Constitución establecen diversos lineamientos que se relacionan con el recurso hídrico; en el numeral 4 se reconoce la existencia del derecho a un medio ambiente adecuado, aunque cabe mencionar que no alude en forma directa al tema de aguas, sin embargo, ello no excluye a dicho elemento como parte esencial de nuestro entorno, por lo que estimamos que sería positivo introducir a nuestro máximo ordenamiento, el reconocimiento expreso de las garantías ambientales. El artículo 42 constitucional determina que el agua es considerada integrante del territorio nacional y por consecuencia, su disponibilidad por parte del Estado mexicano debe encontrarse plenamente justificada. En cuanto al numeral 48, se refiere a que existen aguas que dependen directamente del gobierno federal; asimismo, reconoce que las entidades federativas tienen jurisdicción sobre sus islas, lo cual es importante porque advertimos que si la Constitución Federal determina en qué casos la Federación ejerce jurisdicción directa sobre las aguas, ello implica que en otros, las entidades federativas pueden ejercer dicha facultad. Respecto al artículo 115 establece que el municipio tiene a su cargo el servicio público de agua potable, drenaje, alcantarillado y tratamiento de aguas residuales, y añade que los municipios previo acuerdo entre sus ayuntamientos, en caso de pertenecer al mismo estado, o sus legislaturas, si se localizan en dos o más estados, podrán coordinarse y asociarse para la más eficaz prestación de los servicios públicos, abundando este dispositivo que sin perjuicio de su competencia constitucional, en el desempeño de las funciones o la prestación de los servicios a su cargo, los municipios observarán lo dispuesto por las leyes federales y estatales. Este párrafo abre una importante oportunidad para la 353

354 regulación de la provisión de los servicios de agua urbanos, que no ha sido utilizada hasta ahora por la autoridad federal, y en el caso específico de la zona conurbada de la Laguna de Durango y Coahuila que aquí se plantea, a raíz de la detección de varias fuentes de abastecimiento que rebasan la Norma Oficial Mexicana en contenido de arsénico, se determinó atacar el problema entre los municipios conurbados para buscar las alternativas de solución, por lo cual se constituyó un Comité Técnico de la Zona Metropolitana que han elaborado marcos de referencia, y concretado varios proyectos para mantener el equilibrio del acuífero principalmente Nazas y Aguanaval, con la finalidad de mantener la calidad del agua, esto es un claro ejemplo de la nueva colaboración que debe darse entre niveles de gobierno con una puntual participación ciudadana. Desarrollo regional y participación ciudadana A finales del siglo pasado, una de las más importantes transformaciones de nuestras sociedades se dio en la revalorización de lo local, llamada también remunicipalización de las actividades nacionales. Paradójicamente, en un mundo en plena globalización, integración y derribamiento de fronteras, surge un movimiento impulsor de las entidades locales y regionales, como un mecanismo social protector de su entorno próximo, de su ámbito de cotidianidad, de su necesidad de pertenencia y de subsistencia. En este escenario en el que debemos reconocer que el diseño de políticas e instrumentos que permitan el uso racional y eficiente, calidad y explotación del agua, no debe provenir exclusivamente del centro, en el ámbito federal sino con la participación de los gobiernos locales y de la sociedad civil. Se estima que si bien es cierto que históricamente en México, como en otros países, fue necesario centralizar para consolidar el Estado-Nación, en nuestros días, por la misma razón se requiere impulsar una redistribución no solamente de los recursos sino también del poder político. En la zona metropolitana de la Laguna de Durango y Coahuila, se presentan casos en los que cuatro municipios conurbados de dichas entidades, a saber: Lerdo y Gómez Palacio Durango, Torreón y Matamoros Coahuila con una población estimada de un millón y medio de habitantes, adquieren cada vez mayor movilidad tanto en la participación ciudadana como en la obligada respuesta de los gobiernos locales y federal a sus demandas, traducida en la necesidad de nuevas formas de relación, nuevos mecanismos de gestión, nuevas estructuras de gestión, nuevas soluciones y nuevas estrategias para preservar la gobernabilidad. Por ejemplo, debieran haberse iniciado ya la creación en el año 2010 del ya referido Comité Técnico del Fondo Metropolitano para combatir el problema del arsénico en el agua, el cual cuenta con recursos económicos asignados por la H. Cámara de Diputados Federal; así como la instalación de un Secretariado Técnico para diseñar acciones contra el cambio climático en la Comarca Lagunera, integrado por empresarios, ambientalistas, organizaciones no gubernamentales, investigadores, académicos y representantes de los tres niveles de gobierno en esta materia, coordinados por el Instituto Nacional de Ecología de la SEMARNAT. Es importante hacer mención que, en ambas instancias, intervienen, además, las 26 Universidades públicas y privadas de la Región Lagunera de dichos estados, integradas en la Comunidad de Instituciones de Educación Superior en la Laguna, A.C. (CIESLAG), las cuales actúan como núcleos formativos de la conciencia crítica y del conocimiento científico de la sociedad y que pueden ser factores decisivos en la protección y defensa de los derechos humanos, de la ecología y correcta aplicación de la ley, para contribuir a un desarrollo sustentable y equitativo, es decir para hacer compatibles progreso y cuidado del medio ambiente. Así pues, se considera que no obstante la diversidad y asimetrías de los referidos municipios y entidades, es el momento propicio para crear las condiciones que permitan el desempeño exitoso de las administraciones estatales y municipales en turno, generando mayor bienestar, participación ciudadana, transparencia, consensos y credibilidad. CONCLUSIONES 354

355 1.- Para alcanzar la sustentabilidad del medio ambiente es necesario que los recursos naturales se utilicen de manera inteligente y responsable. Un elemento insoluble de los temas con el medio ambiente lo constituye el agua, del cual depende la viabilidad económica y social de las naciones. En la escala mundial, México está considerado dentro de las naciones con baja disponibilidad de agua. Tal parece, que no hemos aprendido la lección, no hemos aprendido que perder biodiversidad es perder calidad de vida. En diversos foros nuestro país se ha comprometido a cumplir las metas del Milenio, entre las cuales se encuentra el desarrollo sustentable. 2.- Se deben promover más foros de discusión y propuestas sobre el tema del agua, ya que es impostergable la necesidad de fomentar una cultura del agua, hacer ver que sin un programa eficiente que permita a la sociedad mexicana comprender por qué el uso racional del agua es de vital importancia para la supervivencia. Debemos ocuparnos del deterioro del medio ambiente, ser ejemplo de todas las acciones viables, reflexionar para hacer consciente lo inconsciente, detenernos para ver el daño de nuestros actos. 3.- En materia de aguas, México tiene el reto de consolidar su sistema de administración y coordinación entre los diferentes órdenes de gobierno para una equitativa y justa distribución de aguas. Lo anterior porque se advierte de la legislación vigente que la competencia para la distribución y regulación del vital líquido está generando importantes conflictos. 4.- No debe considerarse que la regulación de aguas nacionales en todos los casos corresponde a la Federación, porque dicho elemento guarda estrecha relación con la materia ambiental, por lo que concluimos que la protección del ambiente y la preservación y restauración del equilibrio ecológico es materia concurrente entre la Federación, entidades federativas y municipios. 5.- El proceso de cambio detonado desde la esfera municipal hacia el centro, impulsado por la ciudadanía y respaldado por las relaciones intergubernamentales, la exigencia creciente y las demandas de espacios de participación obligan a establecer mecanismos efectivos y sencillos de participación en la gestión del agua para que los ciudadanos y las organizaciones puedan potenciar su actuación de manera eficiente y corresponsable y al mismo tiempo poder exigir a las autoridades en su manejo. Un ejemplo de lo anterior, es el caso del área conurbada de la Comarca Lagunera de Coahuila y Durango, a que nos hemos referido en este trabajo académico. 6.- Existe un vacío jurídico en la defensa del derecho al agua, pues esta materia está considerada en los aspectos administrativos, no dándole la importancia jerárquica que le corresponde al agua como un derecho humano. Finalmente desde nuestro particular punto de vista, estimamos que las normas están escritas, pero probablemente se tiemble la mano a la hora de la aplicación de la ley, se crea inmunidad ante las amenazas. Si se cumpliera con la ley, por generación espontánea, se crearía una cultura del agua. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (Citadas en el texto y consultadas) Acosta R, M Teoría General del Derecho Administrativo, Porrúa, México. Cabrero, E., García, R La nueva gestión municipal en México, Análisis de experiencias innovadoras en gobiernos locales, Porrúa, Pp.20-22, México. Carabias, J., Landa, R Agua, medio ambiente y sociedad, UNAM-COLMEX, Pp México, D.F. México. Carbonell, M, Los derechos fundamentales en México, UNAM-CNDH, p. 11, México, D.F. México Fuentes, M., Lumbreras, J La reforma del Estado mexicano en los nuevos escenarios internacionales, Diana, Pp.79-81, México. NOM Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, "salud ambiental, agua para uso y consumo humano-limites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización".méxico, D.F. México. RAE Diccionario de la Real Lengua Española, 22 edición. Epasa, Pp.12, Madrid, España. 355

356 Tena R. F Derecho Constitucional Mexicano, Porrúa, México. 356

357 LEGISLACIÓN APLICABLE Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos. Constitución Política del Estado Libre y Soberano de Coahuila de Zaragoza. Constitución Política del Estado Libre y Soberano de Victoria de Durango. Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento. Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento Ley Federal de Derechos. Ley Federal del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente. Ley Orgánica de la Administración Pública Federal. 357

358 A-H TL-3 EL AGUA, VARIABLE DE IMPORTANCIA EN EL DESARROLLO DE INDICADORES AMBIENTALES HOLÍSTICOS PARA UN HOSPITAL DE TERCER NIVEL WATER, IMPORTANT VARIABLEIN THE HOLISTIC DEVELOPMENT OF ENVIRONMENTAL INDICATORS FOR A THIRD LEVEL HOSPITAL María Angélica Velázquez-González* *Universidad Nacional Autónoma de México, laboratorio de Ingeniería Química Ambiental y Química Ambiental. Labs. E-301 a 303 Ciudad Universitaria. Tel: ,01 02,04. Fax Licenciada en QFB (UNAM), Maestra en Ingeniería Ambiental (UNAM). Pérez-Padilla Rogelio Hospital de Tercer Nivel Fernández-Villagómez Georgina Facultad de Ingeniería, UNAM Durán-Domínguez-de-Bazúa María del Carmen Facultad de Química, UNAM *Calle Xochitla 36, Cuautepec Barrio Bajo, México, Distrito Federal, México. Tel.:+52(55) RESUMEN De acuerdo con publicaciones anteriores, los indicadores se han utilizado a nivel internacional (global y regional), nacional (estatal y local), estos indicadores pueden ser usados para identificar áreas de intervención o prevención en la implementación de políticas o programas encaminados a la mejora de la salud pública. De lo anterior se desprende la necesidad del desarrollo de una metodología particular para determinar las variables con el fin de desarrollar los indicadores ambientales holísticos bajo las condiciones reales en un hospital de tercer nivel. Dentro de las variables que es de suma importancia se encuentra el relacionado con el Agua, el programa de trabajo en campo varía de un hospital a otro; por lo que el primer paso para desarrollar la variable de agua es evaluar el estado actual del uso del agua, su consumo y destino final. Esto se realiza conociendo las características más importantes de la instalación en estudio. En el presente trabajo, para llevar a cabo esta evaluación, se desarrolló empleando el esquema PER (Presión, Estado, Respuesta). Identificación del uso actual del agua (potable y tratada) en el hospital y de generación de aguas residuales, Identificación de las áreas de oportunidad, propuestas de opciones de reducción de consumo, reutilización y reciclaje de agua. 358

359 ABSTRACT According to former publications, indicators have been used at international level (global and regional), national (state and local). Tthese indicators can be used to identify areas of intervention and prevention in the implementation of policies or programs aimed at improving public health. It follows the need for development of a particular methodology to determine the variables with a view to developing holistic environmental indicators under the actual conditions in a third level hospital. Among the variables, which are of paramount importance, is the related ones to the water. The fieldwork program varies from hospital to another so the first steps in developing the variable water assess the current status of water use, consumption and final destination. This is made aware of the most important features of the facility under study. In this work, to carry out this assessment this scheme using PER (Pressure, State, Response). Is considered identification of current water use (potable and treated) in hospital and wastewater generation, identification of areas opportunity, and proposals for options to reduce consumption, reuse and water recycling. Palabras clave: Hospital de tercer nivel, indicadores ambientales, agua potable, agua residual, agua tratada Key Words: Third level hospital, environmental indicators, drinking water, wastewater, treated wastewater INTRODUCCIÓN En una presentación anterior (Velázquez-González et al., 2010) se mencionó que el reto a enfrentar es el de contar con mecanismos que permitan definir los impactos ambientales de las actividades, productos y servicios, a fin de fijar objetivos y metas ambientales cuantificables. Los indicadores se han utilizado a nivel internacional (global y regional), nacional (estatal y local) para diversos fines, entre otros, de servir como herramientas para informar sobre el estado del medio ambiente, evaluar el desempeño de políticas ambientales y comunicar los progresos en la búsqueda del desarrollo sustentable. Para que los indicadores cumplan cabalmente con estas funciones es necesario que tengan ciertas características, ofreciendo una visión de las condiciones ambientales completa. Deben ser sencillos, fáciles de interpretar y capaces de mostrar las tendencias a través del tiempo respondiendo a cambios en el ambiente y en las actividades humanas relacionadas. Deben proporcionar una base para las comparaciones internacionales y ser aplicables a escala global o regional y, de igual manera, ser aplicables, a escala nacional (estatal o local), según sea el caso. Deben tener un valor tal que permita estas comparaciones. Deben estar teórica y científicamente bien fundamentados y estar basados en consensos internacionales. Deben ser capaces de relacionarse con modelos económicos y/o de desarrollo razonable relación costo/beneficio, así como con sistemas de información. Un indicador ambiental es un parámetro o valor derivado de parámetros que proporciona información para describir el estado de un fenómeno, ambiente o área, con un significado que va más allá del directamente asociado con el valor del parámetro en sí mismo. Estos indicadores pueden ser usados para identificar áreas de intervención o prevención en la implementación de políticas o programas encaminados a la mejora de la salud pública. Dentro de las variables que es de suma importancias se encuentra el relacionado con el AGUA. El programa de trabajo en campo varía de un hospital a otro; por lo que el primer paso para desarrollar el programa es evaluar el estado actual del uso del agua, su consumo y destino final. Esto se realiza conociendo las características más importantes de la instalación en estudio. En el presente trabajo, para llevar a cabo esta evaluación, se desarrolló empleando el esquema PER (Presión, Estado, Respuesta). Identificación del uso actual del agua (potable y tratada) en el hospital y de generación de aguas residuales, Identificación de las áreas de oportunidad, propuestas de opciones de reducción de consumo, reúso y reciclaje de agua. De lo anterior se desprende la necesidad del desarrollo de una metodología particular para determinar las variables con el fin de desarrollar los indicadores ambientales holísticos bajo las condiciones reales en un hospital de tercer nivel. 359

360 OBJETIVO Est investigación establece como objetivo desarrollar indicadores ambientales holísticos que lleven integrados como variables aquellos parámetros que tengan un impacto específico con respecto de las actividades sustantivas del hospital de tercer nivel en estudio HIPÓTESIS Para alcanzar este objetivo, se plantea como hipótesis de esta investigación que, con la información disponible es posible generar un método para el desarrollo de Indicadores Ambientales Holísticos que permita desarrollar la variable de agua y el impacto en el ambiente en las actividades que se desarrollan en un hospital de tercer nivel DESARROLLO EXPERIMENTAL El sitio de estudio es un hospital de tercer nivel de la Ciudad de México, en el que se considerarán sus problemas ambientales y, en especial los del agua, como ejemplo de la aplicabilidad y factibilidad del indicador a desarrollar. Se inició ya la revisión bibliohemerográfica y digital acerca de los modelos de indicadores ambientales empleados a nivel mundial. Se efectuará una revisión específica en México acerca de los modelos de indicadores ambientales disponibles, así como una revisión de la situación real en cuanto a procedimientos y regulaciones. Se espera contar con la colaboración de los diferentes actores para la identificación de variables que tienen mayor impacto en el ambiente. Se revisarán los conocimientos actuales y las soluciones aplicadas a nivel mundial en al área de variables ambientales para integrarlos en una evaluación del caso particular del hospital de tercer nivel en la Ciudad de México. Se realizará, asimismo, una revisión global para metodologías de impacto ambiental que contemplen múltiples factores de ámbitos de agua. La propuesta metodológica encontrada hasta el momento y que parece ser la más idónea es la de Presión- Estado-Respuesta, PER. Mediante una ecuación se generará un indicador ambiental hospitalario que sintetice e integre los datos clave de cada matriz en estudio. Todo lo anterior tendrá como marco la normativa1 aplicable a cada rubro (Ver Figura 1 y Ecuación 1) Figura 1. Sistema de indicador ambiental para un hospital de tercer nivel (Velázquez-González et al., 2010) IHTN = A Aire + B Agua + C RSU + D SyRP y RPBI + E Suelo + F Agua-Aire + G Agua-Suelo + H Agua-SyRP + I Aire-Suelo + J Aire-SyRP + K Suelo-SyRP Ecuación (1) 360

361 donde IHTN es el Indicador para un Hospital de Tercer Nivel, A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K son los factores subjetivos cuantificables relevantes para el nivel de contaminación en función del número de camas obteniendo números adimensionales. RSU son los residuos sólidos urbanos generados. SyRP son las sustancias peligrosas manejadas y los residuos peligrosos generados. Los RPBI son los residuos peligrosos biológico infecciosos generados. Los valores para agua, aire, suelo, RSU, SyRP y sus interacciones estarán definidos por las normativas aplicables. Se considerarán los siguientes intervalos, haciendo un símil con otros indicadores: Foco verde, Foco ámbar, Foco rojo. Para desarrollar la variable AGUA en mediante el esquema PER. Se plantearon las siguientes estimaciones. Estimación teórica sobre los requerimientos de AGUA POTABLE Información general del sistema de agua: Sistema de distribución: (Distribución, medición, almacenaje y extracción potable (mediante un check list, visitas de inspección y revisión de bitácoras) Identificación de usos del agua en el hospital: Listado de los usos del agua potable para la ubicación de las áreas de dicho recurso, esto permitirá que la institución tenga identificadas las áreas que deben vigilarse y que requieren mayor atención así como la detección de fugas. Inventario de las instalaciones de extracción: Verificar el inventario por área de las instalaciones de extracción. Las instalaciones de extracción (inodoros, mingitorios, lavabos, tarjas, regaderas, regaderas de seguridad, lavacómodos y otros.) Del inventario de las instalaciones, se detectará el número de fugas y el tipo de instalación a la que pertenece cada una de ellas. Calidad del agua: Contaminantes criterio (Coliformes fecales, DBO, DQO, ph, T Estimación teórica sobre los requerimientos de AGUA RESIDUAL Información general del sistema de agua residual: Sistema de drenaje. Los elementos que componen el sistema eliminación del agua residual del hospital son: Recolección, Distribución y eliminación. Puede obtenerse información relevante de todas estas categorías consultando: Los planos de la instalación hidráulica y sanitaria, informes previos, publicaciones, etc., o bien realizando inspecciones directas del sitio y las pláticas con el personal encargado. Muestreo y análisis: Análisis del comportamiento de caudales, Muestreo y análisis de aguas residuales, caracterización fisicoquímica y microbiológica del agua residual mixta (muestra puntual). Estimación teórica sobre los requerimientos de AGUA TRATADA Los elementos que componen el sistema de distribución del agua tratada del hospital son: Distribución, medición, almacenaje y extracción. Esta información se obtuvo mediante inspecciones directas del sitio y las pláticas con el personal encargado. Muestreo y análisis:, caracterización fisicoquímica y microbiológica del agua tratada. Cálculo del factor correspondiente de los datos obtenidos por el esquema PER. Con esta investigación se identificarán las variables que tienen mayor impacto en el ambiente mediante la adición de factores subjetivos, ya que, como son difícilmente cuantificables aún cuando sean igualmente relevantes para el nivel de contaminación, será importante la definición de estos factores. Mediante una ecuación se generará un indicador ambiental hospitalario que sintetice e integre los datos clave de cada matriz en estudio. 361

