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: 2003-2013 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.
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).
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
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 SSA1 2002 (Residuos peligrosos; clasificación y manejo) 4. NOM 004 SEMARNAT: Especificaciones de lodos y biosólidos 5. NOM 147 SEMARNAT/SSA: Criterios para remediar sitios contaminados
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 22 260 Bario 5 400 67 000 Berilio 150 1900 Cadmio 37 450 Cromo Hexavalente 280 510 Mercurio 23 310 Níquel 1 600 20 000 Plata 390 5 100 Plomo 400 800 Selenio 390 5 100 Talio 5,2 67 Vanadio 78 1000
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
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.
Suelos con capacidades filtro y amortiguadoras de medianas a altas y muy altas: Rendzic/ mollic Leptosol Haplic/calcaricPhaeozem Pellic/eutric Vertisol
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 < 0.005 mgl -1
Acumulación de metales pesados en los suelos en función del tiempo bajo riego (Siebe, 1994). Ap Ah1 Ah2 Ah3 Cw Ap 100 0 20 40 60 80 0 4 80 80 16 80 20 40 60 80 profundidad [cm] 20 Pb [mg kg -1 ] 65 Cu [mg kg -1 ] 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 0 4 20 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 0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 200 250 300 0 0 4 16 65 65 80 4 80 20 16 20 80 20 20 80 16 65 80 80 Ah1 Ah2 40 60 40 60 Ah3 80 80 Cw 100 profundidad [cm] 100 profundidad [cm]
Contenidos de metales pesados en la capa arable (0-20 cm) en función del tiempo bajo riego (Chapela- Lara, 2011) 70 250 60 200 50 Cu VR =0.3749t +12.834, R 2 = 0.8690 Zn VR =1.3898t + 52.1976, R 2 = 0.8603 Cu PH =0.3120t + 9.729, R 2 = 0.9813 Zn PH =1.1541t + 43.5395, R 2 = 0.9714 Cu LP =0.2642t + 13.082, R 2 = 0.9131 Zn LP =0.9520t + 59.4795, R 2 = 0.8980 Cobre Zinc (mg/kg) (mg/kg) 150 40 30 100 20 50 10 0 0 20 40 40 60 60 80 80 100 100 120 120 Tiempo bajo riego (años) vertisoles vertisoles feozems feozems leptosoles leptosoles Tasa de acumulación: Vertisoles > Feozems > Leptosoles
Metales pesados totales en suelos y comparación con valores de referencia de la Unión Europea 80 350 Hay un enriquecimiento en metales pesados en los primeros 30 cm del suelo: Cobre (mg/kg) 60 250 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. 40 100 20 Zinc (mg/kg) 300 200 150 Cu = 0.3256t + 11.8547 50 Zn = 1.1770t + 53.02 0 0 100 3.5 80 3.0 Plomo (mg/kg) 60 40 Cadmio (mg/kg) 2.5 2.0 1.5 1.0 20 Pb = 0.3119t + 22.5098 0.5 Cd = 0.0121t - 0.0243 0 0 50 100 150 200 250 0.0 0 50 100 150 200 250 Tiempo bajo riego (años) Tiempo bajo riego (años)
Zn extractable con NH 4 NO 3 de muestras de suelo (Cayetano-Salazar, 2012): 150 Zn LP =0.5823t + 33.4155, R 2 =0.5525 Zn VR =0.3888t + 39.9761, R 2 =0.4857 Zn (μg kg -1 ) 100 50 0 8 Cd LP =0.0637t - 0.6895, R 2 =0.7691 Cd VR =0.04729t - 0.030, R 2 =0.9204 Cd (μg kg -1 ) 6 4 2 0 Vertisol Leptosol 0 20 40 60 80 100 120 Años bajo riego
