EVALUACIÓN DE CONTAMINACIÓN DE AGUA POTABLE POR HIDROCARBUROS. CUBA, Tel , fax ,

Transcripción

1 EVALUACIÓN DE CONTAMINACIÓN DE AGUA POTABLE POR HIDROCARBUROS Miguel DÍAZ 1, Ana NÚÑEZ 1, Enrique NAVARRO 2, Eloy COMPANIONI 1, Miriam CORA 1, Verlayn PAUMIER 1, Juan A. COLÁS 1, Sandra MILLEr 1 1 Centro de Investigaciones del Petróleo Washington 169, Cerro, La Habana, CUBA, Tel , fax , michael@ceinpet.cupet.cu 2 Universidad Tecnológica de Izúcar de Matamoros Palabras clave: contaminante, identificación, agua potable, hidrocarburos. RESUMEN Se desarrolló una metodología que aplica una combinación de técnicas instrumentales tales como la cromatografía gaseosa de alta resolución, la espectrofotometría FTIR y la absorción infrarroja no dispersiva, con la que se identificó y cuantificó la contaminación del agua potable en una escuela, y se pudo establecer que había sido originada por un derrame de combustibles ocurrido en el área de calderas de este centro, el cual en su trayectoria se infiltró en las conductoras subterráneas de agua hacia la escuela. Esta metodología es factible de generalizar en estudios similares. El control sistemático cuantitativo y cualitativo de hidrocarburos en el agua potable de las cisternas, el tanque elevado y los bloques habitacionales permitió determinar en el tiempo mínimo que la calidad del agua estuvo apta para su uso con relación a este contaminante y a la presencia de productos novedosos aplicados en la limpieza para continuar utilizando estas instalaciones, con su consecuente impacto social y económico para el país. INTRODUCCION Para la identificación y/o cuantificación de hidrocarburos en agua se aplican múltiples técnicas tales como la cromatografía gaseosa de alta resolución, la espectrofotometría FTIR y la absorción infrarroja no dispersiva (JIS, 2002). El origen de la contaminación por hidrocarburos del petróleo de un agua potable es difícil de establecer cuando aparece en niveles de concentración muy bajos y no se tienen evidencias del hecho (Kiely, 1998). El objetivo fundamental de este estudio ha sido evaluar la contaminación del agua potable en una escuela con vistas a establecer su origen, la efectividad del tratamiento aplicado y determinar cuando la calidad del agua estuvo apta para su uso con relación a este contaminante. 1

2 MATERIALES Y METODOS Se analizaron 2 muestras de agua de abasto, provenientes del tanque elevado de la escuela, para determinar el contenido de hidrocarburos totales, así como el análisis cualitativo de los hidrocarburos presentes por Cromatografía gaseosa (perfil cromatográfico). Las muestras se tomaron con frascos apropiados para estos fines, según método normalizado ISO 5667, estas fueron preservadas para su posterior procesamiento y análisis en el laboratorio. El contenido de hidrocarburos totales fue determinado en un equipo OCMA-310, el cual adopta el método de absorción infrarroja no dispersiva (HORIBA, 2001). Por otra parte, se colectaron 2 muestras de combustible (códigos 434 y 435) de la posible fuente de contaminación (fuel-diesel), las cuales fueron procesadas en el laboratorio, sometiéndolas a tratamiento químico para eliminar materias extrañas no oleosas, según norma ASTM D , después de lo cual se analizaron cualitativamente por la técnica instrumental de cromatografía gaseosa capilar, según ASTM D En días posteriores se analizaron 61 muestras de agua de abasto, provenientes de diferentes puntos de muestreo ubicados en lugares dentro de la escuela, para determinar el contenido de hidrocarburos totales, así como realizar en 43 de estas muestras el análisis cualitativo de los hidrocarburos presentes por cromatografía gaseosa (perfil cromatográfico). También se colectó una muestra de residuo sólido extraído de las tuberías de distribución del agua potable en las instalaciones, la cual fue sometida a un proceso de extracción de materia orgánica en equipo soxhlet, concentración y purificación del extracto orgánico a través de cromatografía de adsorción en columna con alúmina totalmente activada y análisis cualitativo de los hidrocarburos presentes por cromatografía gaseosa de alta resolución. Para la determinación cuantitativa de grasas y aceites e hidrocarburos, las muestras de agua se sometieron a un proceso de extracción líquido-líquido en embudo separador con llave y tapa de teflón; purificación y limpieza del extracto orgánico para eliminar compuestos polares y cuantificación por espectrofotometría FTIR, según método 5520 (APHA, 1998), utilizando en las mediciones un espectrofotómetro FTIR modelo Avatar 360 de la firma Nicolet, con celdas de cuarzo de 1 cm de espesor. El procesamiento de los espectros se realizó con el software Nicolet s OMNIC, versión 5.0. A 5 de las muestras se le determinó el contenido de hidrocarburos totales utilizando un equipo OCMA-310, el cual adopta el método de absorción infrarroja no dispersiva (HORIBA, 2001). Los perfiles cromatográficos de los hidrocarburos presentes se obtuvieron (posterior a la extracción de materia orgánica con n-hexano) en un cromatógrafo de gases KONIK Serie 4000 B, con columna capilar de fase estacionaria BP-5 de 30 m de longitud, 0.32 mm d.i. y 0.5 µm y detector de ionización a la llama (FID). 2