362 RECONOCIMIENTOS Al Personal del Hospital de Tercer Nivel, por el apoyo logístico otorgado, en especial a la Dra. Dagmar Hanssen. A la Coordinación de Estudios de Posgrado de la UNAM por la beca doctoral concedida para realizar esta investigación. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Araiza-Bolaños, O.S. (2006). Estudio del manejo de residuos peligrosos en un hospital de tercer nivel. Título de Ingeniero Civil. Facultad de Ingeniería, UNAM. Noviembre 8. México D.F. México. Brenniman., Allen, R. (1993).Impacting of repackaging hazardous (infectious) hospital waste on the Indro air auqlity of a hospital. The science of the total environment. 128(2-3): CAM. (1998). Manual de minimización, tratamiento y estudio del impacto residuos peligrosos. Pub. Comisión Ambiental Metropolitana. México D.F. México. Catalogo de normas oficiales mexicanas. Disponible en Accedido Ene Centro nacional de producción mas Limpia. Disponible en: Accedido Nov Cortinas-de-Nava, C., Vega-Gleason, S. Autoras y compiladoras. (1995). Los residuos peligrosos en el mundo y en México. ISBN Pub. Secretaría de Desarrollo Social. Instituto de Ecología. Serie Monografías No. 3. México D.F. México. Desarrollo Tecnológico, LEIA. Disponible en: Accedido Nov English, P.B., Sinclair, A.H., Ross, Z., Anderson, H., Boothe, V., Davis, C., Ebi, K., Kagey, B., Malecki, K., Shultz, R. Simms, E. (2009). Environmental health indicators of climate change for the United States: Findings from the state environmental health indicator collaborative. Environmental Health Perspectives. 117(11): Environmental Protection. Disponible en: Accedido en: Dic Fernández-Armentia, M. (2008). Manual de gestión de residuos y seguridad en laboratorios ambientales. Centro de Hospitals for a Healthy environment. Disponible en: Accedido Dic Hospitals for a Healthy environment Waste reduction and cost cutting. Disponible en Accedido Ene Martínez, J., Mallo, M., Lucas, R., Álvarez, J., Salvarrey, A., Gristo, P. (2005). Guía para la gestión integral de residuos OCDE, Proyectos de gestión integral de residuos sólidos para ser presentados ante el Fondo Nacional de Regalías. Guía (2001). Colombia. Ministerio del medio ambiente. Ministerio de desarrollo económico. Departamento nacional de planeación Ramírez-Burgos, L. I. (2007). Desarrollo de una metodología ambiental para un laboratorio de análisis. Caso: Un laboratorio ambiental universitario. Pub. Universidad Nacional Autónoma de México, Programa de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental, Facultad de Química. México D.F. México. Quinn, M.M., Fuller, T.P., Bello, A., Galligan, C.J. (2006). Pollution prevention-occupational safety and heal in hospitals: Alternatives and interventions. J Occup Environ Hyg. 3(4): Residuos peligrosos. Reglamentacion de la Ley Decreto 831/93. Reglamentación de la Ley Nº República Argentina. SEMARNAT. Secretaria de Medio a Ambiente y recursos Naturales. /gestionambiental/calidaddelaire/pages/formatoelectronico.aspx SEMARNAT. Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Disponible en: Accedido Feb 2011 SEMARNAT-Indicadores básicos del desempeño ambiental de México, (2005). Disponible en: Accedido Feb

363 Sistema Nacional de Información Ambiental y de Recursos Naturales (SNIARN). Disponible. Accedido Marzo 2010 Sustentabilidad y medio ambiente / Environment and sustainability, Chile. Tsakona, M., Anagnostopoulou, E., Girarakos, E. (2007). Hospital waste management and toxicity evaluation. A case study. Waste Management. 27(7): Velázquez-González, M.A. (2004). Diagnóstico sobre la generación de residuos tipo CRETI en un hospital de tercer nivel. Tesis de Maestría en Ingeniería. Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería (Campo del conocimiento: Ingeniería Ambiental, Campo disciplinario: Sustancias y Residuos Peligrosos). UNAM. Octubre 28. México D.F., México. Velázquez-González, M.A., Miranda-Medina, A., Pérez-Neria, J., Villalba-Caloca, J., Durán-Domínguez-de-Bazúa, M.C. (2007). Manual sobre el uso eficiente del agua y la minimización de la generación de aguas residuales de sistemas hospitalarios. Ejemplo: Un hospital de tercer nivel / Manual on efficient use of water and wastewaters minimization in hospitals. Example: Mexico s Third level hospital. Pub. Universidad Nacional Autónoma de México, Programa de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental, Facultad de Química. México D.F. México. Velázquez-González, M.A., Pérez-Padilla, R., Fernández-Villagómez, G., Audry-Sánchez, J., Durán-Domínguez-de- Bazúa, M.C. (2010). Desarrollo de indicadores ambientales holísticos para un hospital de tercer nivel / Holistic development of environmental indicators for a third level hospital. En Memorias del VI Minisimposio Internacional de Remoción de Contaminantes de Agua, Atmósfera y Suelos. Pp Septiembre México D.F. México. Velázquez, M.A., Ramos, A., Gutiérrez, C., Solórzano, O., Villalba J., Durán, M.C. (2005). Estrategia para la generación de una base de datos sobre residuos peligrosos corrosivos, reactivos, explosivos, tóxicos e inflamables, CRETI, en unidades hospitalarias. Tecnología, Ciencia y Educación. 20(2):

364 A-H TL-4 EL COSTO PRESENTE DE LOS SERVICIOS DE AGUA Y DRENAJE SANITARIO FRENTE AL COSTO FUTURO DE ENFERMEDADES DE ORIGEN HÍDRICO EN MÉXICO. UN ANÁLISIS INTERTEMPORAL EN ZONAS RURALES PRESENT COST OF SERVICES FOR WATER AND SANITARY DRAINAGE FACING THE FUTURE COST OF WATERBORNE DISEASES IN MEXICO CITY. AN INTERTEMPORAL ANALYSIS IN RURAL AREAS Rosa Carmina Ramírez-Contreras* Licenciada en Economía por la UNAM, Profesora de Asignatura en la Facultad de Economía de la UNAM, candidata al grado de especialista en Economía Ambiental y Ecológica Miguel Cervantes-Jiménez Profesor y Jefe del Departamento de Teoría Económica y Economía Pública de la Facultad de Economía de la UNAM Ricardo López-Dibene Ingeniero Civil, Comisión Nacional del Agua. *Paseo del Cantil 55 casa 1, colonia Cantil Pedregal, Delegación Coyoacán, México D. F., México. Tel.: +52(55) y +52(55) RESUMEN El presente documento realiza un modelo econométrico de elección intertemporal para demostrar que el costo de dotar los servicios de agua apta para el consumo humano y el sistema de drenaje sanitario en las zonas rurales en el presente es menor que el costo descontado a valor presente en la atención de enfermedades de origen hídrico en el futuro en un horizonte de 25 años ( ), el valor presente neto del costo de atención de casos, para 13 estados seleccionados, en un escenario con proyecto es de 10,322 MDP (millones de pesos mexicanos) y para el resto de los estados de 14,069 MDP. En un escenario sin proyecto los valores para el mismo concepto son de 16,593 MDP para los primeros y de 27,101 MDP para los segundos, lo que genera un ahorro social de 6,271 MDP en los estados seleccionados y de 13,033 MDP para el nacional. ABSTRACT This paper performs an econometric model of intertemporal choice that can demonstrate that the cost of providing water services fit for human consumption and sanitary sewer system in rural areas at present is less than the cost discounted to present value in the attention of waterborne diseases in the future at a horizon of 25 years ( ), the net present value cost of care cases for 13 selected states, in a scenario project is 10,322 MDP and the rest of the states of 14,069 Mexican million pesos (MMP). In a scenario without the project the values for the same concept are 16,593 MMP for the first and 27,101 MMP for the second, creating a social savings of 6,270 MMP in the selected states and 13,033 MMP for the country. 364

365 Palabras claves: Modelación econométrica, elección intertemporal, salud, enfermedades de origen hídrico, agua Key Words: Econometric modeling, intertemporal choice, health, water-borne diseases, water INTRODUCCIÓN En 2005, el 7.8 millones de personas (36 %) en localidades rurales (con población menor a 2,500 habitantes) no disponían de servicio de agua en la vivienda y 19.3 millones carecía de drenaje (86%) (INEGI, 2005). Existe una causalidad entre la falta de agua y su calidad, así como del saneamiento con la salud; la carencia de estos servicios conlleva a la aparición de una gama de infecciones y enfermedades de origen hídrico características de áreas subdesarrolladas y marginadas en las que no se tiene accesos a los servicios. Se estima que en México el 35% de la carga total de enfermedades tiene su origen en factores ambientales (S.S. 2006). La ocurrencia de estos padecimientos implica un alta mortalidad, estimando en 1.8 millones de decesos anuales (OMS, 2004), de los cuales el 90% recae en niños menores de cinco años; del total, el 88% se producen por abastecimiento de agua insalubre y deficientes sistemas de saneamiento e higiene; así como elevados costos en su tratamiento. Los estudios realizados desde el punto de vista hidráulico como Costo, Valor y Precio del Agua en México, de la Comisión Nacional del Agua, CONAGUA (2000) y The Economic Value of Water de Gibbons, D. (1986) se han centrado en estimar el valor económico del agua para los usos de consumo doméstico, agrícola e industrial. Cabe mencionar que el 2 Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo denomina uno de sus capítulos Valorar y cobrar el agua (Naciones Unidas, 2006). Desde la óptica de salud, el análisis de costos es en torno a enfermedades concretas, y las consecuencias e impacto en regiones o comunidades específicas; más ampliamente, existen estudios en donde se abordan los padecimientos por grupo, evaluándose tanto los costos como las consecuencias en términos de la salud misma, sin trascender el ámbito de la salud, ni valorar el impacto en un contexto social; de éstos se pueden citar los estudios realizados por la OMS (2003) y por Nigenda et al. (2002). En ambos estudios se hace referencia sobre el acercamiento a la valoración de daños a la salud relacionados con la mala calidad del agua y las deficiencias sanitarias. Por otro lado, existen investigaciones orientadas a estimar costos para el tratamiento de las enfermedades de transmisión vectorial, o en regiones específicas; sobresaliendo el estudio de Marañón (2007). Por estas razones, el objetivo de este documento es demostrar que el costo de dotar los servicios de agua apta para el consumo humano y el sistema de drenaje sanitario en las zonas rurales, es menor, que el costo descontado a valor presente en la atención de enfermedades de origen hídrico que puedan causar a futuro. METODOLOGÍA Elección intemporal y modelo econométrico Se utiliza la teoría de las externalidades para predecir que el uso de inversión pública destinada al agua, permitiría internalizar los costos de las enfermedades de origen hídrico provocadas por no contar con los servicios de agua y drenaje conectado a la red en las zonas rurales del país, así como describir las condiciones para demostrar que el costo de la introducción de agua entubada en el presente es menor que el costo de la atención de enfermedades de origen hídrico en el futuro. La falta de agua con calidad y cantidad requerida para consumo humano, genera como una externalidad, enfermedades de origen hídrico para los habitantes de las comunidades; esto ocasiona un costo social por uso de recursos públicos orientados al tratamiento de dichas enfermedades, sin dejar de reconocer como los principios de Dublín que el agua es 365

366 un bien económico (Cervantes, 2006). Asimismo, la inadecuada disposición de las aguas residuales generadas, produce focos de contaminación y propagación de plagas transmisoras de enfermedades. El modelo econométrico desarrollado utiliza información estadística relativa a los habitantes con disponibilidad de agua entubada y drenaje conectado a la red pública en las localidades rurales a partir del XII Censo General de Población y Vivienda (INEGI, 2000), así como en el Segundo Conteo de Población y Vivienda (INEGI, 2005), con la cual se establece la dimensión del rezago de los servicios en las zonas rurales del país. Las consecuencias por la carencia de los servicios en las localidades rurales proceden de las estadísticas del Sistema Único de Información para la Vigilancia Epidemiológica sobre los casos presentados por tipo de padecimiento en el período Para determinar el valor de no tener los servicios y de atención a los casos de las enfermedades, se utilizan los Costos Estimados Para Proyectos de Infraestructura Hidráulica Versión 2004 (CONAGUA, 2004) y la Estimación del Valor Económico de Reducciones en el Riesgo de Morbilidad y Mortalidad por Exposiciones Ambientales (Nigenda et al., 2002). Dicha información nutre el modelo de elección intertemporal en un horizonte de proyección de 25 años ( ), determinándose las necesidades de la infraestructura de agua y drenaje, así como los casos de enfermedades a presentarse en dos escenarios: uno con proyecto y otro sin él. El modelo de elección intertemporal, presume que el número de casos de enfermedades de origen hídrico (EOH) acumulados en los veinticinco años estimados tienen una relación inversa con las personas con dotación del servicio de agua y de drenaje en el presente (A y D), con lo que se puede expresar como EOH = f (1/(A y D)). Asimismo, el ahorro social Ss en una situación con proyecto para los 13 estados seleccionados, es la diferencia entre el valor presente del costo neto en salud en una situación con proyecto VPcp y el valor presente del costo neto en salud en una situación sin proyecto VPsp. El rezago de los servicios de agua y drenaje en las zonas rurales del país En el 2000 la población rural representaba el 25.4% del total (INEGI, 2000) y en el 2005 el 23.5% (INEGI, 2005). Los 13 estados que tienen una estructura poblacional mayoritariamente rural son Chiapas, Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, México, Michoacán, Oaxaca, Puebla, San Luís Potosí, Sinaloa, Tabasco y Veracruz debido a que concentran poco más de 18 millones de personas (78.3 % del total) asentadas en poblaciones rurales. La dispersión poblacional que se presenta en las localidades rurales es notable, de 187,938 localidades censadas, 137,505 tienen de 1 a 99 habitantes y albergan al 10.1% de la población rural; las localidades de 100 a 499 habitantes albergan al 32.5%; las localidades de 500 a 2,499 habitantes representan el 57.4 %. Los dos últimos rangos de localidades son la población objetivo del estudio, representa el 89.9 % de la población rural total (INEGI, 2005). En el 2005 el 66.6% de los habitantes en las localidades rurales contaban con agua entubada en el ámbito de la vivienda. El rezago de disponibilidad de agua era de 7.8 millones de personas (INEGI, 2005). En los 13 estados seleccionados, la población total en 2005 era de millones de personas de las que el 31% se ubica en el medio rural, la cobertura de agua es el 64 % y de drenaje es del 19 %. Con base en los Costos Estimados para Proyectos de Infraestructura Hidráulica (CONAGUA, 2004) se calcularon los costos promedio para cada estado y para cada servicio, en función del tamaño de localidad. Los efectos del rezago: Las enfermedades de origen hídrico Para la OMS el agua y la salud son dos elementos íntimamente relacionados que se condicionan uno al otro, lo que necesariamente nos lleva al círculo vicioso entre pobreza y mala salud. El Informe sobre la Pobreza Rural (FIDA, 2001), menciona que la malnutrición, el saneamiento insuficiente, la mala calidad del agua para consumo humano y una menor probabilidad de atención médica son características básicas de la condición socioeconómica de alrededor de mil millones de personas en el mundo que viven en condiciones de pobreza extrema y que tres cuartas partes viven y trabajan en zonas rurales. Hinrichsen et al. (1998) a nivel mundial relatan 2,300 millones de casos de enfermedades relacionadas con el agua, siendo causa de alta mortandad cada año. Asimismo, menciona que el 60% de la mortalidad de 366

367 niños menores de un año se relaciona con enfermedades infecciosas y parasitarias, vinculadas mayoritariamente con el agua. Por su parte, Marañón (2007) señala que en nuestro país el rezago en la disminución de la mortandades todavía es considerable en las zonas rurales, ya que el riesgo de morir por diarrea en estas zonas para la población es cinco veces mayor que en las zonas urbanas, mientras que la diferencia es ocho veces mayor en niños menores de cinco años. Con base en la Información Epidemiológica. Compendio de Anuarios de Morbilidad (SS, 2007), se seleccionaron 21 enfermedades relacionadas con el agua así como los casos presentados en el período por entidad federativa, que fue la base para proyectar hasta el En el período analizado se registraron 64.8 millones de casos a nivel nacional de los cuales el 56.3% se localizaron en los 13 estados seleccionados. La incidencia de casos por año se determinó con los casos reales de los datos de salud entre la población susceptible, para el periodo , se calculó la probabilidad de ocurrencia de casos promediando el porcentaje de incidencia de casos por año de 1997 a 2005, ubicándose la misma en 21.7% anual para el nivel nacional y 25.3% anual para los 13 estados seleccionados, a lo que se denominó factor de riesgo. Según Marañón (2007), la COFEPRIS propone una fracción atribuible diarrea/agua de 50% y sostiene que no hay una estimación rigurosa al respecto. En los costos sólo se consideraron los casos de morbilidad, excluyéndose las defunciones. Como se mencionó, la base de los cálculos para la estimación de costos fue el trabajo de Nigenda et al. (2002), quienes presentan una estimación de costos para las enfermedades de origen hídrico, información sobre la cual se realizó la proyección de costos cuya base corresponde a estimaciones anuales realizadas por la S.S. en el 2006 y por FUNSALUD, para intervenciones tanto preventivas como curativas, e incluyen costos fijos y variables. El costo total para atender los casos proyectados hasta 2030 fue de 34,880 MDP a precios de 2005, con promedio anual de 1,395 MDP y de $ por persona. Cabe señalar, que los casos considerados corresponden a una situación con proyecto, es decir considerando un incremento en la cobertura de los servicios de agua entubada y drenaje conectado a la red, situación que refleja una disminución de 2.5 millones de casos menos a los presentados en el período El costo de no contar con los servicios El modelo de elección intertemporal se basa en la proyección de la población que requerirá de los servicios en un horizonte de 25 años ( ) y el número de casos probables de ocurrencia en los 13 estados seleccionados. La cuantificación de los costos se realiza a partir de dos escenarios: uno con proyecto, es decir, con el planteamiento de una política de incremento en la cobertura de agua y drenaje en las zonas rurales, la población objetivo se alcanza en el último año de la serie y otro sin proyecto, lo que implicaría el mantener las coberturas con el mismo porcentaje presentado en el A partir de las tasas anuales definidas por el Consejo Nacional de Población (2001) para las localidades y municipios para el periodo , se calculó la población al año del proyecto tomando como base de partida los ocupantes en viviendas particulares en las localidades rurales con el uso de una regresión polinomial de segundo grado. Los rangos mínimos de población para determinar la cobertura de los servicios (de 100 para el agua y 500 para el drenaje), son función de la factibilidad económica para su introducción ya que a más habitantes, menos costo per cápita. Así la tasa de incremento de la cobertura para agua (Ta) y drenaje (Td) estatal se determinó por la diferencia entre la población objetivo con agua (Oa) y drenaje (Od), y la población con agua (Pa) y drenaje (Pd) en 2005, en el período del proyecto, en este caso de n años. A partir de los costos promedio de la infraestructura calculados con información de la CONAGUA, se determinó la inversión per cápita como una función exponencial del tamaño medio de la localidad, para agua Ia = 8.963*La y drenaje Id= *Ld

