RIESGOS PARA LA SALUD POR EL USO DE AGUAS RESIDUALES EN AGRICULTURA (Aspectos toxicológicos) Autores: María Luisa de Esparza y Margarita de Zumaeta Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) Casilla Postal 4337, Lima 100, Perú Los Pinos 259, Urbanización Camacho Lima 12, Perú Teléfono (51-1) 437-1077, Fax (51-1) 437-8289 Correo electrónico mesparza@cepis.org.pe, mzumaeta@cepis.org.pe Palabras claves AGUAS RESIDUALES, SALUD, AGRICULTURA, TÓXICOS, RIESGOS
Introducción Uno de los problemas más agudos que enfrenta la mayoría de países latinoamericanos es la escasez de agua para riego, aspecto que influye en la producción de alimentos destinados a satisfacer las necesidades nutricionales de la población. Esta escasez de agua origina la necesidad de utilizar para riego fuentes alternativas como son las aguas residuales. En la mayoría de países existen disposiciones que prohiben el uso agrícola de aguas residuales de origen industrial debido a que implica un riesgo de exposición prolongada frente a sustancias tóxicas. En los países en vías de desarrollo la aplicación de estas disposiciones tienen cierto grado de dificultad debido a que numerosas industrias, formales y clandestinas, vierten sus efluentes al alcantarillado municipal el cual en muchos casos se usa para riego. De aquí la inquietud en conocer los posibles efectos que puede conllevar la transferencia de los tóxicos al suelo y a los productos agrícolas. Otro aspecto a considerar es el uso inapropiado de los sedimentos producidos en los sistemas de tratamiento de agua residual. Estos sedimentos son usados para el mejoramiento de suelos pero cuando el agua residual trae residuos tóxicos provenientes de las industrias, estas sustancias químicas se concentran en los sedimentos. Por lo tanto, su uso en agricultura expone a la población, en forma permanente, a cantidades relativamente pequeñas de tóxicos que a largo plazo pueden llegar a producir intoxicaciones crónicas, con consecuencias aún no bien conocidas. En numerosos estudios epidemiológicos, experimentos en animales de laboratorio y estudios de exposición prolongada a pequeñas dosis de tóxicos se ha tratado de profundizar sobre los posibles efectos de diversas sustancias químicas en el organismo humano, pero aún no se cuenta con suficiente información. La naturaleza de este riesgo y el peligro potencial que representa la presencia de tóxicos en el ambiente ha sido reconocida hace pocos años y aún no se ha evaluado el efecto en la salud de la mayor parte de los tóxicos. El objetivo del presente trabajo es informar sobre los aspectos toxicológicos involucrados en la evaluación de riesgos para la salud por el uso de aguas residuales en agricultura. A fin de obtener datos que proporcionen una base para evaluar este riesgo se consideró la medición de los niveles de concentración de metales pesados tóxicos, compuestos orgánicos sintéticos (plaguicidas y bifenilos policlorados) en agua de riego con diferentes niveles de tóxicos. Se evaluaron muestras de aguas residuales crudas y tratadas, agua de río, en productos agropecuarios (vegetales y leche) provenientes de zonas de cultivo regadas con aguas residuales crudas y tratadas y agua de río, suelos agrícolas y sedimentos. Además, se evaluaron productos agrícolas procedentes de mercados a fin de conocer la calidad toxicológica de los vegetales consumidos por la población. Como aporte final se propone un estudio que permite establecer los límites máximos permisibles de tóxicos en el agua de riego. Metodología El estudio se realizó en Lima, Perú, en tres zonas agrícolas regadas con aguas residuales, una zona agrícola regada con agua de río (zona considerada como testigo) y en diversos mercados de Lima Metropolitana. Los lugares seleccionados para el estudio, clasificadas según el tipo de agua de riego; fueron las siguientes: - Zona de uso de aguas residuales con predominio industrial, con mezcla de origen doméstico y agua del río Rímac: Fundo San Agustín (Callao). - Zona regada con aguas residuales de origen doméstico: Santa Rosa (San Martín de Porres). - Zona regada con efluentes de lagunas de estabilización: San Juan de Miraflores. - Zona regada con agua de río: Huaycán Bajo (Cieneguilla), agua del río Lurín. - Mercados de Lima: Mayorista, Central, Callao y San Martín de Porres.