Metales en tejido de alfalfa (Cayetano-Salazar, 2012) Cd (mg kg -1 ) 0.25 Cd LP =0.0015t + 0.0441, R 2 =0.7108 Cd VR =0.0011t + 0.0535, R 2 =0.8713 0.20 0.15 0.10 0.05 Pb (mg kg -1 ) 0.20 0.15 0.10 0.05 Pb =0.0003t + 0.0844, R 2 =0.5712 LP Pb =0.001t + 0.0368, R 2 =0.5631 VR Cu (mg kg -1 ) 0.00 10 8 6 4 2 0 CuLP=0.0315t + 3.7699, R 2 =0.7399 CuVR=0.0154t + 4.6819, R 2 =0.4936 0 20 40 60 80 100 120 Años bajo riego Zn (mg kg -1 ) 0.00 80 30 25 20 15 Zn =0.0773t + 19.0355, R 2 =0.5729 LP Zn =0.0610t + 19.3494, R 2 =0.4805 VR Vertisol Leptosol 0 20 40 60 80 100 120 Años bajo riego
Metales en grano de maíz (Cayetano-Salazar, 2012) 0.010 Cd LP =2.87e -5 t + 0.0038, R 2 =0.4529 0.008 Cd (mg kg -1 ) 0.006 0.004 0.002 0.000 30 25 Zn (mg kg -1 ) 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 Años bajo riego Vertisol Leptosol
Alfalfa: Comparación con umbrales reportados por la OMS (1996) En este estudio Cd Pb Cu Zn Mn Fe mg kg 1 0.02 0.23 0.02 0.26 3.5 8.3 13 31 24 60 60 140 LMP (WHO, 1996) 0.5 10 20 50 30 1000 Grano de maíz (mg/kg): Tratamiento Cu Zn Mn Pb Cd Fe 100 años riego** 1.40 21 0.007 0 años riego** 1.72 17 0.003 LMP (WHO, 1996) 20 50 30 10 0.5 1000
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, 1996. De seguir con esta práctica los contenidos de Cu, Zn y Pb en tejido de alfalfa rebasarían los LMP entre los 515-995, 400-500 y 14 200 33 050 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)
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 0.008 ± 0.0004 0.006 ± 0.001 Zn alfalfa 0.032 ± 0.002 0.025 ± 0.001 Pb alfalfa 1.06E 4 ± 2.40E 5 1.08E 4 ± 5.49E 6 Cu maíz 0.0018 ± 0.0002 0.0016 ± 0.0003 Zn maíz 0.025 ± 0.006 0.017 ± 0.003
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 406 304 Cu alfalfa 995 515 Zn alfalfa 500 400 Pb alfalfa 14 200 33 050
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, 1996. Metal VR LP mg L 1 Cu alfalfa 0.03 0.021 Zn alfalfa 0.075 0.053 Pb alfalfa 0.015 0.011 Cu maíz 0.027 ± 0.004 0.020 ± 0.003 Zn maíz 0.067 ± 0.009 0.050 ± 0.008
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 41 75 Cadmio 39 85 Cromo 1 200 3 000 Cobre 1 500 4 300 Plomo 300 840 Mercurio 17 57 Níquel 420 420 Zinc 2 800 7500
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 0.006 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 0.017 mg/l y en Cu menores a 0.016 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.
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.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
Propiedades de los suelos (Siebe, 1994). Property: Leptosols Phaeozems Vertisols ph (CaCl2) 6.86-8.09 7.44-8.02 6.86-8.38 Electric Conductivity [ms/cm] 0.41-3.13 0.49-3.4 0.28-2.22 (8.22-40.06)* Soil Organic Matter [%] 1.7-3.3** 3.1-6.4 1.6-4.5 1.2-3.3 ** 3.8-5.5 CEC [cmol c /kg] 20.2-26.3** 28.3-35.4 16.3-31.0 24.7-35.9** 36.9-43.5 Calcium Carbonate [%] 1.2-17.9 0.2-15.0 0-3.4 Clay [%] 18.6-39.0 10.5-33.9 34-60 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
Fraccionamiento de metales pesados: Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012
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 222 176 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
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 222 176 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
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 0.122 Cadmio 0.100 Mercurio 0.020 Níquel 1.100 Plata 0.500 Plomo 0.500 Selenio 0.100