368 In i 13 j 1 ( Pn i * Ta* Ia Pn VPp Inp 25 i i i 1 (1 r) i * Td * Id ) j La inversión per cápita para cada servicio conjuntamente con la tasa de crecimiento anual para agua y drenaje en cada estado (j) y durante los 25 años del proyecto (i), da como resultado la inversión anual en infraestructura (In), descontada por la tasa de interés real (r) de 5%. La población susceptible a contraer enfermedades (Pse) es la que carece de servicios de agua y drenaje (Pss), si carecen de ambos servicios el riesgo es de 100% mientras que si cuentan con agua (Psa), el riesgo es de 50%; para su proyección se partió de la población que no contaba con agua entubada en la vivienda y drenaje conectado a la red en Pss = Pn*(1-(Pa*Ta*N)) Pse = 0.5*Psa +Pss Para determinar la incidencia de casos se correlacionó la población susceptible tanto en el medio rural como en el urbano y comparándolo con el total de casos de 1997 a 2005, para ello se determinó la regresión polinomial que representa la incidencia de casos en el medio rural en donde: n es el año. Ir = *n *n , A partir del costo promedio de atención por caso (Ca) de $ a precios de 2005, se calculó el costo anual por atención de casos por entidad federativa (Cs) como el producto de la población susceptible (Pse) por el factor de riesgo (Fr), la incidencia de casos en el medio rural (Ir) y el costo promedio por cada caso, Cs = Pse*Fr*Ir*Ca. A partir de éste costo se derivó el costo total anual de atención de casos en cada estado (Cat), para los 13 estados seleccionados (j) durante los 25 años del proyecto (i) y para el ámbito nacional. Al costo anual de atención se le descontó la tasa de interés real (r) de 5% y se le restó la inversión anual en infraestructura a valor presente, lo que derivó en el costo neto en salud en un escenario con proyecto (Cnp) para los 13 estados seleccionados y para el ámbito nacional. El mismo procedimiento desarrollado para la integración del modelo se aplicó en un escenario sin proyecto, en el cual no se contempla un crecimiento en la cobertura de los servicios en el período de tiempo considerado. El ahorro social (Ss) resulta de restar el costo neto en salud en una situación con proyecto al costo neto en salud arrojado en una situación sin proyecto a valor presente. Ss VPcp VPsp i i i i i 1 ( 1 t) i 1 (1 t) Al comparar las dos situaciones, la disminución de casos que se genera a partir de la introducción de los servicios, en el tiempo se convierte en un ahorro social. El efecto expansivo de la inversión en los servicios de agua y drenaje en las zonas rurales se demuestra: por menor que sea el número de habitantes beneficiados, el impacto siempre será mayor que el efecto de no tenerlos, traducido en enfermedades originadas por su carencia. La función β = *α *α , corrobora que entre mayor sea la cobertura de la demanda de servicios de agua y saneamiento (α), menor será el número de casos de Cnp Cns 368

369 enfermedades en el futuro (β), si existe la voluntad gubernamental de atender el rezago acumulado de los servicios de agua y drenaje en las zonas rurales del país. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Como se muestra en la Tabla 1, el valor presente neto del costo de atención de casos, para los 13 estados en un escenario con proyecto es de 10,322 MDP y para el resto de los estados de 14,069 MDP. En un escenario sin proyecto los valores para el mismo concepto son de 16,593 MDP para los 13 estados y 27,101 MDP para el nacional, lo que genera un ahorro social de 6,271 MDP en los estados seleccionados y de 13,033 MDP para el nacional, con lo que la hipótesis se cumple. Tabla 1. Valor presente neto del costo de atención de las enfermedades de origen hídrico Concepto Escenario con Escenario sin proyecto proyecto Ahorro social (Millones de pesos MDP) Nacional Nacional Estados Estados Estados Nacional Valor presente de la infraestructura de agua y drenaje 9,233 10,821 3,162 4,822 Valor presente del costo de atención de casos 19,555 24,890 20,048 32,251 Valor presente neto del costo de atención de casos 10,322 14,069 16,593 27,101 Ahorro social 6,271 13,033 CONCLUSIONES El planteamiento que origina este documento es atacar desde la causa el origen de las enfermedades causadas por la carencia de infraestructura adecuada para propiciar mejores condiciones de vida de la población. La intervención del Estado para resolver la problemática que se genera se hace necesaria mediante la canalización de recursos públicos para subsanar las carencias y demanda en la materia. Centrar el estudio en las 13 entidades federativas que absorben más de las tres cuartas partes de la población rural en el país como las que en conjunto presentan, en igual proporción, la mayor cantidad de habitantes sin servicio de agua y drenaje conectado a la red, indica que las acciones de gobierno orientadas a resolver la carencia de los servicios en estos estados tendrían un gran impacto en la salud de los habitantes y en el futuro, en la generación de un ahorro social que podría destinarse a la atención de otras demandas. Con la propuesta que se presenta los habitantes beneficiados con la ampliación de las coberturas serían de 229 mil habitantes con agua y 331 mil habitantes con drenaje en los 13 estados considerados por año, durante 25 años. La realización del proyecto que implica cubrir la demanda requerida de agua entubada en las localidades rurales de 100 a habitantes en los 13 estados seleccionados, significa un beneficio directo a 5.7 millones de habitantes en el periodo, equivalentes a un promedio de 229 mil habitantes por año. En el ámbito nacional, el impacto sería sobre 6.3 millones de personas incorporadas, que representan un promedio de 251 mil habitantes año; ello significa que atender el requerimiento de infraestructura en los 13 estados representa el 91.2% del beneficio nacional en materia de agua. Comparativamente para la infraestructura de drenaje pero en localidades rurales de 500 a 2499 habitantes, en los 13 estados en estudio el proyecto arroja un beneficio directo a 8.3 millones de habitantes en el periodo, que representa un promedio anual de 331 mil habitantes atendidos. A nivel nacional, los trece estado representan el 79.6% de las metas, es 369

370 decir, existe un beneficio directo a 10.4 millones de personas en los 32 estados que equivale a un promedio de 416 mil habitantes por año. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cervantes J. M Consumo de Agua. Un enfoque microeconómico. Conferencia dictada en la Facultad de Economía de la UNAM el 27 de mayo México D.F. México. Comisión Nacional del Agua Subdirección General de Programación, Gerencia de Estudios para el Desarrollo Hidráulico Integral: Costo, Valor y Precio del Agua en México. México. D.F. México. Consejo Nacional de Población Proyecciones de Población México, D.F. México. Gibbons, D The Economic Value of Water. A study from Resources for the Future Washington. D.C. EEUU. Hinrichsen, D., Robey, B, Upadhyay, U. D Population Information Program Center for Communication Programs. The Johns Hopkins University, School of Public Health: Population Reports, XXVI:1, September. EEUU. Marañón, P. B Los costos económicos en salud asociados al deficiente servicio de agua potable: el caso de las enfermedades diarreicas en México. Centro del Tercer Mundo para el Manejo del Agua. México, D.F. México. Naciones Unidas El agua, una responsabilidad compartida. 2 Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo. Resumen Ejecutivo. México D.F. México. Nigenda, G., Cifuentes, E., Duperval, P. A Estimación del Valor Económico de Reducciones en el Riesgo de Morbilidad y Mortalidad por Exposiciones Ambientales. Instituto Nacional de Ecología. Dirección General de Investigación en Política y Economía Ambiental. México, D.F. México. OMS La carga de enfermedad y los estimados de costo-eficacia. Organización Mundial de la Salud, Ginebra, Suiza. OMS Relación del Agua, el saneamiento y la higiene con la salud actualización de noviembre de Organización Mundial de la Salud, Ginebra, Suiza. S.Sa Información Epidemiológica. Compendio de Anuarios de Morbilidad Dirección General de Epidemiología. Secretaría de Salud. México, D.F. México. S.Sa Las Cuentas en Salud en México Subsecretaría de Innovación y Calidad. Dirección General de Información en Salud. Secretaría de Salud. México, D.F. México. 370

371 A-H TL-5 EL AGUA POTABLE ENDULZADA CON AZÚCAR O FRUCTOSA O EDULCORANTES ARTIFICIALES: PRUEBAS CON SISTEMAS MODELO DE LABORATORIO DRINKING WATER SWEETENED WITH SUGAR OR FRUCTOSE OR ARTIFICIAL SWEETENERS: STUDIES WITH LABORATORY MODEL SYSTEMS Mauricia Betzabeth Guzmán-Gómez¹* Laboratorio 301,302 y 303 de Química Química Ambiental y de Química Ambiental, Conjunto E. Facultad de Química de la UNAM. Pas de Licenciatura en Química de Alimentos, Facultad de Química, UNAM Diana Jiménez-Pineda¹, Sonia Gabriela Carrillo-Núñez¹, Rolando Salvador García-Gómez¹, Gerardo Salas-Garrido 2, Lucía Macías-Rosales 3, María Isabel Gracia-Mora 3, Nimbe Torres- Torres 4, Armando Tovar-Palacio 4, Guillermo Ordaz-Nava 4, María del Carmen Durán- Domínguez-de-Bazúa¹ (1) Laboratorios 301, 302 y 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental del Conjunto E de la Facultad de Química, UNAM. Paseo de la Investigación Científica S/N, México D.F. Tel. 01 (55) Fax 01 (55) E.mail.-* (2) Depto. de Patología, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia. UNAM, México D.F. México (3) Unidad de Experimentación Animal, UNEXA. Conjunto E. Facultad de Química, UNAM. Paseo de la Investigación Científica S/N, México D.F. México (4) Depto. de Fisiología de la Nutrición, Área de Nutriología Molecular, INCMNSZ, Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Subirán. Vasco de Quiroga No. 15. Col. Sección XVI, Del. Tlalpan México D.F., México RESUMEN El agua es necesaria para las funciones metabólicas del organismo. Sin embargo, los seres humanos han adicionado saborizantes al agua para enmascarar sabores desagradables. Esto ha llevado a implicaciones nutrimentales y metabólicas provocadas en el organismo por los edulcorantes calóricos e hipocalóricos que son empleados como azucares en la elaboración de bebidas carbonatadas. En esta investigación se estudiaron 7 sistemas (azúcar, fructosa, aspartame, sucralosa, acesulfame de potasio, sacarina y mezcla 50%:50% de acesulfame de potasio y aspartame) y uno como control, agua sin ningún edulcorante, empleando modelos animales de laboratorio. Todos los lotes tuvieron 15 especímenes (n=15). Al finalizar el tiempo de experimentación de 288 días (3, 6, 9 meses), se llevó a cabo la eutanasia de manera humanitaria, con la finalidad de colectar el fluido sanguíneo y los órganos para su posterior análisis histológico. El suero sanguíneo fue recuperado y utilizado para medir la concentración de colesterol, triglicéridos, glucosa e insulina. Adicionalmente, se extrajeron algunos órganos, entre ellos el hígado para realizar la cuantificación y expresión de los genes de la proteína de unión al elemento de respuesta de hidratos de carbono (Carbohydrate responsive element-binding protein, ChREBP, por sus siglas en inglés) y proteína de respuesta de unión a esteroles (Sterol regulatory element-binding protein 1 SREBP 1, por sus siglas en inglés). Los resultados de las pruebas de colesterol, triglicéridos, insulina y glucosa realizadas en suero sanguíneo mostraron que ningún grupo se encontró por 371

372 arriba de los límites máximos permisibles para estos niveles. Esto podría indicar que los edulcorantes en estudio no son un riesgo para el padecimiento de enfermedades crónicas degenerativas al ingerirlos por tiempos prolongados. Adicionalmente, se determinaron la expresión de 2 genes (ChREBP y SREBP-1) ya que en los últimos años se han estudiado y se ha demostrado que estos genes son expresados debido a la alta concentración de glucosa e insulina y son vectores importantes de la lipogénesis y de la síntesis de triglicéridos, debido a que al registrar altas concentraciones de glucosa e insulina el metabolismo generaría las reservas a través del aumento de los adipositos y estos genes se expresan para evitar que se almacenen como grasa en los tejidos. Esto hace que sean consumidos como energía. Estudios realizados han demostrado que sólo el 50% de estas reservas son utilizadas como energía y el 50% restante se almacena como tejido graso. Este experimento mostró que los edulcorantes hipocalóricos son los causantes del incremento de masa corporal incrementando las reservas grasas a partir de la modificación del metabolismo de los alimentos ingeridos ya que los edulcorantes hipocalóricos no aportaban kilocalorías. Los grupos que expresaron más el gen SREBP 1 fueron los de mezcla, acesulfame y sucralosa a los 3, 6 y 9 meses, mientras que los grupos que presentaron la menor expresión de este gen fueron los grupos de sucralosa, fructosa y sacarosa, respectivamente, a los 3, 6 y 9 meses. Para el gen del ChREBP, los grupos que presentaron la mayor expresión fueron los grupos de mezcla, sacarosa y aspartame a los 3,6 y 9 meses. Los grupos que presentaron la menor expresión fueron, por un lado los de la sucralosa a los 3 y 6 meses y los de la fructosa a los 9 meses. Los estudios continúan para obtener más resultados. ABSTRACT Water is vital for the metabolic functions of the organism. However, human beings add sweeteners to water to mask undesirable flavors. This practice has provoked nutritional and metabolic consequences to the organism when caloric and hypocaloric sweeteners are added to carbonated soft drinks. In this research, 7 lots (sugar, fructose, aspartame, sucralose, potassium acesulfame, saccharin, and a 50%-50% mixture of potassium acesulfame and aspartame) plus a control lot control that received water without any sweetener were studied. All the lots had 15 specimens (n=15). When finalizing the time of experimentation of 288 days (3, 6, 9 months), euthanasia in a humanitarian way was carried out, in order to collect the sanguineous fluid and the organs for their histological analysis were removed. Blood serum was collected and used to measure cholesterol, triglycerides, glucose, and insulin concentrations. From the organs extracted, liver was used to study cells response to carbohydrates through the proteins of gens: ChREBP (Carbohydrate responsive element-binding protein) and sterol regulatory element-binding protein, SREBP-1. Results of cholesterol, triglycerides, insulin, and glucose tests showed that none of the studied groups was above the maximum permissible limits. These results might indicate that the ingestion of these sweeteners for a long time does not convey a potential risk for degenerative chronic diseases. For the expression of the two genes (ChREBP and SREBP-1), that respond to high concentrations of glucose and insulin, and are important vectors of the lipogenesis and the synthesis of triglycerides, when high concentrations of glucose and insulin are present, they induce the metabolism to generate reserves in the form of adiposites. Studies have demonstrated that only 50% of these reserves were used as energy and the other 50% were stored as fat tissue. These experiments showed that hypocaloric sweeteners caused an increase of corporal mass, through the modification of the metabolism of the ingested feedlot since these hypocaloric sweeteners have very few kilocalories. The groups that expressed more the SREBP - 1 gen, were those with the mixture of sweeteners, acesulfame and sucralose respectively, at the 3, 6, and 9 month periods, whereas the groups that presented the smaller expression of this gen were the groups of sucralose, fructose, and sugar cane, respectively, at 3, 6, and 9 months. For the gen of the ChREBP, the groups that presented the higher expression were the ones with the mixture of sweeteners, sugar cane, and aspartame respectively, at 3, 6, and 9 months, whereas the groups that displayed the less expression were, on one side, the group of sucralose, at 3 and 6 months, whereas the fructose group presented the smaller expression of this gene at 9 months. Further studies are in course to find more results. Palabras clave: Edulcorantes en agua potable, colesterol, glucosa, insulina, triglicéridos, genes Keywords: Sweeteners in drinking water, cholesterol, glucose, insulin, triglycerides,gens 372