3 La inyección de la muestra se realizó en modo splitless durante 1 min. El tamaño de muestra fue el adecuado en cada uno de los ensayos. RESULTADOS Y DISCUSION Los resultados obtenidos expresados en mg/l se dan en la tabla 1. De la tabla se deriva que la concentración de hidrocarburos (HC) encontrada en la muestra superficial (a 1 m de la superficie del agua) es considerablemente mayor que el nivel de hidrocarburos disueltos y dispersos en el agua hacia el fondo del tanque. Tabla I. Concentración de hidrocarburos en agua potable del tanque principal de la escuela. Muestra Código HC totales Agua de tanque principal (fondo) 429 < 0.1 Agua de tanque principal (superficie) Las figuras 1 y 2 muestran los perfiles cromatográficos correspondientes a los hidrocarburos extraídos de las muestras de agua, en los mismos se aprecian perfiles muy similares de contaminación reciente y la presencia de hidrocarburos del petróleo en el rango desde n-c 15 hasta n-c 30, lo cual apunta hacia la posible contaminación del agua por una mezcla de combustible diesel con fuel. Figura 1. Hidrocarburos presentes en agua del tanque principal (hacia el fondo). 3

4 Figura 2. Hidrocarburos presentes en agua de tanque principal (superficie). Figura 3. Muestra combustible recogida en la trampa (fuel/ diesel). 4

5 Figura 4. Muestra combustible recogida en zanja de la tubería en la entrada de la escuela. Si comparamos los perfiles cromatográficos de los hidrocarburos presentes en las muestras de agua con los obtenidos de las muestras del producto derramado (fuel-diesel), podemos apreciar en las figuras 3 y 4 que son muy similares y que la fuente de contaminación del agua proviene de este vertimiento. En la tabla 2 se observa que los niveles de concentración de grasas y aceites encontrados en las muestras de aguas de diferentes puntos de muestreo ubicados en lugares dentro de la escuela están por debajo de 0.3 mg/l que es el límite de concentración máximo regulado en la norma cubana para fuentes de abastecimiento de agua (NC 93-11, 1986). Teniendo en cuenta que estas aguas de abasto habían sido contaminadas con hidrocarburos del petróleo y los niveles máximos permisibles de este contaminante no se encuentran regulados en norma, se procedió al análisis cualitativo por Cromatografía Gaseosa con el objetivo de apreciar las características de los hidrocarburos presentes en las muestras de agua. En los perfiles cromatográficos correspondientes a los hidrocarburos extraídos de estas muestras de agua, se aprecia que las muestras 438, 448, 455, 460, 461, 465, 478, 479, 487, 489 y 495 exhiben contaminación por hidrocarburos del petróleo, dado por la presencia (en algunos casos) del isoprenoide fitano y de la mezcla de compuestos no resuelto (UCM- elevación de la línea base), lo cual es característico de este tipo de contaminación y cuya presencia fue más marcada en las muestras 455 (comedor), 461 (cocina), 479 (residuo sólido extraído de las tuberías), 487 (punto 11- nivel 1), 489 (punto 6- nivel 1) y 495 (punto 4- nivel 1), como muestran las figuras

