XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México, 27 al 31 de octubre, 2002 CALIDAD DEL AGUA EN COLECTORES DE LA CIUDAD DE PUEBLA Y LA APLICACIÓN DE ANÁLISIS DE TOXICIDAD Pilar Saldaña Fabela* Bióloga de la Universidad Nacional Autónoma de México ENEP-Iztacala. Maestra en Ciencias de la UNAM-Facultad de Ciencias. Experiencia en Estudios de Calidad del agua, Malezas Acuáticas, Limnología, Bioindicadores y Ecotoxicología. Investigadora de tiempo completo desde 1989-2001 en el y actualmente Subcoordinadora de Hidrobiología y Evaluación Ambiental. Autor de 28 Informes técnicos y 38 artículos en revistas nacionales e internacionales especializadas y 4 manuales de la serie del IMTA. Víctor H. Alcocer Yamanaka Alicia Lerdo de Tejada Brito Ma. Antonieta Gómez Balandra C.P. 62550. Jiutepec, Morelos. Tel. 01 777 3 19 42 99. Paseo Cuauhnáhuac 8532, col. Progreso. Fax 01 777 3 20 86 38. E mail: psaldana@tlaloc.imta.mx RESUMEN Las descargas de aguas residuales industriales y municipales que son vertidas a los cuerpos receptores, por lo general presentan una mezcla compleja de contaminantes que afectan la calidad del agua, flora y fauna del ecosistema acuático. Por lo que a partir de 1997 entro en vigor la norma NOM-001-ECOL-1996, la cual se emitió parta proteger a los cuerpos receptores de las descargas. Sin embargo dicha norma contempla una serie de parámetros que por la complejidad de las descargas no siempre protegen al cuerpo receptor. En la Ciudad de Puebla se construyen cuatro plantas de tratamiento para el saneamiento del río Atoya y Alseseca, por lo que se realizó la evaluación de los colectores industriales, municipales, algunas descargas y dos sitios en el río Atoyac, con la finalidad de caracterizar a los colectores y descargas con la norma NOM-001-ECOL-1996, así como utilizar herramientas ecotoxicológicas que brinden información desde el punto de vista toxicológico para que las descargas sean evaluadas con criterios tanto fisicoquímicos como toxicológicos. Se emplearon para la evaluación normas de carácter voluntario como las NMX-AA- 112-1995-SCFI y. Los resultados obtenidos mostraron que los principales parámetros que sobrepasaron los límites permisibles fueron: sólidos suspendidos totales y demanda bioquímica de oxígeno en nueve descargas; nitrógeno total en tres descargas, fósforo total en una descarga y plomo en una descarga, mientras que con los análisis voluntarios las ocho descargas y en los cuerpos receptores se detectaron concentraciones efectivas (CE 50 ) de menos del 25%, lo que las ubica como descargas altamente tóxicas con la norma NMX-AA-112-1995-SCFI (Bacteria Photobacterium phosphoreum), con la norma NMX-AA-087-1995-SCFI (Daphnia magna), siete descargas resultaron tóxicas con diferentes niveles de toxicidad y en tres no se detectaron efectos ni alteraciones en los organismos de prueba después del periodo de 96 horas. Con la información tanto fisicoquímica como ecotoxicológica es posible determinar de una forma integral la calidad de las descargas de tal manera que sea posible garantizar que los sistemas de tratamiento mantengan y remuevan los contaminantes, así como, que el cuerpo receptor mantenga y en su caso mejore su calidad para la protección del ecosistema acuático. Con la inclusión de las pruebas toxicológicas como parte de las evaluaciones de las descargas, será posible generar información tecnico-científica que posibilite el establecimiento de guías, criterios y límites permisibles en las descargas en el mediano plazo, de tal manera que se puedan adicionar a la NOM-001-ECOL-1996. Palabras clave: Bacterias luminiscentes, Unidades de toxicidad, Concentración efectiva. Bacterias luminiscentes: bacteria marina que emiten luz de forma natural como producto de su respiración. Unidades de toxicidad: valor obtenido de la división de 100 y la CE 50 obtenida en la prueba. Concentración efectiva: La concentración efectiva que afecta o daña al 50% de la población expuesta.