373 INTRODUCCIÓN En México, debido a la falta de seguridad en la inocuidad del agua, la población comenzó a beber refrescos, como se les conoce a las bebidas gaseosas embotelladas. Esta práctica se ha generalizado y, aparentemente, ha conllevado el aumento del sobrepeso y la obesidad. Ésta última es una enfermedad crónica de etiología multifactorial. En términos generales, se define como el exceso de grasa (tejido adiposo) en relación con la masa corporal (erróneamente conocida como peso). Se observa un incremento en la obesidad a nivel mundial, así como un aumento de las enfermedades degenerativas como la diabetes tipo 2, los problemas cardiovasculares y la concentración en los niveles de triglicéridos y colesterol, entre otros (Bárcenas-Ochoa, 2009). En México, el 70% de la población adulta sufre de sobrepeso y obesidad (Kauffer y col., 2000). Además, en los últimos 7 años ( ) entre los niños de 5 a 11 años creció 40% este problema, mientras que la cintura promedio de las mujeres en edad fértil aumentó 10 centímetros en ese periodo (Calvillo y col., 2007). En el hígado, la isoforma de la proteína conocida como sterol regulatory element-binding protein, SREBP-1c, por sus nombre y siglas en inglés, participa en la inducción transcripcional por insulina de la glucoquinasa, que es necesaria para la utilización hepática de la glucosa. La fluctuación en los niveles de insulina en la transición del estado de ayuno a la ingesta provoca que el hígado adapte su metabolismo de gluconeogénesis/cetogénesis a glucólisis/lipogénesis. La participación de SREBP1c en la síntesis de colesterol es minoritaria, pero interviene en la captación de ácidos grasos de baja densidad, LDL (por sus siglas en inglés), regulando directamente la expresión del receptor de LDL. La proteína carbohydrate responsive element-binding protein, ChREBP, por su nombre y siglas en inglés, se expresa en hígado, riñón, cerebelo e intestino, aunque sólo en el hígado se ha podido detectar su unión al elemento de respuesta a la glucosa (Vernia-Mirrales, 2007). La secreción de algunas hormonas es modulada por la concentración de metabolitos específicos de la sangre, como por ejemplo, la liberación de insulina por el páncreas es estimulada cuando el nivel de glucosa en la sangre se eleva (Voet y Voet, 2006). OBJETIVO Evaluar, mediante pruebas bioquímicas y de expresión de genes (ChREBP y SREBP-1), las alteraciones metabólicas provocadas por la ingesta crónica de edulcorantes calóricos e hipocalóricos suministrados en solución ad libitum en un animal modelo (ratas macho de la cepa Wistar ) en su agua potable, manteniendo la composición de las dietas balanceadas adicionadas de la misma manera ad libitum. METODOLOGÍA La metodología seguida en esta investigación fue la propuesta por Jürgens y colaboradores (2005) y por González- Filomeno (2007), Martínez et al. (2010) y Martínez-Tinajero et al. (2007, 2008), con algunas modificaciones. Se tuvieron 8 lotes de animales modelo, ratas Wistar macho recién destetadas, las cuales recibieron alimento y agua ad libitum. Los ocho lotes recibieron el agua potable endulzada con azúcar, fructosa, aspartame, sucralosa, acesulfame de potasio, sacarina y mezcla 50:50 de acesulfame de potasio y aspartame y un lote control con solamente agua potable sin endulzar. La metodología seguida se presenta en la literatura (Guzmán-Gómez y Jiménez-Pineda, 2009; Salinas-Rivera, 2009). La eutanasia se llevó a cabo mediante adormecimiento con CO 2 y decapitado con una guillotina a los 5 especímenes de cada uno de los 8 grupos a los 3, 6 y 9 meses. Tras la eutanasia se colecto la sangre para ser centrifugada a 3000 rpm durante 10 min y obtener el suero sanguíneo, congelando los sueros a -72ºC para una posterior determinación de la concentración de glucosa, insulina, triglicéridos y colesterol con ayuda del personal del laboratorio de fisiología de la nutrición del Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán. La extracción de órganos como el hígado congelado a -72ºC para evitar la degradación de RNA, se realizó con el objetivo de medir la expresión de dos genes (carbohydrate responsive element-binding protein, ChREBP, por sus siglas en inglés) y proteína de respuesta de unión a esteroles (sterol regulatory element-binding protein 1 SREBP 1, por sus siglas en inglés), por medio de la técnica de la reacción en cadena de polimerasa en tiempo real (Polymerase Chain Reaction, PCR, por sus siglas en inglés). Esta técnica también se realizó bajo la asesoría del Depto. de Fisiología de la Nutrición del INCMyNSZ (Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán ). 373

374 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Concentración de triglicéridos en suero sanguíneo En la Figura 1 se presentan los datos obtenidos para la concentración de triglicéridos durante los 288 días de experimentación durante los 3, 6 y 9 meses experimentales. Se aprecia que ningún edulcorante consumido superó los límites máximos permisibles que fueron de 200mg/dL. Se puede ver que, en general, durante los 3 y 6 meses la concentración de triglicéridos se incrementa. Sin embargo, para el periodo de los 9 meses no hay tal incremento. Se piensa que esto es debido a que una de las características de la cepa de ratas Wistar, cuando entra en una etapa de madurez, las ratas tienden a auto- regular su metabolismo (Torres et al., 2011). Para el lapso de 0 3 meses el grupo que presentó el valor más alto fue el de la sacarina ( mg/dl), seguido del grupo de fructosa ( mg/dl) y los de menor concentración fueron los grupos de sucralosa (84.55 mg/dl) y de sacarosa ( mg/dl). Para el período de 3 6 meses, los valores más altos fueron presentados por el grupo que ingirió la mezcla acesulfame-aspartame ( mg/dl), seguidos por los del grupo de la fructosa ( mg/dl). Los de menor concentración fueron los especímenes del grupo control ( mg/dl), así como los del grupo de la sacarina ( mg/dl). Para el lapso de 6 9 meses el grupo que tuvo los valores más altos fue el de la mezcla acesulfame-aspartame (130.11mg/dL), seguidos del grupo que ingirió sacarosa ( mg/dl), mientras que los de menor concentración fueron los de los grupos de aspartame (64.99 mg/dl) y de sacarina (71.60 mg/dl). Los triglicéridos funcionan como un almacén de energía metabólica. Los adipositos (células grasas) están especializados en la síntesis y almacenamiento de triglicéridos y pueden estar completamente rellenos de glóbulos grasos. El tejido adiposo se presenta en mayor abundancia en una capa subcutánea y en la cavidad abdominal (Voet y Voet, 2006). Figura 1. Concentración promedio de triglicéridos en sangre por cada grupo de edulcorantes a los 3,6 y 9 meses (valor normal 200 mg/dl triglicéridos) Concentración de colesterol en suero sanguíneo La Figura 2 presenta los datos de concentración de colesterol durante los 288 días de experimentación. Como en el caso anterior, ninguno de los grupos de especímenes en estudio superó los límites máximos permisibles, que son de mg/dl. Se puede apreciar que, en general, durante los 3, 6 y 9 meses hubo un incremento de la concentración. Para el lapso de 0 3 meses, los grupos que presentaron los valores más altos de la concentración de colesterol fueron para el grupo que consumió la mezcla de edulcorantes (92.06 mg/dl), seguido del grupo de la sacarina (90.63 mg/dl), mientras 374

375 que los grupos que presentaron las concentraciones menores fueron los grupos control (74.59 mg/dl) y el de la sacarosa (64.78mg/dL). Para el período de 3 6 meses los grupos que presentaron los valores más altos fueron los especímenes del grupo de fructosa (93.84 mg/dl), seguido del grupo del acesulfame de potasio (91.59 mg/dl). Los grupos que presentaron las concentraciones menores fueron el de la sacarosa (79.68 mg/dl) y el de la mezcla de edulcorantes (78.41 mg/dl). Para el lapso de 6 9 meses los grupos que presentaron los valores más altos fueron los de la fructosa ( mg/dl), seguido del grupo de acesulfame de potasio (96.61 mg/dl). Los valores menores fueron para el grupo de la sacarosa (83.47 mg/dl) y el de la sacarina (79.82 mg/dl). El colesterol es un constituyente vital de las membranas celulares y es el precursor de las hormonas esteroides y de los ácidos biliares. Es claramente esencial para la vida, aunque su deposición en las arterias ha sido asociada con enfermedades del corazón y ateroesclerosis, dos causas destacadas de muerte en los humanos. En un organismo sano se mantiene un balance intrincado entre la biosíntesis, empleo y transporte del colesterol, manteniendo su depósito en valores mínimos (Voet y Voet, 2006). Sin embargo, ningún grupo excedió el límite señalado para este tipo de animales modelo y las diferencias no son estadísticamente significativas (p<0.05). Figura 2. Concentración promedio de colesterol en sangre por cada grupo de edulcorantes a los 3,6 y 9 meses (valor normal mg/dl colesterol) Concentración de glucosa en suero sanguíneo Los datos de concentraciones de glucosa en suero sanguíneo están mostradas en la Figura 3. Nuevamente, ningún grupo superó los límites máximos que pudieran indicar el inicio de algún padecimiento. Estos límites son de g/l. Para el lapso de 0 3 meses el grupo que presentó el valor más alto fue para la mezcla de edulcorantes (1.16g/L), seguido del grupo de fructosa (1.09g/L): Los que tuvieron las concentraciones menores fueron las ratas del grupo de acesulfame de potasio (0.974g/L) y las del de sucralosa (0.977g/L). Para el período de 3 6 meses el grupo que presentó el valor más alto correspondió a los que ingirieron agua con la mezcla de acesulfame y aspartame (1.33g/L), seguidos del grupo de sacarosa (1.21g/L). Los que presentaron los valores más bajos fueron el grupo control (0.90g/L) seguido del grupo de la mezcla (0.92g/L). Para el lapso de 6 9 meses el grupo que presentó los valores más altos correspondió a los animales del grupo de la sacarosa (1.05g/L), seguido del grupo de acesulfame de potasio (0.99g/L), mientras que 375

376 los que presentaron la concentraciones prácticamente iguales fueron los de los grupos de mezcla (0.926g/L) y de sucralosa (0.927g/L). Figura 3. Concentración promedio de glucosa en sangre por cada grupo de edulcorantes a los 3,6 y 9 meses (valor normal g/l glucosa) Concentración de insulina en suero sanguíneo En la Figura 4 se tienen los datos de concentración de insulina en suero sanguíneo durante los 288 días de experimentación. Nuevamente, ningún grupo superó los límites máximos permisibles para presentar algún padecimiento ( ng/ml). Para la primera etapa, de 0 3 meses, los animales de los grupos que mostraron los valores más altos fueron los de la mezcla de edulcorantes (1.016 ng/ml), seguidos por lo del grupo de la sacarina (0.869 ng/ml). Para las concentraciones más bajas se tuvieron los datos de los especímenes de los grupos de aspartame (0.411ng/mL) y de sucralosa (0.346 ng/ml). Para el lapso de 3 6 meses, la ingestión de sacarosa hizo que los valores más altos fueran para este edulcorante (1.269 ng/ml), seguido del grupo de la fructosa (1.148 ng/ml). Los grupos de acesulfame de potasio (0.729 ng/ml) y el control (0.637 ng/ml) dieron los valores más bajos. Para el período de 6 9 meses los grupos que presentaron los valores más altos fueron los de la sacarosa (1.045 ng/ml), seguidos del grupo de la sucralosa (1.002 ng/ml). Los que tuvieron los valores menores fueron los grupos de sacarina (0.558 ng/ml) y de aspartame (0.405 ng/ml). La secreción de algunas hormonas es modulada por la concentración de metabolitos específicos. Por ejemplo, la liberación de insulina por el páncreas es estimulada cuando el nivel de glucosa en la sangre se eleva (Voet y Voet, 2006). Expresión relativa del gen ChREBP En las Figuras 5a, b, c se muestran las gráficas de la determinación de los genes de la proteína de unión al elemento de respuesta de hidratos de carbono (ChREBP por sus siglas en inglés), el ChREBP parece actuar como modulador central de las concentraciones del ácido graso en el hígado, controlando la mayor parte del programa lipogénico (C-RNA, FAS, SCD-1), la síntesis de TG (en el nivel de la aciltransferasa del fosfato del gliceraldehído 3) y, potencialmente, proteínas de muy baja densidad (VLDL, very-low-density lipoproteins, en inglés) hechas por el hígado (Renaud-Dentin y Postic, 2004). 376

377 Unidades Relativas de RNAm EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Figura 4. Concentración promedio de insulina en sangre por cada grupo de edulcorantes a los 3,6 y 9 meses (valor normal ng/ml insulina) 5a 5b 5c Figura 5a, 5b y 5c. Concentración relativa del gen ChREBP (3, 6, 9 meses) donde: 1.- Grupo control, 2.- Grupo aspartame, 3.- Grupo acesulfame, 4.- Grupo mezcla aspartame-acesulfame, 5.- Grupo sacarina, 6.- Grupo fructosa, 7.- Grupo sucralosa, 8.- Grupo sacarosa Tabla 1. Valores de concentraciones relativas del gen ChREBP (3, 6 y 9 meses) ChREBP 3 meses 6 meses 9 meses Grupos Expresión R Expresión R Expresión R Control ± ± ± Aspartame ± ± ± Acesulfame ± ± ± Mezcla ± ± ± Sacarina ± ± ± Fructosa ± ± ± Sucralosa ± ± ± Sacarosa ± ± ±

378 Unidades Relativas de RNAm EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Como se puede observar en las Figuras 5a, b y c y en la Tabla 1, para poder diferenciar los grupos que tuvieron una mayor o menor expresión del gen ChREBP se utilizó al grupo control como referencia, ya que no existen parámetros numéricos para conocer o saber los valores y sus rangos determinados. Empleando al grupo de referencia se vió en cuáles grupos se expresó más o menos con respecto del control. Para el periodo de 0 3 meses el grupo que expresó mayoritariamente el gen fue el de la mezcla aspartame-acesulfame con respecto del grupo control y también existe un grupo que se encuentra expresado por debajo de la referencia que es el grupo de la sucralosa. Para el periodo de 3 a 6 meses, el grupo que mayoritariamente expresó el gen fue el grupo de la sacarosa y el grupo que menor expresión tuvo fue el de la sucralosa. Para el lapso de 6 9 meses el grupo que mayoritariamente expresa el gen, fue el grupo de aspartame y el que menos se expresó fue el de la fructosa. Se sigue estudiando la literatura con objeto de dilucidar el significado de estos resultados. Expresión relativa del gen SREBP 1 En las Figuras 6a, 6b y 6c se observan las concentraciones relativas de expresión del gen SREBP-1. Este gen juega un papel principal en el control de largo plazo de la glucosa y de los lípidos homeostásicos por la insulina, con la regulación de los niveles de grasa y la expresión de gen lipogénico (Renaud-Dentin y Postic, 2004). 6a 6b 6c Figura 6a, 6b y 6c. Concentración relativa del gene SREBP 1 (3, 6, 9 meses) donde 1. Control; 2. Aspartame; 3. Acesulfame; 4. Mezcla aspartame-acesulfame; 5. Sacarina; 6. Fructosa; 7. Sucralosa; 8. Sacarosa Tabla 2. Valores de concentraciones relativas del gene SREBP 1 (3, 6 y 9 meses) SREBP-1 3 meses 6 meses 9 meses Grupos Expresión R Expresión R Expresión R Control ± ± ± Aspartame ± ± ± Acesulfame 1.356± ± ± Mezcla ± ± ± Sacarina ± ± ± Fructosa ± ± ± Sucralosa ± ± ± Sacarosa ± ± ± Las Figuras 6a, b y c y la Tabla 2 indican que, para poder diferenciar los grupos que tuvieron una mayor o menor expresión del gen, como en el caso anterior, se usó al grupo control como referencia, ya que tampoco en este caso existen parámetros numéricos para conocer o saber qué valor se encuentra en un rango determinado. Para el periodo de 0 378

379 a 3 meses, el grupo que expresó mayoritariamente el gen SREBP 1 fue el grupo de mezcla de edulcorantes sintéticos, mientras que el grupo que presentó una menor expresión fue el de la sucralosa. Para el periodo de 3 6 meses el grupo que se expresó mayoritariamente fue el grupo de acesulfame de potasio y el que menor expresión presentó fue el de fructosa. Para la etapa de 6 9 meses el grupo que mayor expresión presentó fue el grupo de la sucralosa, mientras que el de menor expresión lo presentó el grupo de la sacarosa. CONCLUSIONES De acuerdo con el objetivo de esta investigación que era el de evaluar mediante pruebas bioquímicas y de expresión de genes (ChREBP y SREBP-1) las alteraciones metabólicas provocadas por la ingesta crónica de edulcorantes calóricos e hipocalóricos administradas ad libitum en un animal modelo (ratas macho de la cepa Wistar ) manteniendo la composición de las dietas balanceadas suministradas ad libitum puede concluirse preliminarmente lo siguiente: Para los parámetros bioquímicos determinados, se observó que ningún grupo en ninguna de las determinaciones de concentraciones de colesterol, triglicéridos, glucosa e insulina, presentaron valores por encima de los límites máximos permisibles, indicando con esto que ninguno de los edulcorantes, tanto calóricos como hipocalóricos, al ser consumidos por tiempos prolongados parecen ser causantes de enfermedades como colesterolemia, resistencia a la insulina o altas concentraciones de glucosa. Es importante destacar que se observa que las concentraciones se ven incrementadas durante el periodo inicial de la investigación a los 3 6 meses; sin embargo, al llegar al periodo de los 9 meses estos valores se ven disminuídos debido a que la cepa de ratas Wistar puede llegar a regular su metabolismo, por lo que para un experimento posterior sería necesario emplear otra cepa que no presente esta característica, como lo mencionado por Torres et al. (2011). Los genes estudiados (carbohydrate responsive element-binding protein, ChREBP, por sus siglas en inglés) y proteína de respuesta de unión a esteroles (sterol regulatory element-binding protein 1 SREBP 1, por sus siglas en inglés), son de gran importancia, ya que a últimas fechas después de su descubrimiento en el año del 2001, se encontró que de manera general son los que regulan la síntesis de los ácidos grasos. En los inicios de las investigaciones se creía que al presentarse niveles altos de concentraciones de glucosa e insulina en sangre estos genes se activaban, pero después de varias modificaciones y ensayos descubrieron que estos genes presentes en el hígado de los mamíferos, son los responsables para la conversión del exceso de los hidratos de carbono a triglicéridos (Renaud-Dentin y Postic, 2004). Los grupos que expresaron más el gen SREBP 1 fueron a los 3, 6 y 9 los de mezcla, acesulfame y sucralosa, mientras que los grupos que presentaron la menor expresión de este gen fueron a los 3, 6 y 9 meses los grupos de sucralosa, fructosa y sacarosa respectivamente. Se sigue estudiando la literatura específica bioclínica y biomédica para comprender el significado de estos resultados. Para el gen del ChREBP, los grupos que presentaron la mayor expresión a los 3,6 y 9 meses fueron los grupos de mezcla de acesulfame y aspartame, sacarosa y aspartame. Los grupos que presentaron la menor expresión a los 3, 6 y 9 meses fueron los grupos de sucralosa y fructosa, respectivamente. Por ello, será necesario en la etapa final de este estudio realizar el análisis individual de las histologías de los órganos colectados para así poder confrontarlos con el estudio de estos genes y las determinaciones bioquímicas con la finalidad de poder concluir con base en la literatura y con la ayuda de los expertos de los Laboratorios de Fisiología de la Nutrición del IMNCMNSZ y de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UNAM, los efectos o alteraciones fisiológicas y nutrimentales ocasionada por la ingesta crónica de los edulcorantes bajo estudio. 379

