Normatividad en México para regular concentraciones de metales pesados en biosólidos, agua para riego y suelo

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Manuela Maldonado Ortiz de Zárate
hace 7 años
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1 FORO: LA GESTIÓN DE SITIOS CONTAMINADOS Y RESIDUOS EN MÉXICO A 10 AÑOS DE LA PUBLICACIÓN DE LA LGPGIR Sesión 1: Avances y retos de las leyes, normas y reglamentos en materia de sitios contaminados y residuos: Normatividad en México para regular concentraciones de metales pesados en biosólidos, agua para riego y suelo Christina Siebe, Mario Cayetano Instituto de Geología Laboratorio de Edafología Ambiental 13 de mayo de 2013, Torre de Ingeniería, C.U., México D.F.

2 Introducción Los metales pesados se consideran como elementos potencialmente tóxicos, dado que en concentraciones relativamente bajas afectan a los seres vivos. Con el tiempo tienden a acumularse en los suelos, de donde pueden traslocarse hacia los cultivos y el acuífero y así entrar a la cadena alimenticia (Tiller, 1989).

3 Comportamiento de los metales en el ambiente Fuentes: planta Litogénicas antropogénicas: desechos agroquímicos industria automotores Basura, composta agua, lodo residual jales suelo material parental absorción metales solución lixiviación quelatación precipitación adsorción ph pe actividad microbiana Temp materia orgánica contenido de agua contenido de sales Arcillas Oxi-/hidróxidos de Fe, Al, Mn acuífero En los ecosistemas los suelos funcionan como un sumidero para metales y son importantes reguladores de su biodisponibilidad velocidad de infiltración profundidad del nivel freático

4 Normatividad existente en México relacionada con concentraciones de metales pesados 1. NOM 001 SEMARNAT: descargas de aguas residuales a cuerpos de agua (y suelos) 2. NOM 002 SEMARNAT: descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado y municipales 3. NOM 087 ECOL SSA (Residuos peligrosos; clasificación y manejo) 4. NOM 004 SEMARNAT: Especificaciones de lodos y biosólidos 5. NOM 147 SEMARNAT/SSA: Criterios para remediar sitios contaminados

5 NORMA OFICIAL MEXICANA NOM 147 SEMARNAT/SSA1 2004: CONCENTRACIONES DE REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS Contaminante Uso agrícola/residencial /comercial (mg/kg) Uso industrial (mg/kg) Arsénico Bario Berilio Cadmio Cromo Hexavalente Mercurio Níquel Plata Plomo Selenio Talio 5,2 67 Vanadio

6 Estudio de caso: Contaminación de suelos y cultivos por el riego con agua residual en el Valle del Mezquital C. Siebe, M. Chapela Lara y M. Cayetano Salazar

7 Riego con agua residual en el Valle del Mezquital: >90,000 ha 40 m 3 s 1 agua residual sin tratamiento + 12 m 3 s 1 escurrimiento superficial Maíz y alfalfa Riego inició en 1912.

8 Suelos con capacidades filtro y amortiguadoras de medianas a altas y muy altas: Rendzic/ mollic Leptosol Haplic/calcaricPhaeozem Pellic/eutric Vertisol

9 Concentraciones en el agua de riego NOM-001: Concentraciones en el agua residual (Siebe, 1994) Pb < 5.0 mgl -1 Cu < 0.2 mgl -1 Zn < 2.0 mgl -1 Cd < 0.01 mgl - 1 Pb 0.1 mgl -1 Cu 0.12 mgl -1 Zn 0.34 mgl -1 Cd < mgl -1

10 Acumulación de metales pesados en los suelos en función del tiempo bajo riego (Siebe, 1994). Ap Ah1 Ah2 Ah3 Cw Ap profundidad [cm] 20 Pb [mg kg -1 ] 65 Cu [mg kg -1 ] profundidad [cm] Cd [mg kg -1 ] Localidad: Zn [mg kg -1 ] Ulapa Juandhó Tenhé Bojayito Ulapa-Tetepango SJBojay El Salto Texcatepec intervalo en suelos de temporal de la zona 80 años bajo riego Ah1 Ah Ah Cw 100 profundidad [cm] 100 profundidad [cm]

11 Contenidos de metales pesados en la capa arable (0-20 cm) en función del tiempo bajo riego (Chapela- Lara, 2011) Cu VR =0.3749t , R 2 = Zn VR =1.3898t , R 2 = Cu PH =0.3120t , R 2 = Zn PH =1.1541t , R 2 = Cu LP =0.2642t , R 2 = Zn LP =0.9520t , R 2 = Cobre Zinc (mg/kg) (mg/kg) Tiempo bajo riego (años) vertisoles vertisoles feozems feozems leptosoles leptosoles Tasa de acumulación: Vertisoles > Feozems > Leptosoles

12 Metales pesados totales en suelos y comparación con valores de referencia de la Unión Europea Hay un enriquecimiento en metales pesados en los primeros 30 cm del suelo: Cobre (mg/kg) La acumulación se ajusta bien a una regresión lineal simple, con lo que puede predecrise en cuánto tiempo se alcanzarían concentraciones críticas en los suelos Zinc (mg/kg) Cu = t Zn = t Plomo (mg/kg) Cadmio (mg/kg) Pb = t Cd = t Tiempo bajo riego (años) Tiempo bajo riego (años)

13 Zn extractable con NH 4 NO 3 de muestras de suelo (Cayetano-Salazar, 2012): 150 Zn LP =0.5823t , R 2 = Zn VR =0.3888t , R 2 = Zn (μg kg -1 ) Cd LP =0.0637t , R 2 = Cd VR = t , R 2 = Cd (μg kg -1 ) Vertisol Leptosol Años bajo riego