6 Tabla 2. Niveles de concentración de grasas y aceites e hidrocarburos en las muestras de aguas, expresados en mg/l. Muestra Código G y A HCT Muestra Código G y A HCT Punto 1 (nivel 1) Punto 3 (nivel 4) 467 < 0.1 < 0.1 Punto 2 (nivel 1) 439 < 0.1 < 0.1 Punto 4 (nivel 4) 468 < 0.1 < 0.1 Punto 3 (nivel 1) 440 < 0.1 < 0.1 Punto 5 (nivel 4) 469 < 0.1 < 0.1 Punto 4 (nivel 1) 441 < 0.1 < 0.1 Punto 6 (nivel 4) 470 < 0.1 < 0.1 Punto 5 (nivel 1) 442 < 0.1 < 0.1 Punto 7 (nivel 4) 471 < 0.1 < 0.1 Punto 6 (nivel 1) (*) 443 < 0.1 Punto 8 (nivel 3) 472 < 0.1 < 0.1 Punto 7 (nivel 1) (*) 444 < 0.1 Punto 9 (nivel 3) 473 < 0.1 < 0.1 Punto 8 (nivel 1) (*) 445 < 0.1 Punto 10 (nivel 4) 474 < 0.1 < 0.1 Punto 9 (nivel 1) (*) 446 < 0.1 Punto 11 (nivel 4) 475 < 0.1 < 0.1 Punto 10 (nivel 1) (*) 447 < 0.1 Punto 12 (nivel 4) Punto 11 (nivel 1) 448 < 0.1 < 0.1 Punto 13 (nivel 4) 477 < 0.1 < 0.1 Punto 12 (nivel 1) 449 < 0.1 < 0.1 Punto 14 (nivel 4) 478 < 0.1 < 0.1 Punto 13 (nivel 1) Punto 11 (nivel 4) 480 < 0.1 < 0.1 Punto 14 (nivel 1) 451 < 0.1 < 0.1 Punto 12 (nivel 4) 481 < 0.1 < 0.1 Comedor Punto 13 (nivel 4) 482 < 0.1 < 0.1 Comedor < 0.1 < 0.1 Punto 1 (nivel 4) 483 < 0.1 < 0.1 Comedor Posta médica 484 < 0.1 < 0.1 Comedor Villa (nivel 4) 485 < 0.1 < 0.1 Comedor < 0.1 < 0.1 Punto 14 (nivel 4) 486 < 0.1 < 0.1 Salida cisterna 457 < 0.1 < 0.1 Punto 11 (nivel 1) 487 < 0.1 < 0.1 Villa (nivel 1) 460 < 0.1 < 0.1 Villa (nivel 1) 488 < 0.1 < 0.1 Cocina Punto 6 (nivel 1) 489 < 0.1 < 0.1 Cisterna vaso < < 0.1 < 0.1 Punto 7 (nivel 1) (fondo) Cisterna vaso < 0.1 Punto 8 (nivel 1) 491 < 0.1 < 0.1 (fondo) Punto 1 (nivel 4) 465 < 0.1 < 0.1 Tubería cocina 492 < 0.1 < 0.1 Punto 2 (nivel 4) 466 < 0.1 < 0.1 Comedor < 0.1 < 0.1 (*) muestras analizadas en equipo OCMA-310 G y A - grasa y aceites HCT - hidrocarburos totales Se debe señalar que en los perfiles cromatográficos de estas muestras se observó la presencia de alcoholes grasos etoxilados, componentes de los productos utilizados (desengrasantes con propiedades emulsificantes) en la limpieza de las cisternas y del tanque elevado. 6

7 Figura 5. Hidrocarburos presentes en agua del comedor Figura 6. Hidrocarburos presentes en agua de la cocina 7

8 Figura 7. Hidrocarburos presentes en residuo sólido extraído de las tuberías Figura 8. Hidrocarburos presentes en agua del Punto 11- nivel 1 8

9 Figura 9. Hidrocarburos presentes en agua del Punto 6- nivel 1 Figura 10. Hidrocarburos presentes en agua del Punto 4- nivel 1 9

10 Es bueno resaltar que entre los 2 y 4 días posteriores se tomaron nuevas muestras de agua de estos mismos puntos y los resultados cualitativos no mostraron la presencia de hidrocarburos de origen del petróleo, debido a la ausencia de componentes característicos (muestras 493- comedor 4, 492- cocina, 497- punto 11 nivel 1, 499- punto 6- nivel 1 y 498- punto 4 nivel 1). CONCLUSIONES 1. En el agua superficial del tanque principal se encontró un nivel considerablemente elevado de hidrocarburos totales. 2. El análisis cualitativo por cromatografía gaseosa evidenció la contaminación del agua con hidrocarburos del petróleo. 3. Los resultados obtenidos en el análisis cualitativo muestran que la fuente de contaminación del agua es reciente y proviene del combustible derramado en el área (mezcla fuel-diesel). 4. Los niveles de concentración de grasas y aceites encontrados en las muestras de aguas de diferentes puntos de la red de distribución dentro de la escuela están por debajo del límite de concentración máximo regulado en la norma cubana. 5. El análisis cualitativo por cromatografía gaseosa evidenció la existencia de hidrocarburos del petróleo en 11 muestras, cuya presencia fue más marcada en 5 de ellas. Los análisis de muestras de estos mismos puntos en días posteriores no exhibieron la presencia de este tipo de hidrocarburos. REFERENCIAS 1. APHA. Standard Methods for the examination of water and wastewater. 20 th ed. APHA-AWWA- WEF, ASTM. (2001). D Standard Practice for Preparation of Samples for Identification of Waterborne oils. Standards on Disc. 3. ASTM. (2001). D Standard Test Methods for Comparison of Waterborne Petroleum Oil by Gas Chromatography. Standards on Disc. 4. EPA. (2002). Fact Sheet: Proposed Test Procedure for the analysis of oil and Grease and Total Petroleum Hydrocarbons. Concerning to EPA Method HORIBA. (2001). OCMA-310. Oil Content Analyzer. Instruction Manual, Japan. 6. ISO. (1994). Standards Compendium Environmental Water Quality. Vol 2. Chemical Methods, 1 st ed. Geneve. 7. JIS. (2002). Handbook of Environmental Technology. Japanese Standards Assoc. Tokyo, 2109 p. 8. Kiely, G. (1998). Environmental Engineering. Mc Graw Hill International Ed. London, 979 p. 9. NC (1986). Higiene Comunal. Fuentes de Abastecimiento de agua. La Habana. 10