380 RECONOCIMIENTOS El apoyo financiero para la realización de esta investigación vino del proyecto CONACYT Impacto de los edulcorantes naturales y artificiales en un modelo animal en el desarrollo de la obesidad y sus implicaciones metabólicas por la adquisición de todos los insumos y materiales necesarios durante el experimento. Los autores agradecen al personal del Depto. de Fisiología de la Nutrición, del Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán, en especial a quienes dependen de la Dra. Nimbe Torres y del Dr. Armando Tovar. Un reconocimiento especial es para el autor QFB Guillermo Ordaz, por su dedicación y enorme compromiso con este proyecto que demanda ética y, sobre todo, responsabilidad social. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bárcenas-Ochoa, M.G Efecto de la concentración y tipo de proteína dietaria en un modelo animal con obesidad genética e hiperinsulinemia sobre la lipogénesis renal Tesis profesional. UNAM, Facultad de Química. México D.F. México. Calvillo, A., Moncada, G., Gómez, L Manifiesto por la salud alimentaria en el combate a la epidemia de obesidad. El poder del consumidor. En las redes internacionales. Consultada el 15 de noviembre de Dirección electrónica: downloads/manifiesto_salud-alimentaria_%281%29.pdf Guzmán-Gómez, M.B., Jiménez-Pineda, D Informe final. Laboratorio de Desarrollo Experimental de Alimentos. Facultad de Química, UNAM. México D.F. México. González-Filomeno, E Efecto biológico de la adición de fructosa, sacarosa, sucralosa o aspartame al agua de beber mediante el suministro a ratas de laboratorio. Tesis profesional. Química de Alimentos. Facultad de Química, UNAM. México D.F. México. Jürgens, H., Haass, W., Castañeda, T. R., Schürmann, A., Koebnick, C., Dombrowski, F, Otto, B., Nawrocki, A. R., Scherer, P. E., Spranger, J., Ristow, M., Joost, G. H., Havel, P. J., Tschöp, M. H Consuming fructosesweetened beverages increases body adiposity in mice. Obes. Res. 13(7): Kauffer, M., Tavano, L., Ávila, H Obesidad en el adulto. En las redes internacionales. Consultada el 15 de noviembre de Dirección electrónica: redalyc.waemex.mx/redalyc/pdf/106/ pdf Martínez, C., González, E., García, R.S., Salas, G., Constantino-Casas, F., Macías, L., Gracia, I., Tovar, C., Durán-de- Bazúa, C Effects on body mass of laboratory rats after ingestion of drinking water with sucrose, fructose, aspartame, and sucralose additives. The Open Obesity Journal. 2: Martínez-Tinajero, C.M., González-Filomeno, E., García-Gómez, R.S., Salas-Garrido, G., Gracia-Mora, M.I., Tovar- Palacio, C., Durán-de-Bazúa, C Efecto de la ingesta de endulzantes hipocalóricos con el agua de beber en ratas de laboratorio comparada con dos controles (agua con y sin azúcar). ATAM (Asociación de Técnicos Azucareros de México, A.C.). 17(2): Martínez-Tinajero, C.M., González-Filomeno, E., García-Gómez, R.S., Constantino-Casas, F., Gracia-Mora, M.I., Tovar-Palacio, C., Durán-de-Bazúa, C Riesgos sobre la ingesta crónica de algunos edulcorantes naturales. Bebidas Mexicanas, 16(4):12-14,16-20,22. Renaud-Dentin, J.G., Postic, C Carbohydrate responsive element binding protein (ChREBP) and sterol regulatory element binding protein-1c (SREBP-1c): Two key regulators of glucose metabolism and lipid synthesis in liver. Bioq. Res. 87: Vernia-Mirrales, S Estudio del factor de transcripción de SREBP 1 en estados de resistencia a insulina. Tesis Doctoral. Instituto de Biomedicina de Valencia. Valencia, España. Torres, T. N., Tovar-Palacio, A Comunicación directa con expertos del Laboratorio de Fisiología de la Nutrición del Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán. México D.F. México. Voet, D, Voet, J Bioquímica. Ed. Panamericana, 3a Ed. Pp. 512, 831, 859. ISBN México D.F. México. 380

381 A-H TL-6 PIGMENTOS SOLUBLES EN AGUA (ANTOCIANINAS DEL MAÍZ AZUL, Zea mays): ESTUDIOS SOBRE LOS EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y EL ph EN MODELOS DE LABORATORIO WATER SOLUBLE PIGMENTS (ANTHOCIANINS OF BLUE CORN, Zea mays): STUDIES ON THE EFFECTS OF TEMPERATURE AND ph ON BY USING LABORATORY MODELS Martha Vázquez-Romero 1 * Laboratorio 301,302 y 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental, Conjunto E. Facultad de Química de la UNAM. Pas de Licenciatura en Química de Alimentos, Facultad de Química, UNAM Eduardo Daniel Juárez-Zamora 1, Rolando Salvador García-Gómez¹, Gerardo Salas-Garrido 2, Lucía Macías-Rosales 3, María Isabel Gracia-Mora 3, Nimbe Torres-Torres 4, Armando Tovar- Palacio 4, Guillermo Ordaz-Nava 4, María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa¹ (1) Laboratorios 301, 302 y 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental del Conjunto E de la Facultad de Química, UNAM. Paseo de la Investigación Científica S/N, Tel. 01 (55) Fax 01 (55) México D.F. México (2) Depto. de Patología, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia. UNAM, México D.F. México (3) Unidad de Experimentación Animal, UNEXA. Conjunto E. Facultad de Química, UNAM. Paseo de la Investigación Científica S/N, México D.F. México (4) Depto. de Fisiología de la Nutrición, Área de Nutriología Molecular, INCMNSZ, Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Subirán. Vasco de Quiroga No. 15. Col. Sección XVI, Del. Tlalpan México D.F., México * Facultad de Química, UNAM. Laboratorios del Conjunto E. Ciudad Universitaria México D.F. México. Tel al 04. Fax: RESUMEN El consumo de productos de maíz con coloración se ha incrementado recientemente debido a las propiedades funcionales que le son atribuidas y a la coloración exótica y atractiva que representa a los consumidores. Los pigmentos responsables de la coloración en el maíz son compuestos fenólicos mejor conocidos como antocianinas. Se han reportado algunas propiedades benéficas de los pigmentos presentes en maíces coloridos como son sus propiedades antioxidantes. Dado que estos pigmentos solubles en agua son sensibles a los cambios de temperatura y ph, en este proyecto se elaboraron 8 lotes de dietas isoproteicas e isocalóricas utilizando 10 ratas Wistar recién destetadas por lote, (80 ratas en total) a las cuales se les suministró alimento y agua ad libitum durante toda la experimentación. Se comparó el efecto que las condiciones de nixtamalización, cocción y fritura le confieren a las antocianinas de estos productos de maíz azul (harina de maíz crudo, harina de tortillas y harina de totopos). Para ello, se emplearon como controles las contrapartes de maíz blanco y dos lotes control, uno con caseína al 7% y otro como marca los métodos estandarizados, al 10%, como fuente de proteína. Se trabajó 381

382 con estas condiciones para los primeros 3 meses y, para los últimos 3 meses, se modificaron las dietas para que tuvieran 20% de proteína ya que se recomendó ese porcentaje para cubrir sus necesidades energéticas y no caer en la desnutrición. El registro se realizó diariamente tomando el aumento de masa corporal, así como el alimento ingerido diariamente. Después de 3 y 6 meses, se realizó la eutanasia de 5 individuos por grupo cada vez, separando el suero sanguíneo con los cuales se realizarán estudios bioquímicos para evaluar los posibles cambios metabólicos en el animal modelo. En esta fase de la investigación se evaluó el aumento en masa corporal delos animales y la cantidad de los alimentos ingerida y excretada por ellos. ABSTRACT The consumption of colored maize has risen recently due to the functional properties attributed and due to its attractive and exotic coloration. The substances responsible of this coloration in maize are phenolic compounds best known as anthocyanins. There have been reports about the benefit of this maize pigments, such as antioxidant properties. As the water soluble pigments are sensitive to changes in temperature and ph, in this project eight lots of just weaned Wistar rats were fed with an isoproteic and isocaloric diet. The rats were given food and water ad libitum. The effect of nixtamalization, cooking, and frying processes on anthocyanins of blue-maize products (maize flour, tortilla, and tortilla chips) was assessed. To accomplish this, six groups were fed with diets of white and blue corn products, raw maize meal, dried and ground tortilla meal, and dired and ground corn chips meal. Two additional lots with casein (7% to compare with protein contents of maize diets, and 10% to comply with the standardized methods), as source of protein. These conditions were kept on the first 3 months. For the 3 remaining months, the diets were modified in order to accomplish a protein contents of 20% adding casein to all maize meals diets, following recommendations in order to cover their energetic necessities and to avoid undernourishment. The weight gain was registered daily as well as the amount of food taken and the excreta generated. After 3 and 6 months, five rats per lot were euthanized each time, the blood serum was separated and biochemically-analyzed in order to evaluate possible metabolic changes in the studied model animals. In this phase of the research, the increase on body mass of the model animals and the amount of food and excreta ingested and produced, respectively were assessed. Palabras clave: Antocianinas, maíz azul, nixtamalización, tortillas, totopos Key Words: Anthocianins, nixtamalization. blue corn INTRODUCCIÓN En trabajos previos de Franco-Rangel y colaboradores (2009), Moreno-Morales y colaboradores (2009), Salinas-Moreno y colaboradores (2003), se estudió la problemática generada con base en la utilización de los granos coloridos para la elaboración de productos alimenticios tradicionales como lo es la tortilla, la cual es la base del alimento de la población mexicana. En esos trabajos se ha mencionado que, en los últimos años, se ha incrementado el consumo de productos elaborados con maíz azul, principalmente tortillas y totopos (Gutiérrez-Vite et al., 2008), debido a que este grano pigmentado contiene antocianinas. Las antocianinas son colorantes naturales responsables de la coloración azul característica de estos granos. Autores como Castañeda-Ovando y colaboradores (2008) reportaron que estos compuestos ejercen efectos benéficos en enfermedades cardiovasculares y en algunos de los trastornos neurodegenerativos. Estas acciones biológicas se han atribuido a las propiedades antioxidantes de las antocianinas; sin embargo, en ninguna de las investigaciones reportadas por estos autores se realizaron empleando productos del maíz nixtamalizado como fuente de antocianinas. La presencia de antocianinas en las variedades pigmentadas del maíz lo hace un producto potencial para el suministro de colorantes y antioxidantes naturales. Por ello, el estudio de los pigmentos del maíz azul ha despertado un interés sin precedentes. Durante el proceso de elaboración de las tortillas, el maíz es sometido a una lixiviación alcalina (nixtamalización) en la cual, el valor de ph del medio es de 12 a 14, proceso por el cual ha sido reportado que más del 70% de las antocianinas 382

383 presentes en el maíz son transformadas químicamente (Salinas-Moreno et al., 2003). Por ello, es importante estudiar el efecto del ph y la temperatura sobre la calidad nutritiva de tortillas y totopos elaborados con maíz azul comercial. Estos productos se usaron como base de dietas para animales modelo de laboratorio, ya que para muchas personas son una de sus únicas fuentes principales de nitrógeno (Durán-de-Bazúa, 1988). OBJETIVO Determinar el efecto biológico de los productos elaborados con maíz azul comercial nixtamalizado (tortillas y totopos) empleando ratas de la variedad Wistar evaluando los efectos de la temperatura y el ph de los procesos a los que se sujetan. MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron dos variedades de grano de maíz (Zea mays): maíz blanco criollo donado por el CIMMYT y maíz azul procedente de los municipios de Atlacomulco, San Bartolo de Morelos, Temoaya y Villa Victoria, Estado de México, donados por los agricultores de la región. Realización de pruebas biológicas con animales modelo de laboratorio Las harinas de los granos crudos, de las tortillas y de los totopos y la caseína en las dos proporciones de proteína al 10 y 7%, se extrudieron a baja temperatura con vitaminas, minerales y otros nutrimentos con objeto de elaborar dietas isoproteicas e isocalóricas para formar pellets aceptables por las ratas (que son roedores). Para evaluar la calidad proteica, se evaluó la ganancia de masa corporal de los animales de ensayo proporcionado por las dietas suministradas ad libitum durante los 6 meses. Para ello, se emplearon ratas macho Wistar, de 21 a 23 días de edad (recién destetadas)para formar 8 grupos de ratas, con diez cada uno y se alimentaron con pellets de maíz crudo de ambas variedades, pellets de tortillas y totopos y pellets de dieta con base en caseína, que sirvieron como controles, uno al 7%, ya que las dietas de maíz solamente alcanzaban 7% otro lote con dietas con 10% de proteína de caseína. La temperatura promedio alcanzada en el bioterio donde estaban confinados los animales modelo fue de 23±2 C durante todo el experimento y la humedad relativa estuvo entre 30 a 35%. Todos los animales fueron pesados y acomodados siguiendo la distribución de la culebra japonesa. Una vez distribuidos los animales en forma aleatoria se les colocó el comedero con la dieta correspondiente, en cantidad suficientes para que siempre contengan exceso de alimento. El agua también fue suministrada ad libitum. Los animales se pesaron diariamente y se registró la masa corporal de cada rata y el alimento ingerido, así como las heces acumuladas. Las pruebas histológicas de los animales modelo sacrificados (cincuenta por ciento de ellos a los tres meses y el otro 50% a los seis meses) se están realizando actualmente con los cuatro órganos de estudio (hígado, corazón, riñón y tejido retroperitoneal) en el Departamento de Patología de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UNAM. Con el suero sanguíneo se analizará el perfil hepático en el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A continuación se presentan los resultados para las variables de la respuesta (incremento de masa corporal, consumo de alimento y masa de las heces). Incremento en masa corporal En la Figura 1 se puede observar que, en los primeros 3 meses de experimento, los grupos de caseína al 10% y al 7% fueron los grupos predominantes. Esto era de esperarse ya que es una proteína animal de excelente calidad. El incremento de masa corporal en orden decreciente durante los primeros 3 meses fueron los siguientes: caseína 10% > caseína 7% > blanco crudo 7% > azul crudo 7% > tortilla blanca 7% > tortilla azul 7% > totopo blanco 7% > totopo azul 7%. Las ratas que fueron alimentadas con dieta de totopo azul no tuvieron un incremento de masa (valores negativos), debido a que los animales prácticamente no consumían alimento. Después de los 3 meses del experimento, se ajustó el porcentaje de proteína a 20% con caseína para todas las dietas debido a que las ratas requieren de un mínimo del 20% de 383

384 Incremento en masa (g/semana) EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA proteína para poder satisfacer sus necesidades cuando llegan a esa edad y el grupo de totopo azul prácticamente no crecía. En la Figura 1 se pueden apreciar los resultados del cambio de dieta al día 84 en donde en donde el comportamiento de los grupos para esta etapa fueron los siguientes: caseína 20% (antes caseína al 10%) > azul crudo 20% > tortilla blanca 20% > totopo azul 20% > caseína 20% (antes caseína al 7%) > totopo blanco > tortilla azul Tiempo (Semanas) Azul crudo Tortilla azul Totopo azul Caseína 7% Caseína 10% Blanco crudo Tortilla blanca Totopo blanco Figura 1. Promedio semanal del incremento de masa de cada grupo de estudio Alimento ingerido En la Figura 2 se aprecia que las ratas que consumieron más alimento fueron las del grupo de caseína al 10%, mientras que las ratas del grupo de totopo azul, durante los primeros 3 meses consumieron muy poco alimento, por lo que bajaron su masa corporal en vez de incrementarla, pero al cambiarles la dieta al 20% se recuperaron. Cantidad de heces En la Figura 3 se puede observar que las ratas que tuvieron la mayor cantidad de excretas fueron las del grupo de maíz azul crudo seguido del grupo de maíz blanco crudo. Esto se investigará cuando se hagan los estudios histológicos en la siguiente etapa de esta investigación. Sin embargo, el grano crudo posee toda su fibra, por lo que esto puede ayudar al movimiento intestinal. El grupo que presentó el menor contenido de heces fue el grupo de totopo azul durante los 3 primeros meses y, al ajustar la cantidad de proteína con adición de caseína al 20%, a los 6 meses tuvieron una cantidad de heces muy similares a los demás grupos. 384

385 Masa de las heces (g/semana) Alimento ingerido (g/semana) EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA Tiempo (Semanas) Azul crudo Tortilla azul Totopo azul Caseína 7% Caseína 10% Blanco crudo Tortilla blanca Totopo blanco Figura 2. Promedio semanal de alimento ingerido por grupo de estudio Tiempo (Semanas) Azul crudo Tortilla azul Totopo azul Caseína 7% Caseína 10% Blanco crudo Tortilla blanca Totopo blanco Figura 3. Promedio de masa de las heces por grupo de estudio 385

386 CONCLUSIONES Al analizar los resultados de esta parte experimental, se puede mencionar que durante los primeros 3 meses de experimento, el grupo de caseína al 10% y al 7% fueron los grupos que presentaron el mayor crecimiento debido a que la caseína es una proteína animal de excelente calidad, comparada con la del maíz, ya sea blanco o azul, lo cual se corroboró al realizar el ajuste de caseína al 20% en los siguientes 3 meses para todos los grupos. Así, el incremento de masa corporal en orden decreciente durante los primeros 3 meses fueron los siguientes: caseína 10% > caseína 7% > blanco crudo 7% > azul crudo 7% > tortilla blanca 7% > tortilla azul 7% > totopo blanco 7% > totopo azul. A los 6 meses: caseína 20% (antes caseína al 10%) > azul crudo 20% > tortilla blanca 20% > totopo azul 20% > caseína 20% (antes caseína al 7%) > totopo blanco > tortilla azul. En la siguiente etapa de la investigación se están analizando los cortes de los órganos de estudio (hígado, corazón, riñón y tejido retroperitoneal) en el Departamento de Patología de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UNAM en donde posiblemente existan diferencias entre los lotes. También en la siguiente etapa con el suero sanguíneo se analizará el perfil hepático y las determinaciones de triglicéridos, colesterol y glucosa en el Instituto Nacional de Ciencias Médicas de la Nutrición Salvador Zubirán, para corroborar la repercusión negativa o positiva en la calidad nutrimental que pueda presentar la nixtamalización, la cocción y la fritura en estos pigmentos y, por tanto, en los alimentos que los contienen. RECONOCIMIENTOS Se agradece a la Dra. Laura Patricia Romero, Jefa del Departamento de Patología de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UNAM por las facilidades recibidas para que el autor al M. en C. Gerardo Salas Garrido realice los estudios histológicos de todos los órganos de los 80 especímenes. Se agradece especialmente a la Dra. Natalia Palacios del CIMMYT por el suministro del maíz blanco. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Castañeda-Ovando, A., Pacheco-Hernández, M. L., Páez-Hernández, M. E., Rodríguez, J. A., Galán Vidal, C. A Chemical studies of anthocyanins: A review. Food Chemistry. 113, Durán-de-Bazúa, C Una nueva tecnología para la extrusión alcalina de maíz y sorgo. Monografía tecnológica No. 2. Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico. OEA. 71 pags. Pub. UNAM-Proy. Multinal. Tecnol. Alimentos. ISBN México D.F. México. Franco-Rangel, C.F., Frías-Hermosillo, M.N., García-García, O., Portillo-Núñez, C.A., Vázquez-Romero, M., García-Gómez Rolando S., Durán-Domínguez-de-Bazúa María del Carmen Efecto biológico de la nixtamalización sobre las antocianinas del maíz azul (Zea mays) / Biological effect of nixtamalization on nthocyanins of blue corn (Zea mays). En: Proceedings of the 2009 Fifth International Seminar of Experts on the Treatment of Industrial Effluents and Residues. C. Durán-de-Bazúa, M. Bernal-González, R.S. García-Gómez, R. Juárez-Garduño, L.I. Ramírez-Burgos, Eds. Pub. AMCATH y LIQAyQA, Facultad de Química, UNAM. Disco compacto. ISBN Pp México D.F. México. Gutiérrez-Vite, L., Pérez-Morán, A. L., García-Gómez, R.S., Durán-de-Bazúa, C Tortillas azules Color natural o sintético? Industria Alimentaria, 31(4): Moreno-Morales, Juan José, Sánchez-Tovar Salvador A., García-Gómez Rolando S., Durán-Domínguez-de-Bazúa María del Carmen Efecto de la nixtamalización sobre las características físicas y químicas del maíz azul / Effect of nixtamalization on physical and chemical characteristics of blue corn. En: Proceedings of the 2009 Fifth International Seminar of Experts on the Treatment of Industrial Effluents and Residues. Durán-de-Bazúa, M. Bernal- González, R.S. García-Gómez, R. Juárez-Garduño, L.I. Ramírez-Burgos, Eds. Pub. AMCATH y LIQAyQA, Facultad de Química, UNAM. Disco compacto. ISBN Pp México D.F. México. Salinas-Moreno, Y., Soto-H., M., Martínez-B., F., González-H., V., Ortega-Paczka., R Efecto de la nixtmalización sobre las antocianinas de granos de maíces pigmentados, Departamento de Ingeniería Agroindustrial. UACh, Chapingo, México, México. 386