INTRODUCCIÓN Las descargas de aguas residuales que son vertidas a los cuerpos receptores, tanto las de origen industrial como las municipales, presentan una mezcla compleja de sustancias químicas que afectan y deterioran la calidad del agua de los cuerpos receptores, ocasionando daños a la fauna y flora del sistema acuático que son los primeros en recibir el impacto de la descarga, y la continua incorporación del efluente deteriora los usos y aprovechamientos del recurso hídrico. Para evaluar y controlar la contaminación de las descargas hacia el cuerpo de agua, la NOM-001-ECOL-1996 entro en vigor en enero de 1997, dicha norma toma en cuenta algunos parámetros básicos como demanda bioquímica de oxígeno, ph, nitrógeno y fósforo total, grasas y aceites, sólidos suspendidos totales, sólidos sedimentables y metales como arsénico, cadmio, plomo, cromo, cianuros, níquel, cobre, mercurio y zinc; los cuales al realizarse la inspección en las descargas, resulta que cumplen con los límites máximos permisibles establecidos en la norma, pero que sin embargo el cuerpo receptor se sigue deteriorando en su calidad. Por tal motivo los análisis de toxicidad pueden ser aplicados en las descargas, ya que este es un parámetro que integra la información de la mezcla compleja del efluente y detecta la presencia de alguno o algunos compuestos tóxicos presentes en el agua, por lo que se puede considerar a éste análisis como complementario a los análisis convencionales para caracterizar las aguas residuales y asegurar una interpretación adecuada, de tal manera que se proteja al cuerpo receptor y por consiguiente se sigan manteniendo los procesos naturales dentro del sistema acuático que garantice los usos y aprovechamientos del recurso. Los Gobiernos Estatales para garantizar que las descargas municipales cumplan con la norma es necesario que realicen obras de infraestructura como lo son los colectores municipales, así como, sistemas de tratamiento para que las descargas lleguen al cuerpo receptor con una carga mínima, mientras que la Comisión Nacional del Agua debe de vigilar que las descargas industriales cumplan con la normatividad vigente. OBJETIVO Caracterizar la calidad del agua de varios colectores de la ciudad de Puebla con los parámetros de la NOM-001-ECOL- 1996 y complementar la evaluación con análisis de toxicidad, de tal manera que se cuente con herramientas que integren las respuestas de los organismos al impacto de la descarga de aguas residuales. AREA DE ESTUDIO En el Estado de Puebla el desarrollo industrial de los giros textil, químico, materiales de construcción, electromecánica y automotriz son los principales y se concentran en 12 parques industriales, que descargan sus aguas residuales a los ríos Atoyac y Alseseca, al igual que las descargas municipales de las poblaciones por las que atraviesan en su recorrido hasta llegar a la presa Valsequillo (SHCP, 1999). El río Atoyac es el principal cuerpo receptor que cruza el municipio de Puebla, nace de los deshielos y escurrimientos del volcán Iztaccihuatl; en su recorrido por el valle de Puebla recibe como tributarios a los ríos Xopanac, Zanja Real y La Cadena, así como al río Zahuapan, que en su trayectoria cruza por el estado de Tlaxcala; recibe además aguas de los ríos Zapatero, el Rabanillo, Ometlapanapa y San Francisco. Tiene una trayectoria oriente-poniente a lo largo de los límites geográficos de los