14 Metales en tejido de alfalfa (Cayetano-Salazar, 2012) Cd (mg kg -1 ) 0.25 Cd LP =0.0015t , R 2 = Cd VR =0.0011t , R 2 = Pb (mg kg -1 ) Pb =0.0003t , R 2 = LP Pb =0.001t , R 2 = VR Cu (mg kg -1 ) CuLP=0.0315t , R 2 = CuVR=0.0154t , R 2 = Años bajo riego Zn (mg kg -1 ) Zn =0.0773t , R 2 = LP Zn =0.0610t , R 2 = VR Vertisol Leptosol Años bajo riego

15 Metales en grano de maíz (Cayetano-Salazar, 2012) Cd LP =2.87e -5 t , R 2 = Cd (mg kg -1 ) Zn (mg kg -1 ) Años bajo riego Vertisol Leptosol

16 Alfalfa: Comparación con umbrales reportados por la OMS (1996) En este estudio Cd Pb Cu Zn Mn Fe mg kg LMP (WHO, 1996) Grano de maíz (mg/kg): Tratamiento Cu Zn Mn Pb Cd Fe 100 años riego** años riego** LMP (WHO, 1996)

17 Conclusiones del estudio de caso: El consumo de alfalfa y grano de maíz no representa actualmente un riesgo para la salud humana, debido a que las concentraciones de los metales Pb, Cd, Cu y Zn son menores a los límites máximos permisibles establecidos por la WHO, De seguir con esta práctica los contenidos de Cu, Zn y Pb en tejido de alfalfa rebasarían los LMP entre los , y años de riego respectivamente. El sistema de manejo actual no es sustentable a largo plazo: Entrada de metales > salida de metales (absorción por el cultivo)

18 Concentración de metales en agua de riego que se tendrían que alcanzar para que el balance de masas sea de cero. Metal VR mg L 1 LP Cu alfalfa ± ± Zn alfalfa ± ± Pb alfalfa 1.06E 4 ± 2.40E E 4 ± 5.49E 6 Cu maíz ± ± Zn maíz ± ± 0.003

19 Tiempo estimado en que se alcanzarían los LMP de metales pesados establecidos por la (WHO, 1996), si las concentraciones de metales en el agua se mantienen a los niveles actuales. Metal VR LP Tiempo (años) Cd alfalfa Cu alfalfa Zn alfalfa Pb alfalfa

20 Concentración de metales en agua de riego que se tendría que alcanzar para que el balance de masas sea de cero, considerando que la concentración enloscultivosesiguala los límites establecidos por la WHO, Metal VR LP mg L 1 Cu alfalfa Zn alfalfa Pb alfalfa Cu maíz ± ± Zn maíz ± ± 0.008

21 NOM 004: LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PARA METALES PESADOS EN BIOSOLIDOS CONTAMINANTE (determinados en forma total) EXCELENTES mg/kg en base seca BUENOS mg/kg en base seca Arsénico Cadmio Cromo Cobre Plomo Mercurio Níquel Zinc

22 Para alcanzar un equilibrio entre entradas y salidas en alfalfa de manera inmediata las concentraciones de metales en el agua de riego tendrían que ser menores a mg/l para Cu, menor a 0.025mg/L de Zn y en plomo la concentración debería de ser menor a 1.06e-4 mg/l. En maíz las concentraciones de Zn tienen que ser menores a mg/l y en Cu menores a mg/l. Es probable que estas concentraciones se logren una vez que opere la macroplanta de tratamiento, sin embargo, se aplicarán entonces los biosólidos a los suelos. Las NOM 004 y 147 permiten concentraciones que rebasan significativamente los valores de referencia internacionales para contenidos totales en suelo. Con contenidos en el suelo cercanos al LMP estipulado en la NOM 147, los LMP en cultivos establecidos por la OMS se rebasarían.

23 Es necesario ampliar y especificar la normatividad mexicana relacionada con concentraciones de metales pesados en matrices ambientales, sobre todo en el suelo, y con base en éstas establecer más que concentraciones máximas permisibles en agu/biosólidos/composta, las cargas (masa/tiempo) máximas permitidas de los mejoradores de suelo.

24 GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

25 Propiedades de los suelos (Siebe, 1994). Property: Leptosols Phaeozems Vertisols ph (CaCl2) Electric Conductivity [ms/cm] ( )* Soil Organic Matter [%] ** ** CEC [cmol c /kg] ** ** Calcium Carbonate [%] Clay [%] Texture Sandy loam to sandy clay loam Sandy loam to clay loam Loamy clay to clay * soils with groundwater table near the surface ** soils under rain fed agriculture Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

26 Fraccionamiento de metales pesados: Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

27 Aplicación de biosólidos a suelos: En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 m 3 /s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada. El tratamiento generaba t de lodos 81% de éstos se vertían en cuerpos de agua 19% se trataban > biosólidos/o incineraban Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

28 Aplicación de biosólidos a suelos: En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 m 3 /s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada. El tratamiento generaba t de lodos 81% de éstos se vertían en cuerpos de agua 19% se trataban > biosólidos/o incineraban Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

29 NORMA OFICIAL MEXICANA NOM 147 SEMARNAT/SSA1 2004: CONCENTRACIONES DE REFERENCIA DE CONTAMINANTES SOLUBLES Contaminante Concentración (mg/l) Arsénico 0.5 Bario 10,000 Berilio Cadmio Mercurio Níquel Plata Plomo Selenio 0.100

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