387 María Constanza Lidia Gutiérrez-Sánchez* A-H TL-7 AGUA, EDUCACIÓN Y SALUD WATER, EDUCATION AND HEALTH Candidata a Doctora en Ciencias Pedagógicas y de la Educación; por la Universidad de Canagüey, Cuba. Docente Investigador Tipo B, tiempo completo de la Unidad Académica Lic. Benito Juárez García, con una antigüedad de 10 años en la práctica docente, impartiendo las asignaturas de Biología, Educación ambiental y para la Salud y Bioquímica. Institución de trabajo: Benemérita Universidad Autónoma de Puebla * Calle /15 Oriente 418. Colonia el Carmen de la ciudad de Puebla Puebla, Pue. México. Tel.: Fax: RESUMEN Esta investigación pretende dar a conocer lo que opinan las personas que habitan en la ciudad de Puebla sobre la eficiencia del sistema de alcantarillado y drenaje de su ciudad y, por otro lado, indagar lo informados que están al respecto del papel que juegan en el cuidado de los mismos desde su hogar, ya que esta ciudad al igual que otras, presentan en época de lluvia inundaciones por el drenaje que parecería ser insuficiente, por la alta densidad poblacional (aprox. 157 personas por kilómetro cuadrado). Los habitantes de la ciudad contribuyen al estancamiento del agua en los ductos por la gran cantidad de basura y desechos orgánicos que son depositados al desagüe de sus casas y alcantarillado público, no solamente por no barrer la basura y recolectarla sino por verterla a propósito a las coladeras y alcantarillas, lo cual genera un gasto económico extra para el desazolve en un mayor o menor grado. Por otra parte, el estancamiento del agua da paso a focos de infección, que provocan enfermedades poblacionales, principalmente a las personas que viven en las zonas pobres de la periferia de la ciudad. ABSTRACT This research aims to show what they think the people who live in the city of Puebla on the efficiency of sewerage and drainage system of the city and, secondly, to investigate how informed they are about the role that they themselves play in the care of this problem at home. Since this city, just like others, has floods during the rainy season, because the drainage appears to be insufficient for the high population density (157 people per square kilometer). In addition to that, people cause stagnation by the large amount of garbage and organic wastes thrown into the drain from their homes and sewage systems as well as to throw it on purpose to sewer and drains located at the streets, which in greater or lesser degree generate an extra financial cost for the dredging of these. On the other hand, the stagnation of water leads to outbreaks of infection that cause disease in the population, mainly those people living in poor areas on the outskirts of the city. Palabras clave: Agua, alcantarillado, basura, desechos, drenaje Key Words: Drainage, sewer, trash, waste, water 387

388 INTRODUCCIÓN En los últimos años, la sobrepoblación de las ciudades como Puebla ha provocado que los sistemas de drenaje urbano continuamente se encuentren colapsados, siendo insuficientes para desalojar el agua residual y la pluvial. Este problema se ve agravado por una falta de cultura ecológica de parte de la población, al tirar la basura y desechos generados al drenaje de su casa o a la vía pública. La ciudad de Puebla tiene una población de 1,539,819 habitantes, colocando al estado en el séptimo lugar a nivel nacional en densidad, con 157 personas por kilómetro cuadrado (INEGI, 2010). En 2010, Puebla contaba con 406,408 viviendas particulares. En julio de 2008 ya se superaba la cifra de 2 mil colonias; lo que equivale a que el 70 por ciento de la mancha municipal se encontraba habitada en ese momento. El 60 por ciento de las colonias (aprox. 1200), son populares con gente que carecen de servicios públicos como drenaje, pavimentación y alumbrado, según información de la Secretaría de Gestión Urbana y de Obra Pública, que dirige Sergio Vergara Berdejo (El Sol de Puebla, 2008). Desde hace muchos años se han construido en la ciudad obras de drenaje para el control de las aguas contaminadas. Los sistemas de drenaje urbano deben estar dirigidos a lograr objetivos como: evitar que las aguas de lluvias ocasionen daños en el medio y garantizar el desenvolvimiento normal de la vida cotidiana. Por otro lado, la eliminación de los cauces naturales (que reduce la capacidad de desalojo de las aguas pluviales y residuales) y la urbanización de áreas productivas, incrementa los volúmenes de agua de lluvia que escurren superficialmente, debido a la impermeabilidad de las superficies de concreto y pavimento. Considerando que la ciudad de Puebla está ubicada en una zona medianamente lluviosa, con una precipitación anual de 800 mm 3, se puede mencionar que una de las principales consecuencias de que las aguas no fluyan de manera adecuada, es la basura y los desechos orgánicos que ocasionan el deterioro y mal funcionamiento del sistema de drenaje y alcantarillado, lo cual genera pérdidas de tipo económico y daños a la salud de los ciudadanos que paradójicamente ellos mismos propician. Dado el contexto anterior, en este estudio se trató de conocer la opinión que tienen los ciudadanos acerca de la eficiencia del sistema de alcantarillado y drenaje de la ciudad de Puebla y que tan informados se encuentran respecto al papel que juegan en el cuidado que deben dar al sistema de drenaje de su casa y de su calle. METODOLOGÍA La metodología que se implemento para su realización de está investigación fue la siguiente: Descripción El tipo de estudio que se llevó a efecto fue de tipo descriptivo. El corte del estudio realizado fue de tipo transversal ya que sólo contempló el primer trimestre del Este trabajo contempló tanto la investigación documental como la de campo. El análisis empleado para esta investigación fue de tipo cuantitativo como cualitativo. El método empleado fue el método deductivo inductivo pues primero se partió de lo general a lo particular en la parte documental y en la de campo de lo particular a lo general. La técnica utilizada fue la de tipo documental y bibliográfica así como la entrevista fue aplicada a expertos en el tema y la encuesta a la población en general. El Instrumento empleado fue realizando un cuestionario de 10 preguntas de tipo abierto para lo que fue la entrevista, y de 6 preguntas de tipo cerrado para lo que fue la encuesta Sujetos Para la encuesta el universo que se estudió fue la población de la ciudad de Puebla, personas de más de 18 años, sexo indistinto, escolaridad indistinta, para lo cual se tomo una muestra de 50 personas seleccionadas de manera aleatoria; y para la entrevista se seleccionaron dos personas especialistas en el tema. 388

389 RESULTADOS Y DISCUSIÓN EL AGUA COMO ELEMENTO DE VIDA Y DE CALIDAD DE VIDA A continuación, en las Tablas 1 a 6 se dan a conocer los resultados de la aplicación de la encuesta, los cuales se analizaron por frecuencias. Tabla 1. Considera que las alcantarillas de su colonia reciben un buen servicio de mantenimiento? Respuestas Absoluto % Relativo Acumulado Total Si Mas o menos No Total Análisis cuantitativo El 54% de las personas encuestadas dijeron que más o menos les dan un buen mantenimiento a las alcantarillas y el 46% mencionaron que no se hace. Análisis cualitativo Lo anterior mostró que la mayoría de los encuestados tienen una opinión de regular a mala con relación al mantenimiento que se le hace a las alcantarillas de la ciudad. Tabla 2. Cree que el gobierno de la ciudad hace algo por colonias donde las alcantarillas están tapadas? Respuestas Absoluto Relativo Acumulado Total Si Mas o menos No Total Análisis cuantitativo El 66% de los encuestados cree que el gobierno algunas veces hace algo por las colonias afectadas y en un 34% consideran que no se hace nada al respecto. Análisis cualitativo La gente se va con la idea de que el gobierno hace más o menos algo por las colonias afectadas; sin embargo, un buen porcentaje de la población declara que no se hace nada, está situación preocupa pues de los encuestados no hay nadie que comente favorablemente sobre el quehacer del gobierno en este rubro de atención que requiere la población. Tabla 3. En donde vive Sufre de esta problemática? Respuestas Absoluto Relativo Acumulado Total Si No Total Análisis cuantitativo El 56% de las personas encuestadas no sufre de la problemática de las alcantarillas tapadas pero el 44% sí. 389

390 Análisis cualitativo Aunque más de la mitad de los encuestados señalan no tener el problema en cuanto a las coladeras tapadas, la diferencia entre éstos y aquellos que señalan vivir con este problema es muy corta, lo cual indica que una buen parte de la población en un mayor o menor grado, padece esta situación que se agrava cuando es temporada de lluvia y coincide que éstos habitan en colonias más pobres y que pueden estar o no más lejanas del centro de la ciudad. Tabla 4. Qué enfermedades considera usted que provoca el agua contaminada? Respuestas Absoluto Relativo Acumulado Total Enfermedades estomacales Dengue Enfermedades de la piel Enfermedades respiratorias Ninguna Total Análisis cuantitativo El 60% mencionó que las enfermedades más comunes por agua contaminada son las estomacales, seguidas por el dengue (provocado justamente por mosquitos que depositan sus huevos en aguas estancadas) y las enfermedades respiratorias con el 14%, respectivamente, enfermedades de la piel, con un 8%, y con un 4% aseguran que ninguna enfermedad es provocada por el agua estancada. Análisis cualitativo Aunque la mayoría sabe por los diferentes medios de difusión que las enfermedades más comunes por agua contaminadas son las estomacales, seguidas de todas las demás que se mencionan, es importante señalar que todavía algunas personas sigan pensando que el hacer uso o estar en contacto indirecto con este tipo de agua residual o pluvial no ocasiona ninguna enfermedad, lo cual las hace más propensas a enfermarse a causa de agentes patógenos que se abastecen o reproducen en este líquido vital desperdiciado. Tabla 5. Señale que material o elemento aparte de la basura ocasionan que se tapen las coladeras (señale 2) Respuestas Absoluto Relativo Acumulado Total Plásticos Ropa Ninguna Tierra Materia orgánica Heces fecales Total Nota: seleccionaron 2 opciones Análisis cuantitativo El 20% de las respuestas indican que la tierra es el elemento que tapa las coladeras, seguido de plásticos, materia orgánica, heces fecales y ropa, con el 19, 18, 17 y 14%, respectivamente y el 12% no dio ninguna respuesta. Análisis cualitativo La mayoría de los encuestados señala que la tierra es uno de los elementos que en combinación con el agua forman el lodo que tapa las coladeras, aunque si analizamos conjuntamente la materia orgánica con la heces fecales vemos que el porcentaje es mayor al anterior, lo cual de cierta forma habla de un actuar irresponsable de la población combinada a una falta de cultura ecológica que propicia en gran medida que las coladeras se tapen impidiendo que el agua tome su curso normal para evitar su estancamiento. Por otro lado, se puede apreciar que un porcentaje de los encuestados (12%) o bien 390

391 no saben a ciencia cierta por qué sucede este problema o simplemente son indiferentes al mismo pues señalaron que ninguna lo provoca. Tabla 6. Cada cuándo barre la calle que da a su casa? Respuestas Absoluto Relativo Acumulado Total Diario Cada tercer día cada semana Total No aparece la opción nunca porque nadie la señaló. Análisis cuantitativo El 74% de los encuestados dice que barre la basura de su calle cada tercer día, el 16% lo hace cada semana y el 10% diario. Análisis cualitativo Este resultado muestra que los encuestados se preocupan por barrer su calle ya que nadie señaló que nunca lo hace, lo cual se puede calificar de positivo en esta actitud, siempre y cuando el barrer implique recoger la basura y depositarla en un contenedor para tal finalidad, pues si no es así, lo único que se manifiesta es que desean ver su calle limpia aunque para hacerlo se tenga que perjudicar a otros vecinos o depositarla en las alcantillas o coladeras que reciben las aguas pluviales y/o residuales, cuando usan el agua de la manguera a presión para quitarla. Entrevista 1. Considera que las alcantarillas de la ciudad son suficientes para desalojar el agua de las lluvias? Entrevistado 1. No, porque son insuficientes y esto provoca inundaciones en las partes bajas de la ciudad. Entrevistado 2. No son suficientes ya que en temporadas de lluvias es insuficiente el diámetro de la tubería para llevar toda el agua que corre. 2. Las alcantarillas de la ciudad de Puebla cuentan con lo necesario para poder funcionar correctamente? Entrevistado 1. No, ya que el diámetro no es lo suficiente para poder llevar el agua de drenaje mas el agua de las lluvias al mismo tiempo Entrevistado 2. No, debido a que falta una buena planeación de red de agua residual 3. Qué modificación haría a las alcantarillas para su mejor funcionamiento? Entrevistado 1. Poner 2 redes de drenaje una pluvial y una residual Entrevistado 2 Crear una nueva red de agua pluvial y aumentar el diámetro de las tuberías existentes 4. Qué medidas de prevención daría a la gente para que sus alcantarillas y drenajes no se tapen? Entrevistado 1. Evitar tirar basura en las atarjeas y tenerlas bien limpias. Entrevistado 2. Que eviten tirar todo tipo de basura a la calle y así evitar el taponeo de las alcantarillas 5. Usted que recomendaría al gobierno para un mejor funcionamiento del sistema de drenaje y alcantarillado. Entrevistado 1. Darles mantenimiento a las coladeras para su mejor funcionamiento Entrevistado 2. Darles mantenimiento a las coladeras para su mejor funcionamiento 6. Qué bacterias y que enfermedades son las que abundan más en el agua estancada? Entrevistado 1. Los coliformes, que provocan enfermedades estomacales como salmonelosis principalmente. Entrevistado 2. Coliformes diversos además de provocar enfermedades estomacales e infecciones de la piel. 7. Qué programas propone para solucionar esta problemática? Entrevistado 1. La solución sería poner en toda la ciudad plantas de tratamiento y así evitar que el agua contaminada afecte a la comunidad. Entrevistado 2. Programa de asesoramiento y cursos de capacitación tanto para la población como para los prestadores de este servicio. 391

392 8. Cuántas alcantarillas existen en la ciudad de Puebla por km 2? Entrevistado 1, Aproximadamente 500 x km2 Entrevistado a 700 x km 2 dependiendo la zona. 9. Cada cuándo se debe dar mantenimiento a las alcantarillas? Entrevistado 1. Antes de la temporada de lluvias Entrevistado 2. Cada año antes de la temporada de lluvias 10. Qué zona del estado de Puebla cree que sea la más afectada? Entrevistado 1. Las colonias que se encuentran en la periferia de la ciudad Entrevistado 2. Las colonias más lejanas del centro de la ciudad En cuanto a los resultados de las entrevistas se puede decir que ambos entrevistados coinciden en su apreciación respecto a las preguntas que se les hicieron, pero se puede resaltar el hecho de que existen 500 alcantarillas por metro cuadrado y que las enfermedades más frecuentes que se producen por agua contaminada son las ocasionadas por bacterias coliformes fecales causantes de enfermedades gastrointestinales como la Salmonelosis. Por ello, es recomendable que el mantenimiento del alcantarillado se realice antes de que comience la temporada de lluvias. CONCLUSIONES La hidrología urbana debe ir de la mano con la planificación de la ciudades, pues es importante que antes de urbanizar se valoren si las condiciones del terreno son factibles para realizar los asentamientos humanos y cuanto deberá invertirse para proporcionar a éstos los servicios indispensable, de agua y drenaje, ya que éstos son necesarios para el buen funcionamiento de las ciudades, pero sobre todo para prevenir graves enfermedades provocadas por el estancamiento de agua por un deficiente sistema de alcantarillado y de drenaje. Por otro lado, es importante que las personas tengan conciencia a través de campañas, sobre las medidas que deben de adoptar para evitar el tapado de drenajes y como mantener en buen estado los mismos, ya que de lo contrario no habrá presupuesto necesario para subsanar los gastos que generan este problema en cuestión salud y por la negligencia de los humanos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS UTILIZADAS PARA ESTE TRABAJO QUE NO FUERON CITADAS DIRECTAMENTE EN EL DOCUMENTO Banchs, J., Biosca, A El Mundo de la Ecología. Ed. Océano. Madrid. España. Bebbington, A Development Is More than Just Growth Development Outreach. World Bank. Spring 2001 Coello, J., Tola J Atlas Mundial del Medio Ambiente. Preservación de la Naturaleza. Ed. Cultural S. A. España. Marten, G, G Ecología Humana. Conceptos básicos del desarrollo sustentable De las redes internacionales del Internet: Consultado el 13 de Enero de 2011 alas 20:00 horas. Consultado el 12 de Enero de 2011 a las 19:00 horas. transparencia.puebla.gob.mx/.../servicios%20de%20agua%20potable%20y%20alcantarillado.pdf. Consultado el 28 de Noviembre de 2010 a las 22:00 horas. Consultado el 28 de Noviembre de 2010 a las 12:00 horas. INEGI. Censo de Población y Vivienda, de Febrero de 2011.a las 17:00 horas. Crece Puebla 400% en la última década. Entrevista a Sergio Vergara Berdejo. El Sol de Puebla, 7 de Julio de País México. 9 de Octubre de 2010, a las 20:00 horas. 392