estados de Puebla y Tlaxcala. Para el saneamiento de los ríos el Gobierno del Estado realiza obras de infraestructura con la construcción de sistemas de tratamiento y colectores industriales y muncipales que capten todas las descargas para ser conducidas hacia las cuatro plantas de tratamiento en donde recibiran una tratamiento primario avanzado. METODOLOGÍA Se seleccionaron diez puntos de muestreo que correspondieron a cuatro descargas municipales, un colector industrialmunicipal, dos colectores industriales, un colector municipal y dos sitios en el cuerpo receptor (Fig. 1); en cada una de las descargas se tomaron muestras de agua en el periodo de dos años (2000-2001) y se preservaron para el análisis de la NOM-001-ECOL-1996, y para el análisis de toxicidad se utilizó a la bacteria bioluminiscente Photobacterium phosphoreum y al cladócero Daphnia magna, los cuales están incluidos como análisis voluntarios en las Normas Mexicanas NMX-AA-112-1995-SCFI y en la NMX-AA-087-1995-SCFI respectivamente. El principio de las pruebas de toxicidad con las bacterias, es que emite luz como un bioproducto de su respiración. Si una muestra de agua contiene uno o más componentes que interfieren con la respiración, la luz emitida por las bacterias se reduce de forma proporcional a la cantidad de interferencia en la respiración, o toxicidad (Microbics, 1992). La reducción en la emisión de luz es proporcional a la toxicidad de la muestra, el resultado es la Concentración Efectiva que daña al 50% de la población
98 15 98 00 19 05 CHOLULA 8 9 PUEBL 1 2 5 4 3 Estaciones 1 Colector municipal 2 Colector industrial-municipal 3 y 4 Colectores industriales 5 al 8 Descargas municipales 9 y 10 Río Atoyac 10 7 6 PRESA MANUEL AVILA CAMACHO (VALSEQUILLO) 18 55 Fig. 1 Estaciones de monitoreo Puebla, México (CE 50 ). Para clasificar el grado de toxicidad de las muestras se obtienen en Unidades de Toxicidad (UT) de acuerdo a la tabla 1: Tabla 1. Clasificación de toxicidad basada en Unidades de Toxicidad (UT). Toxicidad (UT) Clasificación Concentración efectiva (CE 50 ) % > 4 Altamente tóxico < 25 2-4 Tóxico 50 25 1.33 1.99 Moderadamente tóxico 75 50 < 1.33 Ligeramente tóxico > 75 El principio de la prueba con el cladócero Daphnia magna, es exponer a los organismos a una muestra de agua residual a diferentes concentraciones (100, 50, 25 y 12.5%) y la respuesta a la presencia de sustancias tóxicas es la inhibición en el movimiento del organismo seguido por la muerte, la cual se mide como la concentración letal que mata al 50% de la población expuesta (LC 50 ) y también se pueden trasformar a unidades de toxicidad (UT) para su clasificación. RESULTADOS De acuerdo a la Ley Federal de Derechos en Materia de Agua (CNA, 2000), los cuerpos receptores del la Ciudad de Puebla que reciben las descargas tanto municipales como industriales, son los ríos Atoyac y Alseseca con sus afluentes y barrancas correspondientes, los cuales se clasifican como Tipo B, ríos con uso público urbano, y de acuerdo a esta