En las zonas agrícolas se colectaron y analizaron muestras de agua, suelos, sedimentos y productos agropecuarios. En las muestras de agua además de los parámetros fisicoquímicos básicos (temperatura, ph, demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno, oxígeno disuelto y amonio) se midieron los siguientes tóxicos: metales, plaguicidas, organoclorados y bifenilos policlorados (PCBs). En las muestras de suelos, sedimentos y productos agrícolas se midieron metales y en leche de ganado vacuno procedente de las zonas en estudio se evaluó PCBs. En las zonas agrícolas se tomaron muestras de suelos y muestras de sedimentos en los canales y acequias; adicionalmente se tomaron muestras de sedimentos de las lagunas de estabilización. Los productos agrícolas se seleccionaron teniendo en cuenta su tipo de crecimiento, características morfológicas y frecuencia de consumo por la población. Se seleccionó la espinaca (Basella alba) por su capacidad de fijar el plomo, la fresa (Fragaria vesca) por adsorber contaminantes en su superficie, la zanahoria (Daucus carota) porque tiende a concentrar cadmio en su superficie, y la papa (Solanum tuberosa) y el maíz (Zea mays) por ser productos de consumo masivo. Los análisis de las muestras se hicieron según el Standard Methods (APHA, 1992), procedimientos propuestos por la Health and Welfare de Ottawa, Canadá, por la National Water Research (Burlington) y las metodologías analíticas desarrolladas en CEPIS con el apoyo de la JICA. Los análisis estuvieron sometidos a un programa de control de calidad analítica con muestras de control interno y referenciales para las diferentes matrices. Resultados de los análisis toxicológicos Evaluación toxicológica de las aguas usadas para riego En las aguas residuales de origen predominantemente industrial (Callao) se observaron valores altos de metales tóxicos: arsénico valores hasta >100 µg/l, cadmio > 10 µg/l y cobre hasta 250 µg/l. En aguas residuales domésticas (San Martín de Porres) se observó una concentración alta de cobre (hasta 2 500 µg/l) de probable origen industrial. En las aguas residuales domésticas de San Juan de Miraflores se detectó una baja contaminación con metales tóxicos (en promedio arsénico 11.45 µg/l, cadmio 5.00 µg/l, cobre 43.88 µg/l). Los resultados de los análisis de metales de las aguas del río Lurín, en la mayoría de muestras estuvieron por debajo de los límites de detección. En cuanto a los niveles de plomo, en Cieneguilla, San Martín de Porres y San Juan de Miraflores se observó un promedio de 29 µg/l, que representa un valor bajo en comparación con los valores detectados en el Callao (entre 10 y 253 µg/l). En el gráfico 1 se muestran los niveles de metales de interés toxicológico en aguas de riego. Los análisis demostraron que los plaguicidas organoclorados no representaron ningún problema de contaminación en las aguas destinadas para riego en las cuatro zonas estudiadas. Con respecto a los PCBs, en las aguas de origen doméstico se detectó una concentración promedio de 5 µg/l que probablemente se originó en la planta de transmisión eléctrica colindante que usa PCBs como material aislante. En San Martín de Porres, se detectó el valor más alto (270 µg/l); en el Callao, 190 µg/l.
Evaluación toxicológica de suelos y lodos En suelos se evaluó metales y PCBs, en el Callao y San martín se detectaron los valores más altos de cadmio>10 µg/g. Se observó la presencia de mercurio en suelos y se observó una mayor concentración en los suelos del Callao (0.47 µg/g) y en San Martín de Porres (0.18 µg/g). Los valores más altos de PCBs en lodos se registraron en el Callao (150 µg/g en base seca) y en San Martín de Porres (94 µg/g en base seca). Calidad de los productos agropecuarios Se presentó una mínima concentración de plomo en los vegetales cuya parte comestible crece debajo de la superficie del suelo. En la mayoría de las muestras procedentes de las cuatro zonas de estudio se detectaron valores de plomo <0.002 µg/g; sólo se observaron valores más altos (0.002 µg/g) en muestras de papa procedentes de la zona el Callao. En cuanto a cadmio, en todas las muestras se demostraron valores por debajo del límite analítico (<0.003 µg/g). En los vegetales que crecen a nivel de la superficie del suelo se encontraron niveles variables de plomo. Se comprobó que el nivel es mayor en las zonas donde los cultivos están expuestos a emisiones móviles, probablemente debido a la fijación del plomo en las hojas. La concentración de plomo fue mayor en el Callao (0.014 mg/g) y menor en los cultivos de otras zonas (<0.002 µg/g). El origen de la contaminación con plomo en la zona del Callao probablemente esté relacionada con el intenso tránsito vehicular. En vegetales de tallo alto también se encontró que la presencia de plomo depende más del grado de exposición a emisiones atmosféricas que de la calidad del agua de riego. Los valores ligeramente más altos de plomo (0.003 µg/g) se detectaron en muestras de maíz procedentes de San Juan de Miraflores. En el cuadro 1 se muestran los niveles de plomo y cadmio en productos agrícolas. Con respecto a la contaminación por PCBs, en San Juan de Miraflores se tomaron muestras de ganado vacuno procedentes de dos zonas agrícolas, una regada con efluente terciario y otra con agua residual sin tratar; en las muestras de leche colectadas en la primera zona las concentraciones fueron de 96 µg/l y en la segunda 530 µg/l, ambas en grasa total. En muestras procedentes del Callao se detectó 1000 µg/l en grasa total, siendo valores altos que se relacionan con los valores hallados en aguas y lodos. En la figura 2 se muestra los niveles de PCBs en leche. Propuesta para determinar las concentraciones tolerables de tóxicos en aguas usadas para riego Metodología Para saber cuál es la concentración máxima tolerable (Ct) de un determinado tóxico (t), expresada en g/m 3, se establece la siguiente expresión (expresión 1): C t = Q t. IDA t. α 32 El significado de los factores y otros elementos involucrados en la evaluación es el siguiente: IDA