393 A-H TL-8 CAMBIOS ANTROPOGÉNICOS DE LA CUENCA DEL LAGO DE PÁTZCUARO, MICHOACÁN, MÉXICO: UNA VISIÓN DESDE LA HISTORIA AMBIENTAL ANTROPOGENIC CHANGES IN THE PÁTZCUARO LAKE BASIN IN MICHOACÁN, MÉXICO: AN ENVIRONMENTAL HISTORY PERSPECTIVE Guillermo Vargas-Uribe* Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Profesor Investigador de la Facultad de Economía Vasco de Quiroga. Ex-Secretario de Urbanismo y Medio Ambiente del Gobierno del Edo. De Michoacán, Miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Miembro de la AMCATH Gallegos-Rivas Ariadna Esmeralda Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo *Calle Yucatán # 162 Int. 23. Col. Molino de Parras. Morelia., Michoacán. C.P México. Tel. (443) Fax: (443) RESUMEN En el presente trabajo se muestran algunos de los cambios ambientales antropogénicos que han ocurrido en uno de los últimos lagos sobrevivientes del México Central en un periodo de larga duración. Se hace un análisis comparativo de cartas geográficas históricas de la cuenca del lago de Pátzcuaro, Michoacán, detectándose un gran período histórico con cierta estabilidad y una crisis terminal ocurrida en el último medio siglo. ABSTRACT This paper shows some of the anthropogenic environmental changes occurred in one of the last surviving lakes in Central México in a large period of time. In a comparative analysis of historical-geographic charts of Pátzcuaro Lake basin was detected a large historical period with considerable stability and a terminal crisis during the last half-century. Palabras clave: Historia ambiental, antropogénico, cartografía, sustentabilidad, crisis ambiental Key words: Environmental history, anthropogenic, cartographic, sustainability, environmental crisis INTRODUCCIÓN La relación entre la dinámica demográfica y los cambios provocados en el planeta por factores antrópicos ha sido estudiada desde lo que se denomina la historia ambiental (McNeil, 2000) o environmental history (Bailes, 1985). Arnold agrega que: La historia ambiental se ocupa no solo de asuntos como la forma en la que ha cambiado el ambiente (si como resultado de la actividad humana o por otras causas) y de los efectos de los cambios en las sociedades humanas, sino también de las ideas sobre el mundo natural y como éstas se han desarrollado y pasado a formar parte de nuestro conocimiento de la historia y la cultura ; de tal forma que: el ambiente o medio ha sido no sólo un lugar, sino también el campo de batalla donde han contenido forzosamente ideologías y culturas (Arnold, 1996). 393

394 La historia ambiental suele entenderse como la historia de la relación humana con el mundo físico, con el ambiente como objeto, agente o influencia en la historia humana. Aquí la naturaleza figura desvergonzadamente como hábitat humano, y las estaciones, los suelos, la vegetación y la topografía, la vida animal y la de los insectos, son vistos como algo que influye significativamente en la actividad, la producción y la creatividad humanas. Por su influencia sobre el uso de la tierra y los modos viables de subsistencia, la naturaleza fomenta o prohíbe ciertos tipos de estructura social, organización económica y hasta ciertos sistemas de creencias. En gran medida, lo dicho es obvio: de seguro, la vida de una llanura fértil y abundante de agua será muy diferente, en lo cultural y en lo material, de la vida en el desierto o en una remota cordillera. Se considera que los caracteres físicos del ambiente influyen en la formación de la identidad colectiva de cualquier grupo cultural o nacional (Arnold, 1996). FUENTES Se utilizó información cartográfica histórica del Lago de Pátzcuaro y su cuenca levantada en los años de 1537, 1764, 1906, 1936, 1985 y 2003 (ver Mapas 1 a 7). Figura 1. Mapa 1 de la cuenca del Lago de Pátzcuaro ca (Fuente: Correa, 2003) Figura 2. Mapa 2 de la Ciudad de Tzintzontzan, Pátzcuaro y de Poblaciones aledañas a la la laguna, y la traslación de la Silla a Pátzquaro, ca (Fuente: Beaumont, ) METODOLOGÍA Se hizo un análisis de las cartas geográficas del Lago de Pátzcuaro para observar los cambios que se presentan en un período de larga duración y que muestran el deterioro ambiental del mismo. Utilizamos del método comparativo cartográfico homogeneizando la orientación y la escala de las cartas históricas. Los indicadores comparativos del cambio ambiental antrópico que utilizamos fueron tres: a) la extensión superficial del lago; 2) el número de islas; y 3) el número de pueblos de la cuenca. Para poder hacer comparable la cartografía levantada en diferentes épocas históricas y con diferentes métodos, se procedió a realizar las siguientes consideraciones: 394

395 Mapa 3. Figura 3. Laguna de Pátzcuaro en toda su extensión y cercanías ca (Fuente: Ajofrín, 1986) Figura 4. Mapa 4 Cuenca del Lago de Pátzcuaro en 1906 (Fuente: Ruiz de Velasco, 1912) Figura 5. Mapa 5 Plano del Lago de Pátzcuaro en 1936 (Fuente: Elaborado por los alumnos de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica ). 395

396 Figura 6. Mapa 6 Plano del Lago de Pátzcuaro en 1985 (Fuente: Lago de Pátzcuaro, imagen de falso color. Bandas 3/4/7, LANDSAT 5; Correa, 2003) Mapa 7. Lago de Pátzcuaro en (Fuente: Imagen de satélite SPOT, 2003) Figura 1(bis). Mapa 1 de la cuenca del Lago de Pátzcuaro ca con giro de 180º (Fuente: Correa, 2003) Figura 2 (bis). Mapa 2 de la Ciudad de Tzintzontzan, Pátzcuaro y de Poblaciones aledañas a la la laguna, y la traslación de la Silla a Pátzquaro, ca Con giro de 180º (Fuente: Beaumont, ) 1.- Solamente se hizo el análisis comparativo de las cartas cenitales*; por lo tanto se eliminó de dicha comparación la carta correspondiente al mapa 3 (3(bis)) de 1764, cuya proyección es de perspectiva; es decir, no cenital. 396

397 2.-Debido a que en las cartas correspondientes a los mapas 1 y 2, levantadas hacia 1537, el sur aparece en las parte superior, fue necesario darles un giro de 180 grados para poderlas comparar con las cartas del siglo XX, las cuales tienen el norte, en la parte superior. (Figura 1(bis) y 2 (bis)) 3.-Se trató de homogeneizar la escala y la orientación de todas las cartas comparadas [Figuras 4(bis), 5(bis), 6(bis), 7(bis)]. Figura 4 (bis). Mapa 4 Cuenca del Lago de Pátzcuaro en 1906 homologada y homogeneizada en escala y orientación (Fuente: Ruiz de Velasco, 1912) Figura 5 (bis). Mapa 5 Plano del Lago de Pátzcuaro en 1936 homologada y homogeneizada en escala y orientación (Fuente: Elaborado por los alumnos de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica ). *Proyección cenital: La empleó ya Hiparco en el siglo II a.c. Tipo de proyección en la que la esfera aparece proyectada sobre un plano tangente al polo (cenital polar), al ecuador (cenital ecuatorial) o a cualquier punto entre estos (cenital oblícua). Todos los rumbos a partir del centro son reales. Ver: Proyección acimutal (Hyparion, 2011). Figura 6(bis). Mapa 6 Plano del Lago de Pátzcuaro en 1985 homologada y homogeneizada en escala y orientación (Fuente: Lago de Pátzcuaro, imagen de falso color. Bandas 3/4/7, LANDSAT 5; Correa, 2003) Mapa 7 (bis). Lago de Pátzcuaro en homologada y homogeneizada en escala y orientación (Fuente: Imagen de satélite SPOT, 2003) 397

398 RESULTADOS Y DISCUSIÓN De la comparación de los Mapas 1, 2 y 3 (período ) se observaron las siguientes tendencias: 1.- No es posible, por las diferentes proyecciones de las cartas, comparar la superficie del Lago; sin embargo, se puede asegurar que sufrió cambios mínimos, provocada más por fenómenos meteorológicos estacionales que por cambios antropogénicos. 2.- Según Gorenstein y Pollard (1983), entre 1520 y 1550 el Lago de Pátzcuaro tenía, de sur a norte y en el sentido de las manecillas del reloj, nueve islas: 1) Apupato, 2) Utuyo, 3) Uranden, 4) Cuyameo, 5) Xarácuaro, 6) Xanecho, 7) Ticuinin, 8) Yenuan, y 9) Pacandan (Paredes, 1994). Las islas que aparecen en los Mapas 1 y 2 son, de sur a norte 1) Hapapato 2) Xaraquaro, 3) Xanicho, 4) Tucuinan, 5) Yenuan, y 6) Pacanda (Beaumont, ). En el mapa 3 solamente aparecen cuatro islas: 1) Xaráquaro, 2) Xanicho, 3) San Pedro Hapapato en el mapa de 1537 y, 4) isla desierta. La diferencia en el número de islas es un problema de omisión de la carta de 1764, ya que el número de islas que se mantuvo constante en el período de referencia; sin embargo, la isla desierta de 1764 no aparece en Suponemos que el nivel del lago era superior en 1764 con respecto a 1537 y que por tanto, dicha isla sin nombre, era la península que se observa en el extremo sudoriental de la laguna, justo frente a la isla de San Pedro Hapapato. 3.- El número de pueblos que descendió de la cuenca descendió drásticamente pasando de 92 asentamientos en 1537 (Gorenstein y Pollard, 1980) a 25 en 1764 (Ajofrín, 1986). También la población habría declinado de entre 60 mil y 100 mil habitantes en 1520 (Pollard, 1983), hasta quedar entre y habitantes hacia 1550 (Gorenstein-Pollard, 1980) por el efecto de las congregaciones o reducciones de indios y al despoblamiento indígena (Vargas, 2010). De la comparación de los Mapas 3 y 4 (período ) se observan tres tendencias: 1.- Aparentemente la superficie del Lago se mantiene sin menores cambios, con la única novedad de que la parte sudoriental aparece denominada como Ciénega y se encuentra físicamente separada del cuerpo principal del lago; de donde se desprende la hipótesis de una pérdida de la profundidad en 1906 con respecto a los siglos anteriores. 2.- Aunque en el mapa de 1906 no aparecen claramente ni las islas ni sus respectivos topónimos, se advierte la desaparición de la isla de San Pedro y de la isla desierta que veíamos en la carta de En cuanto al número de pueblos de la cuenca, parece ser un periodo de estabilidad. De la comparación de los mapas 4 y 5 (período ) se observaron las siguientes tendencias: 1.- La superficie del Lago muestra un severo retroceso, perdiendose toda la Ciénega que veiamos en 1906 por efecto de la desecación de la misma y de la creación del distrito de riego de Tzurumutaro. 2.- Si bien, en el mapa de 1936 aparecen, en el orden acostumbrado, las islas de 1) San Pedrito, 2) Uranden Carian,3) Uranden Morales, 4) Copujo, 5) Jarácuaro, 5) Janitzio,7) Tecuenan,8) Yunuén y 9) La Pacanda; es evidente la pérdida definitiva de las dos islas ya mencionadas. 3.- El número de pueblos en la cuenca se mantiene constante, mientras que el número de pobladores se incrementó lentamente. De la comparación de los mapas 5 y 6 (período ) se observaron las siguientes tendencias: 1.- La superficie del Lago sufrió una notable disminución, sobre todo en su porción suroeste. 398

399 2.- Desapareció la isla de Xarácuaro, misma que en la década de 1990 quedó conectada con tierra firme a través de una carretera pavimentada. También pasó a ser tierra firme las antiguas islas de San Pedrito, Uranden Carian, Uranden Morales y Copujo. 3.- El número de asentamientos humanos se empezó a incrementar notablemente, producto de la urbanización que caracteriza a este período, surgiendo un gran número de colonias irregulares, como expresión territorial de la crisis económica en la cuenca. Este proceso de urbanización fué acompañado de un crecimiento demográfico jamás observado en todo el período de análisis. De la comparación de los mapas 6 y 7 (período ) se observaron las siguientes tendencias: 1.- La superficie del Lago continuó disminuyendo en su porción sudoccidental, acercándose cada vez más la tierra firme con la isla de Janitzio. 2.- Sobrevivieron cuatro islas (Janitzio, Tecuenan, Yunuén y La Pacanda) a la peor crisis ambiental en la historia de la cuenca, provocada por el modelo de desarrollo dominante, que amenaza con convertir a la primera en tierra firme y terminar con uno de los mayores atractivos turísticos de la región (el paseo en lancha Pátzcuaro-Janitzio), entre otras pérdidas. 3.- Continuó el incremento de asentamientos humanos, sobre todo suburbanos y de carácter irregular ; misma tendencia que muestra el crecimiento demográfico. CONCLUSIONES Es evidente que la crisis ambiental viene agravándose en el último medio siglo, amenazando la identidad cultural y la sustentabilidad de la cuenca del Lago de Pátzcuaro; expresando localmente la crisis ambiental planetaria. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ajofrín, F Diario del viaje a la Nueva España, Introducción, selección y notas de Heriberto Moreno, Col. Cien de México, SEP, México. Arnold, D The problem of nature: environment, culture and Europan expansion, Blackwell Publishers, Cambridge. Bailes, K. E. (ed) Environmental History, Critical Issues in Comparative Perspective, University Press of America, Lanham, Maryland. Beaumont, P Crónica de Michoacán, Balsal Editores, Morelia. 3 vols. Chacón, A Pátzcuaro: un lago amenazado, UMSNH, Morelia. Correa, G. (coord) Atlas Geográfico del Estado de Michoacán, SEE/UMSNH/El Colegio de Michoacán/ EDDISA/Morelia Gorenstein, S. y Pollard, H.P The development of the protohistoric tarascan state report to the National Endowment for the Humanities. Rensselaer Polytechnic Institute. Hyparion, A Atlas sig Hyparion, S.L. De las redes internacionales del Internet. Fecha de consulta: 18 de mayo del McNeil, J. R Something New Under The Sun: An Enviromentral History of The Twentieth-Century World, W.W. Norton & Company Inc., New York, London. Paredes, C. (ed.) Y por mi visto mandamientos, ordenanzas, licencias y otras disposiciones virreinales sobre Michoacán en el siglo XVI, IIH/UMSNH, CIESAS/SEP, México. Pollard, H. P La cuenca del Lago de Pátzcuaro: Población y recursos durante el periodo prehispánico y comienzos del hispánico: , Revista de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, año 1, núm.2, Morelia. Pp Ruiz de Velasco, A El agua en la agricultura, Escuela Nacional de Agricultura y Veterinaria, Secretaría de Fomento, México. Vargas, G Población y Poblamiento del Obispado de Michoacán Tesis doctoral, Universidad Autónoma de Barcelona, Barcelona. 399

400 A-H TL-9 BALANCE HÍDRICO EN CASAS DE LA CIUDAD DE PUEBLA, MÉXICO WATER BALANCE OF HOUSES OF PUEBLA CITY, MEXICO Beatriz Espinosa-Aquino * Licenciatura en Ingeniería Química, Maestría en Investigación y desarrollo de la Educación, Maestría en Ciencias Ambientales, líneas de investigación Química ambiental, Evaluación y manejo de los recursos naturales, Bioseguridad, Seguridad e Higiene, Medio ambiente y salud Escalona-Martínez, J.E. Cuellar-Ramírez, R. Sánchez-Orea, U. Arriola-Morales, J. Hernández-Mendoza, J. C. Pérez-Osorio G. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Facultad de Ingeniería Química. Colegio de Ingeniería Ambiental * Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Instituto de Ciencias. Departamento de Agroecología y Ambiente Blvd. 14 Sur No. 6301, Jardines de San Manuel, Ciudad Universitaria Puebla, Pue., México. Tel , RESUMEN La investigación de campo se centra en la evaluación de los recursos hídricos (agua de consumo humano) ocupados diariamente por las familias poblanas en sus diferentes actividades. Con el sentido de destacar el uso correcto del agua en casa. Esta problemática nos tiene preocupados al reportarse por instituciones estadísticas que reportan que desde el 2004, la disponibilidad natural de agua por habitante en el país fue de 4 mil 505 m 3 anuales; la menor se registró en la región del Valle de México con 188 m 3 por habitante y la mayor en Chiapas con 24 mil 549 m 3 por habitante (INEGI, 2009). El dispendio de este recurso natural nos interesa para conocer de manera cercana cual es, su uso y si es correcto o indiscriminado por ello se seleccionaron una muestra aleatoria de casas, departamentos, sus habitantes y la edad de éstos, e identificar los hábitos diarios en el consumo de agua durante un mes de los casos específicos a estudiar, posteriormente se compararon los datos obtenidos con los oficiales publicados por instituciones oficiales y a partir de los resultados se identificaron algunas medidas para disminuir el consumo o bien consumirla de mejor manera el agua en cada uno de los casos e implementar medidas de ahorro de agua a cada una de las casas seleccionadas y hacer un seguimiento para medir la eficiencia de estas medidas propuestas y ahora socializar los resultados obtenidos. La metodología de la investigación se basa en la división de los diferentes usos a evaluar como inodoro, regadera y lavamanos; lavado de ropa, trastos, riego de jardín, mascotas, auto. Así mismo conocer la disponibilidad del agua a partir del número y edad de los habitantes de las casas-hogar seleccionadas y zona habitacional donde están ubicadas. ABSTRACT Field research is focused on the assessment of water resources (drinking water) consumed daily by families in Puebla city in their various activities. Established the compromise that the correct use of the water on their daily activities at 400

401 home. This problem that has us worried reporting by statistical institutions reported that since 2004, the natural availability of water per capita in the country was of 4 thousand 505 m3 / year; the lowest was registered in the region of the Valley of Mexico with 188 m3 per capita and the highest in Chiapas with 24, m3 per capita (INEGI, 2009). The expense of this natural resource we want to know closely how is wasted, its use and if it is correct or indiscriminate how we selected a random sample of houses, apartments, its inhabitants and the age, and to identify the daily water consumption habits during one month in specific cases to study the data obtained with the official published by accredited institutions were then compared and based on the results identified some measures to reduce consumption or it consume in a better way the water in each of the cases and implement cost-saving measures of water to each of the selected houses and to monitor for measure the efficiency of these proposed measures and now socialize results. The research methodology is based on the division of the different uses to evaluate on: toilet, shower and wash hands; laundry, wash the dishes, garden irrigation, pets washing, car washing. Is very important know the availability of water from the number and age of the inhabitants of the selected homes habitation and residential area where they are located. Palabras clave: Consumo de agua, uso diario del agua, consumo del agua en las actividades diarias Key Words: Consumption of water, daily use of water, consumption of water in the daily activities INTRODUCCIÓN El agua potable, es esencial para todas las formas de vida, incluida la humana. El acceso al agua potable, se ha incrementado sustancialmente durante las últimas décadas en prácticamente la totalidad de la superficie terrestre. Sin embargo, estudios de la FAO estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes del Las aguas superficiales engloban los lagos, embalses, ríos y humedales suponiendo solamente el 0.3% del agua dulce del planeta, sin embargo representan el 80% de las aguas dulces renovables anualmente de allí su importancia. Además de precisar los seres humanos el agua para su existencia precisan del agua para su propio aseo y la limpieza. Se ha estimado que los humanos consumen «directamente o indirectamente» alrededor de un 54% del agua dulce superficial disponible en el mundo. Este porcentaje se desglosa en: Un 20%, utilizado para mantener la fauna y la flora, para el transporte de bienes (barcos) y para la pesca, y el 34% restante, utilizado de la siguiente manera: El 70% en irrigación, un 20% en la industria y un 10% en las ciudades y los hogares Debido al gran problemática con los recursos hídricos con el mal uso en nuestras casas. Es importante mencionar que diferentes instancias se han preocupado por legislar acciones, publicar instructivos como se cita textualmente en el Reglamento de la Ley de aguas nacionales. Nuevo Reglamento, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 12 de enero de Texto vigente. Última reforma publicada DOF ; en la fracción, XXIV. Uso público urbano: la utilización de agua nacional para centros de población o asentamientos humanos, a través de la red municipal, así como en el Titulo sexto. Usos del agua. Capítulo I. Uso Público Urbano en particular lo señalado por el Artículo 81.- La explotación, uso o aprovechamiento de aguas nacionales, superficiales o del subsuelo para centros de población o asentamientos humanos. Publicaciones en 2006 de CONAGUA edita un texto de recomendaciones para ahorrar agua de 24 páginas, aunque esta en internet y es de uso público y puede ser consultado por cualquier persona, empero, no todos tienen acceso a internet, ni el interés por buscar información al respecto, sería conveniente que todos los usuarios de este bien nacional el agua tuviesen la información y hacer las recomendaciones que allí se manejan en el uso diario desde la casa. 401