clasificación los límites máximos permisibles que deben de cumplir las descargas de aguas residuales, se presentan en la tabla 2: Tabla 2. Límites máximos permisibles establecidos en las descargas G y A SST DBO 5 N-Tot P-Tot As Cd CN - Cu Cr Hg Ni Pb Zn 15 75 75 40 20 0.1 0.2 1.0 4.0 0.5 0.005 2.0 0.2 10 Los sitios que se caracterizaron mostraron que de acuerdo a los límites máximos permisibles en nueve de los diez monitoreados, los sólidos suspendidos totales y la demanda bioquímica de oxígeno se presentaron por arriba del límite establecido en la norma en 1.6 hasta 6.3 veces para SST y en 1.3 hasta 5.6 veces para DBO 5, determinándose las concentraciones altas de SST en los colectores municipales y para DBO 5 en los colectores industriales, el nitrógeno total en tres sitios se encontró por arriba del límite desde 1.1 hasta 1.8 veces y se detectó principalmente en las descargas municipales directas al cuerpo receptor y en el río, mientras que el fósforo total en una descarga municipal sobrepaso ligeramente la norma (Tabla 3). Tabla 3. Resultados de los análisis en las estaciones de monitoreo (mg/l) Est. N-Total P-Total SST DBO 5 Pb Zn Photobacterium UT Daphnia UT 2000 2001 2000 2001 2000 2001 2000 2001 2000 2000 2000 2001 1 41.2 32.6 7.48 4.35 475 86.3 141 107 <0.10 23 6.8 NT 2 36.9 45.53 4.86 4.5 185 178 161 265 27.01 2.46 22.8 1.55 3 30.1 36.19 3.89 5.07 124 103 362 366 <0.10 0.46 14 1.83 4 45.5 35.38 5.6 4.54 158 243 422 338 0.13 0.19 5 6.8 5 27.9 35.23 9.23 5.2 147 137 187.7 262 <0.10 0.15 38 2 6 17.6 16.15 3.2 4.16 46.5 82.4 100 96 ND ND 4.6 NT 7 74.1 50.7 21.2 4.55 276 158 341 260 ND ND 16 2.12 8 37.8 38.7 8.25 4.64 194 156 201 264 ND ND 29 3.56 9 45.5 64.08 7.33 5.1 195 192 322 241 ND ND 7.4 NT 10 29.3 68.18 8.17 3.69 120 236 241 320 ND ND 15.4 1.33 LMP 40 20 75 75 0.2 10 <1.33 <1.33 NT.- No Tóxico ND.- No Determinado LMP.- Límite Máximo Permisible Todos en mg/l excepto cuando se especifique otra unidad UT.- Unidades de Toxicidad Por lo que respecta a los metales el plomo se detectó en concentraciones por arriba de los límites establecidos en la norma, resultando el valor más alta en el colector industrial-municipal en cerca de 135 veces (27.0 mg/l), otro de los metales que se detectó pero no rebaso el límite máximo permisible fue el zinc, mientras que los demás metales se encontraron por debajo del límite de cuantificación. En cuanto a las pruebas de toxicidad, con Photobacterium phosphoreum, en todas las ocho descargas de aguas residuales, colectores y en el cuerpo receptor (río Atoyac) se detectó la presencias de sustancias tóxicas que afectaron a los organismos de prueba al disminuir la emisión de luz y por consiguiente su respiración, clasificándose a las descargas como altamente tóxicas, ya que los valores de toxicidad se presentaron por arriba de 4 UT (Unidades de Toxicidad), lo que equivale a una Concentración Efectiva de menor del 25%, aún en el cuerpo receptor los valores fueron mayores a 4 UT, por lo que la mezcla de las descargas en el río es compleja y difícil de evaluar ya que en algunos de los casos se disminuyo la concentración y en otros aumento presentándose en el cuerpo receptor los procesos sinérgicos y antagónicos por la mezcla de los efluentes en el río (Randall, 1997, T.R. Crompton, 1997). Para el caso de la prueba con el cladócero Daphnia magna, en siete descargas se detectó toxicidad y se clasificaron de moderadamente tóxicas (tres descargas), tóxicas (tres descargas) y altamente tóxica (una descarga), mientras que en las restantes tres no se detectó toxicidad y por tanto no hubo respuesta de los organismos durante el periodo de exposición (96 horas), las estaciones que en donde no se detectó toxicidad fueron en un colector municipal (Estación 1), una descarga municipal (Estación 6) y en río (Estación 9).