IDA es la ingestión diaria máxima admisible por persona del tóxico (t) (en el idioma inglés es ADI, Admissible Daily Intake). Estos valores son el resultado de investigaciones científicas básicas realizadas por renombrados institutos. Significa la ingestión máxima admisible por las tres vías: agua, aire y alimentos, que puede ser dividida del siguiente modo. IDA t = α 1 IDA t + α 2 IDA t + α 3 IDA t Donde: α 1 sería el porcentaje ingerido por agua, α 2 por aire y α 3 por alimentos. Pc Es la población que consume los alimentos producidos en la zona Z, en un número de días de consumo correspondiente a cada temporada de producción: Pc = días de consumo X producción ( kg) consumo por habitante ( kg/ día por habitante) α 32 Es la fracción que puede adjudicarse a la ingestión del tóxico por alimentos, que corresponde a los provenientes de la zona (Z) f Es la fracción que engloba las pérdidas del tóxico (t) desde el punto (A) hasta los productos consumidos en la zona (Z). El valor debe ser obtenido analizando las pérdidas hidráulicas y del tóxico en sí y que comprenderá los siguientes aspectos: 1. Pérdidas hasta el punto B, incluyendo las reducciones de concentración del tóxico en un posible tratamiento. 2. Pérdidas desde el punto B hasta la zona de riego, que incluyen las relacionadas con las de distribución del agua de riego y su percolación en el terreno. 3. Pérdidas en los vegetales dependiendo de la movilidad y retención del tóxico en ellos. 4. Además debe tomarse en cuenta los valores promedio, máximos y mínimos de los principales tóxicos presentes en el agua de abastecimiento. 5. En consecuencia, de la expresión 1 puede deducirse Ct y se obtendría la siguiente expresión: C t = IDAT. α32 Q.. f p C Partiendo de lo anteriormente indicado, pueden seleccionare algunos tóxicos preponderantes y desarrollar en detalle propuestas de investigación para valores a obtener en diversas zonas y productos, hallando finalmente los Ct. En el siguiente esquema se muestra la concepción del sistema propuesto para el estudio
Conclusiones El uso agrícola de aguas residuales de origen predominantemente industrial implica un riesgo potencial de exposición de la población frente a sustancias químicas tóxicas, debido a la posibilidad de incorporación o adsorción de éstas a los productos agropecuarios de consumo humano. El vertimiento de efluentes industriales en la red de alcantarillado municipal altera la calidad de las aguas residuales domésticas lo que dificulta su tratamiento y su posterior uso en agricultura. En los países en vías de desarrollo, es posible la presencia de sustancias químicas tóxicas como metales pesados y PCBs en aguas residuales domésticas. En los suelos y sedimentos que están en contacto o se originan en aguas residuales, se concentran sustancias químicas tóxicas y el uso de estos lodos como abono es un riesgo potencial de contaminación de los productos agrícolas. En el ámbito del presente estudio se demostró que en los vegetales que crecen debajo de la superficie del suelo, la contaminación por tóxicos (plomo) tiene alguna relación con la calidad del agua de riego; y en los vegetales que crecen a nivel de la superficie del suelo y los de tallo alto, su contaminación proviene principalmente de las emisiones atmosféricas y en menor grado con la calidad del agua de riego. El uso agrícola de aguas residuales contaminadas con sustancias químicas (como PCBs, como indicador de contaminación industrial) en niveles de riesgo, implica un peligro de contaminación de los productos agropecuarios y por ende un riesgo para la salud de los consumidores. En aguas de riego, los valores de las sustancias químicas tóxicas que son considerados como límites permisibles no deben ser tomados como valores absolutos; deben adecuarse a las condiciones locales y considerar los aportes de otras fuentes para ello deben hacerse estudios de situación y desarrollar herramientas de gestión apropiadas.
Plomo y cadmio en productos agrícolas Zona Lugar de muestreo Especies Concentración Pb (µg/g) Cd (µg/g) Zona agrícola Maíz < 0.002 < 0.003 Papa 0.002 < 0.003 Espinaca 0.014 <0.003 Callao Mercado Maíz < 0.002 < 0.003 Papa 0.002 < 0.003 Espinaca 0.004 < 0.003 Fresa 0.002 < 0.003 Zona agrícola Maíz < 0.003 < 0.003 Espinaca < 0.009 < 0.003 Mercado Maíz 0.002 < 0.003 San Martín* Papa 0.002 < 0.003 Espinaca 0.037 < 0.003 Fresa < 0.002 < 0.003 San Juan* Zona agrícola Maíz 0.003 < 0.003 Cieneguilla Zona agrícola Maíz < 0.002 < 0.003 Mercados de Lima Mayorista Maíz < 0.002 < 0.003 Papa < 0.002 < 0.003 Espinaca < 0.002 < 0.003 Fresa < 0.002 < 0.003 Central Maíz < 0.002 < 0.003 Papa < 0.002 < 0.003 Espinaca < 0.003 < 0.003 Fresa < 0.002 < 0.003