402 El consumo de agua por persona en los países desarrollados puede alcanzar los 300 litros diarios, ante los 25 que se consumen en zonas subdesarrolladas, y los 80 litros que recomienda la Organización Mundial de la Salud (OMS), para las necesidades vitales e higiene personal. No obstante, el consumo medio mundial de litros de agua por persona es de litros diarios si se suman las actividades en las que se utiliza el agua para la agricultura y ganadería un 75 por ciento, e industria un 8 por ciento. Cobertura de agua potable y suministro de agua La cobertura de agua potable en México fue en 2004 de 89.5%. Sin embargo, la cobertura de este servicio aún es mucho mayor en zonas urbanas (95.6%) que en zonas rurales (71.3%). El suministro de agua de buena calidad en los sistemas de abastecimiento es importante para la salud e higiene de la población. A nivel nacional, se suministraron más de 320 mil litros de agua por segundo para consumo humano, de los cuales el 95% fue desinfectado. En promedio, se suministran 264 litros diarios por habitante. Por entidad federativa, algunos estados como Hidalgo y Puebla apenas sobrepasan los 150 litros diarios por habitante y en Oaxaca reciben apenas 100 litros diarios por habitante, en promedio. La huella hídrica ofrece un panorama real ante la demanda del vital líquido. El hombre utiliza grandes cantidades de agua para sus actividades cotidianas (beber, cocinar, lavar, etc.) pero mucha más para producir alimentos, papel, ropa y demás productos que consume. La huella hídrica de un país se define como el volumen total de agua que se utiliza para producir los bienes y servicios consumidos por sus habitantes. El concepto de huella hídrica fue introducido con el fin de proporcionar información sobre el uso de agua por los diferentes sectores. La producción de algunos alimentos demanda mayor cantidad de agua que otros, mientras que algunos productos industrializados, como el papel, pueden requerir el empleo de gran cantidad de agua para su producción. A la cantidad de agua empleada en la producción de cada producto se le denomina contenido virtual de agua. A nivel global, 86% de la huella hídrica está relacionada con el consumo de productos agrícolas, 10% con el consumo de bienes industriales y menos de 5% con los usos domésticos. Los principales factores que determinan la huella hídrica de un país son: a) el consumo de agua promedio per cápita, relacionado con el ingreso nacional bruto, b) los hábitos de consumo de sus habitantes, c) el clima, en particular la demanda de evaporación y d) las prácticas agrícolas. En el período , los países con mayor huella hídrica fueron Estados Unidos, Grecia y Malasia (superior a los m 3 /hab/año). En contraste, Afganistán y Somalia tienen una huella hídrica per cápita menor a 700 m 3 /hab/año. En ese mismo periodo, México tuvo una huella hídrica per cápita de m 3 /hab/año (value of water research report UNESCO, 2004). METODOLOGÍA Actualmente el uso indiscriminado e inadecuado del agua en todos los sectores como la industria, actividades agropecuarias, sistema operador de agua de los municipios y en el hogar, se deriva en muchas ocasiones por fugas no detectadas a tiempo. Ante este panorama generalizado en varias casas de nuestra Ciudad que sucede diariamente en el desperdicio de este recurso natural, necesario para las actividades diarias de cada uno de los habitantes de tal forma que el interés por realizar este trabajo de investigación de campo es conocer en una muestra aleatoria de casas en la ciudad de Puebla, el consumo del agua diario durante un mes. Y los resultados obtenidos de este seguimiento del consumo per cápita y estratificado por edad con lo reportado por instituciones oficiales. Se seleccionaron 4 casas, y sus habitantes Identificar los hábitos diarios durante un mes en el consumo de agua de los casos específicos a estudiar. Comparar los datos obtenidos con información publicada por instituciones oficiales. Identificar algunas medidas para disminuir el consumo del agua en cada uno de los casos. Implementar las medidas de ahorro de agua a cada una de las casas seleccionadas Hacer una evaluación de la eficiencia de estas medidas. El diagrama de bloques de la metodología se presenta en la Figura

403 Selección de casas aleatoriamente Criterios de selección similares Entrega de invitación a participar durante periodo seleccionado para ser evaluadas Indicaciones del procedimiento a seguir para la investigación Encuesta del uso y consumo del agua de los integrantes de la familia Número los integrantes Edad de los integrantes Hacer una evaluación de la eficiencia de estas medidas de las casas seleccionadas Actividades diarias de los integrantes Identificar medidas para disminuir el consumo del agua en cada uno de los casos Implementar las medidas de ahorro de agua a cada una de las casas seleccionadas Figura 1. Metodología RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las Tablas 1 a 5 presentan los resultados de los INVENTARIOS sobre el USO DE AGUA en casas habitación. Estos inventariose realizaron del 2 de septiembre al 8 de octubre de Se determinaron un total de 2,209 litros de agua descargada en un mes. Las Gráficas 1 a 4 presentan visualmente una comparación entre diferentes casas habitación. 403

404 Tabla 1. Tiempo de permanencia en regadera GASTO DE AGUA EN UN MES (REGADERA) Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Mensual Irma 2:10 hrs. 1:50 hrs. 2:50 hrs. 1:50 hrs. 9:07 hrs. Antonio 1:35 hrs. 1:40 hrs. 1:55 hrs. 1:05 hrs. 6:17 hrs. Marisol 2:40 hrs. 2:35 hrs. 2:25 hrs. 1:25 hrs. 9:08 hrs. Juan 1:30 hrs. 2:20 hrs. 1:40 hrs. 1:15 hrs. 6:45 hrs. Iris 1:45 hrs. 2:15 hrs. 1:20 hrs. 5:50 hrs. Casa 1 10:06 hrs. 8:41 hrs. 11:08 hrs. 7:17 hrs. 37:12 hrs. Papá 0:45 hrs. 0:45 hrs. 0:45 hrs. 0:45 hrs. 3:00 hrs. Mamá 0:30 hrs. 1:00 hrs. 1:15 hrs. 1:00 hrs. 3:45 hrs. Luis 1:00 hrs. 1:00 hrs. 1:00 hrs. 1:00 hrs. 4:00 hrs. Elias 0:45 hrs. 1:15 hrs. 1:00 hrs. 1:00 hrs. 4:00 hrs. Hugo 0:45 hrs. 1:00 hrs. 1:00 hrs. 1:15 hrs. 4:00 hrs. Claudia 1:45 hrs. 1:45 hrs. 1:45 hrs. 1:45 hrs. 4:00 hrs. Edgar 1:00 hrs. 1:00 hrs. 1:00 hrs. 1:00 hrs. 4:00 hrs. Casa 2 6:50 hrs. 8:05 hrs. 8:05 hrs. 8:05 hrs. 26:45 hrs. Uriel 3:00 hrs. 3:00 hrs. 3:15 hrs. 3:00 hrs. 12:15 hrs. Casa 3 3:00 hrs. 3:00 hrs. 3:15 hrs. 3:00 hrs. 12:15 hrs. Ivani 1:05 hrs. 1:05 hrs. 1:05 hrs. 1:05 hrs. 4:20 hrs. Casa 4 1:05 hrs. 1:05 hrs. 1:05 hrs. 1:05 hrs. 4:20 hrs. Gráfica 1. Sumatoria del tiempo en la regadera en una semana Gráfica 2. Descargas de agua en el inodoro durante un mes 404

405 Tabla 2. Número de descargas per capita GASTO DE AGUA EN UN MES (WC) Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Mensual Irma Antonio Marisol Juan Iris Casa Papá Mamá Luis Elías Hugo Claudia Edgar Casa Uriel Casa Ivani Casa Tabla 3. Gasto de agua en la regadera durante un mes NOMBRE Normalmente (L/M) Ahorrando (L/M) Ahorro (L/M) Irma Antonio Marisol Juan Iris Papá Mamá Luis Elias Hugo Claudia Edgar Uriel Ivani

406 Gráfica 3. Comparacion de ahorro de agua en la regadera Tabla 4. Gasto de agua y ahorro en el inodoro NOMBRE Normalmente (L/M) Ahorrando (L/M) Ahorro (L/M) Irma Antonio Marisol Juan Iris Papá Mamá Luis Elias Hugo Claudia Edgar Uriel Ivani Esta información nuestra el enorme desperdicio de agua en las casas habitación inventariadas. Aún cuando se busca el ahorro, éste es poco sustantivo, como puede observarse en la Gráfica

407 Actividad Gráfica 4. Comparativo de ahorro vs consumo de agua en el inodoro Tabla 5. Comparativo en el consumo de agua per cápita /día Consumo aproximado de agua por persona/día Consumo de agua anterior en litros Consumo de agua actual en litros Lavar la ropa Limpiar la casa Limpiar la vajilla a máquina Limpiar la vajilla a mano Cocinar 8 6 Darse una ducha Bañarse Lavarse los dientes Lavarse los dientes (cerrando el grifo) 1,5 0,5 Lavarse las manos 1,5 0,5 Afeitarse Afeitarse (cerrando el grifo) 3 1 Lavar el coche con manguera Descargar la cisterna Media descarga de cisterna 6 6 Regar un jardín pequeño Riego de plantas domésticas Beber 1,5 2,0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Con base en los inventarios realizados, pueden darse las siguientes conclusiones y recomendaciones basadas en los consejos emitidos por los expertos de la Organización de las Naciones Unidas (Chapagain y Hoekstra, 2004): Los inodoros modernos descargan 6 litros en promedio por descarga. 407

408 Si no se cuenta con ellos es indispensable cambiarlos. Las regaderas expulsan 20 litros en promedio por minuto pero si se cambian por regaderas de alta presión es posible tener un menor consumo de agua. Al lavarnos las manos gastamos 3 litros en promedio. Es recomendable cerrar la llave y gastar la mitad. Al lavarnos los dientes se gastan en promedio 7 litros por lo que es recomendable utilizar medio vaso con 125 ml de agua. La lavadora de ropa consume 100 litros por carga de ropa. Se recomienda tener la carga completa para usarla eficientemente. El goteo de un grifo o llave hace que las pérdidas sean en un día de 30 litros. Por ello es importante verificar las fugas de agua en casa, Una filtración de sólo 120 gotas por minuto puede acumular una pérdida de 1000 litros al mes por lo que es recomendable verificar la construcción de la casa Si existe un chorro fino de un grifo o llave, en un día se pierden 300 litros. Es recomendable que no existan ninguna fuga en las llaves de toda la casa. Al realizar el inventario de la forma en que se utilizan los recursos hídricos y comparándolos con los datos recopilados por la distintas dependencias del manejo de agua, se concluye que el uso adecuado del agua produce un ahorro muy significativo del recurso hídrico en forma muy económica. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CITADAS Y CONSULTADAS Chapagain, A.K., Hoekstra, A.Y Water footprints of nations. Value of Water Research Report Series No. 16. UNESCO-IHE. Delft. Países Bajos (Holanda)

409 A-H TL-10 NAWAPA-PHINO: Las plataformas económicas del futuro NAWAPA-PHINO: The economic platforms of the future Jonás Velasco* Miembro del Movimiento de Juventudes Larouchistas, diseñador editorial y columnista para la revista Prometeo, Corresponsal de la revista Executive Intelligence Review * Morelos # 60-A, Col. Barrio San Andrés, Delegación Azcapotzalco, México D.F. C.P , Teléfono Correo electrónico: RESUMEN NAWAPA-PLHINO (Alianza Norteamericana de Agua y Energía por sus siglas en inglés y Plan Hidráulico del Noroeste) son las plataformas del siglo XXI para garantizar el desarrollo armónico de la sociedad futura. Estas grandes obras tienen el objetivo de irrigar más de km 2 a través de una red de canales, túneles, presas, lagos etc. Empieza en Alaska y Canadá, en los ríos Yukón y MacKenzie y termina en el gran desierto americano que compartimos con Estados Unidos para conectarse con la parte norte del PLHINO que viene conduciendo más de 400 m 3 por segundo desde el centro de Nayarit hasta las grandes planicies sonorenses para conectarse al rio Yaqui. Esto brindará a las generaciones futuras agua, energía y alimentos suficientes, además de ser el primer paso en una nueva era para la humanidad, la era en la que el hombre empieza a transformar zonas y climas enteros del planeta a voluntad. Esto nos dará una capacidad cada vez mayor de sostener a nuestras poblaciones, y no sólo eso, también nos pondrá en el camino de transformar no sólo la tierra, sino también la luna y otros planetas. ABSTRACT NAWAPA-PLHINO (North America Power and Water Alliance and the North West Hydraulic Plan) are the 21st century platforms that will warranty the lawful development of future society. These huge projects aim to irrigate more than km 2 through a network of canals, tunnels, dams, lakes, etc. This begins in Alaska and Canada, in the Yukon and MacKenzie rivers, and finishes in the great American desert that we share with the United States, to be connected with the northern part of the PLHINO project. The PLHINO project conducts more than 400 m 3 of water per second from the center of Nayarit to the great Sonora plains to be then connected to the Yaqui River. This will provide water, energy and enough food to future generations; moreover it will be the first step into a new era for mankind, that in which human beings begin to willfully transform entire areas and weathers of the planet. This will give us an increasing capacity to sustain our populations, and not only that, but it also will bring us in the way to transform not only the Earth, but also the Moon and other planets. Palabras clave: Plataformas económicas, ley natural Key Words: Economic platforms, natural law 409

410 INTRODUCCIÓN La creatividad humana y el agua como detonadores de una transformación de la biosfera del planeta Vivimos hoy un momento histórico sumamente paradójico, ya que por un lado tenemos una tendencia enloquecida hacia la banalización de la cultura, hacia la mentalidad del aquí y el ahora, y una triste indiferencia hacia el sufrimiento ajeno en aras de la persecución del placer personal, sin embargo también tenemos, aunque en peligro de extinción, las dos grandes cimas de la ciencia humana al servicio de la humanidad, si así lo decidimos. Estas son la revolución espacial por un lado y la revolución nuclear por el otro. El hombre al presente, arranca importantes secretos al universo que lo colocan en una posición ejecutiva en la transformación del universo mismo, y el ejemplo y camino más eficiente hacia el entendimiento y ejecución de este nuevo paradigma humano es el proyecto conocido como NAWAPA-PLHINO (Alianza norteamericana de agua y energía por sus siglas en inglés y el Plan Hidráulico del Noroeste). Estos grandes proyectos de infraestructura o plataformas económicas marcarán literalmente el inicio de una nueva humanidad. La humanidad estará transformando la faz del planeta ya no como consecuencia accidental de satisfacer sus necesidades sino como un acto volitivo y consiente. Los grandes ciclos del agua entendidos por el ser humano podrán ser mejorados aumentando así la capacidad del planeta de generar materia viva, lo cual mejorará cualitativamente la organización actual del mismo. El plan original de NAWAPA se planificó en los años de 1950 y 1960, y consiste en una serie de proyectos diseñados para llevar grandes cantidades de agua potable desde Alaska y el Yukón canadiense, desviándola antes de que llegue su vertiente hacia el Océano Pacífico, canalizarla a través de Canadá, hacia Estados Unidos atravesando todo el territorio hasta el norte de México. Esto se logrará mediante una serie de presas, canales, túneles, lagos y bombeos, para guiar el trayecto del agua a través del continente, para abrir al riego potencialmente más de 22 millones de hectáreas y transformar el paisaje árido en el trayecto. El Plan Hidráulico del Noroeste que completa esta alianza norteamericana, a su vez también ideado en los 60 s y actualmente trazado por el ingeniero Manuel Frías Alcaraz, tiene el objetivo de trasvasar más de 400 m 3 por segundo de agua sumados de los 16 ríos comprendidos desde el río Santiago en Nayarit hasta el río Yaqui en Sonora. Esto se realizará fundamentalmente a través de una serie de canales, túneles, presas, lagos artificiales, etc. Conduciremos el agua (de otro modo vertida al mar) hasta llegar a las grandes planicies sonorenses donde el agua es escasa pero el terreno tiene un inmenso potencial agrícola. A lo largo de ambos proyectos construiremos líneas ferroviarias de alta velocidad, tanto para pasajeros como para flete, nuevas plantas nucleares e incluso nuevas ciudades. A lo largo de la ruta, el riego y el flujo del agua bajo gestión comenzarán a transformar la zona por donde pase el agua, incluyendo las condiciones climáticas, como ejemplo de la gestión consciente de la humanidad sobre una región significativa de la biosfera, aumentando la productividad de la humanidad y de la biosfera misma. METODOLOGÍA El ser humano fue creado con la capacidad de entender y transformar el universo Es parte de la ley natural la defensa a la vida humana y su proliferación, por tanto como ley natural (universal) deben de existir los medios para que el hombre haga cumplir dicha ley. Así todos los retos y dificultades que conlleve la construcción de estas plataformas afines a la ley natural representarán un reto para los ingenieros pero nunca un agente nocivo al universo mismo. Estas obras regresarán la visión de los ingenieros veteranos que todavía veían en las grandes obras un reto a su inteligencia y una confirmación de la chispa creativa única en el ser humano. Además acabarán con el pesimismo actual de la academia y del gobierno de sólo buscar obras costeables o que cumplan con los estándares de Costo beneficio que en realidad significa obras que dejen dinero rápido y que no tienen ningún tipo de planeación a cubrir las demandas futuras de la sociedad. Aprovechando y fomentando lo antes dicho la estructura financiera imperialista que hoy nos rige lleva más de 30 años menguando las bases de nuestro estado nacional a través de su brazo operador la globalización. Son estos conceptos en mente lo que da la metodología a seguir en la construcción de dichas obras. 410

411 Una breve idea de la movilización físico económica desatada por el proyecto NAWAP- PLIHNO Por cuestión de eficiencia, más allá de darles un listado enorme de los requerimientos del proyecto NAWAPA-PLHINO, listado en que perdería su atención al sumergirlos en un océano de datos, he preferido manejar un ilustrativo ejemplo de la vida real y trasladarlo a las proporciones que NAWAPA-PLHINO demanda, y fac