Las respuestas que presentan los organismos de prueba, bacterias y cladóceros, a la exposición con la muestra es diferente por la sensibilidad de cada población a la presencia de sustancias tóxicas que afectan de diferente manera el metabolismos de los organismos, sin embargo el poder contar con una o más pruebas de este tipo para caracterizar las descargas conjuntamente con los análisis químicos tradicionales brindan una mayor información de los problemas de contaminación que en el corto, mediano y largo plazo se puede esperar que se presenten en el sistema acuático, además de que con la continua aplicación de estas pruebas en las descargas industriales y municipales, se puede establecer y adaptar sistemas de tratamiento que respondan y remuevan adecuadamente los contaminantes, ya que en la mayoría de los casos los trenes de tratamiento por la alta carga contaminante que reciben, afectan a los sistemas biológicos y no degradan eficientemente la carga. Con la información que se obtuvo de los análisis tradicionales y los biológicos, las plantas de tratamiento que recibirán los colectores tanto industriales como municipales de la ciudad de Puebla, podrán adecuar el sistema de tratamiento de tal manera que en el cuerpo receptor se disminuya la carga contaminante y sea posible recuperar la calidad del agua del río. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La mayoría de las descargas evaluadas rebasaron los límites de la NOM-001-ECOL-1996 para los parámetros básicos de sólidos suspendidos totales, demanda bioquímica de oxígeno y nitrógeno total, mientras que para los metales únicamente el plomo fue el que sobrepaso la concentración establecida en la normatividad vigente. Las pruebas de toxicidad utilizadas (bacterias bioluminiscentes y los cladóceros) detectaron la presencia de sustancias tóxicas que afectaron a los organismos de prueba y por lo tanto brindaron información integral de las descargas, ya que en este caso aún cuando solo en una descarga no se sobrepasaron los límites establecidos, con las pruebas de toxicidad si fue posible detectar que existen compuestos que afectan el metabolismo de los organismos de prueba utilizados y que deterioran la calidad del agua de los cuerpos receptores. Aún cuando las descargas son evaluadas con la NOM-001- ECOL-1996, la mezcla de éstas en el cuerpo receptor afecta y deteriora la calidad del agua, ya que los efectos sinérgicos, antagónicos y aditivos que se presentan en el cauce, no son detectados. La importancia de incluir en la normatividad mexicana a las pruebas de toxicidad para complementar la información fisicoquímica sería de gran relevancia, ya que se genera la información técnica suficiente para establecer guías o valores límites permisibles para la gran variedad de descargas que son vertidas en el sistema acuático, así mismo, el detectar las descargas más contaminantes y poder plantear medidas de saneamiento y mejoramiento de los procesos industriales con el apoyo de estas herramientas biológicas, conlleva a controlar la contaminación y proteger los cuerpos receptores que cada día van perdiendo su capacidad de autodepuración por la falta de medidas de control de la contaminación. Para la ciudad de puebla que está invirtiendo en infraestructura para el saneamiento de sus río, con esta información puede adecuar los sistemas de tratamiento que están por construirse y así cumplir con la eficiencia en la remoción de los contaminantes, ya que en la mayoría de los casos se sobrepasa la carga y la eficiencia disminuye. BIBLIOGRAFÍA Alcocer, V., González, A., Ramírez, A., Arreguín, F., (2001). Enfoque sistémico del uso eficiente del agua con aplicación a la ciudad de Puebla, Puebla. Informe final elaborado para la Comisión Nacional del Agua. Comisión Nacional de Agua (2001). Compendio Básico del Agua en México, México D.F., pp. 71 Comisión Nacional del Agua (2000). Ley Federal de Derechos en Materia de Agua, México, D.F, pp 124. Donald R. Grothe, Kenneth L. Dickson, Donna K. Reed-Judkins (Ed.)(1996). Whole effluent toxicity testing: An evaluation of methods and prediction of receiving system impacts. A Special Publication of SETAC (Society Environmental Toxicology and Chemistry). pp. 347. Microbics Corporation (1992). Microtox Manual. Volume 1 Getting Started. A Toxicity Testing Handbook. pp. 85. Randall, M.Gary and Petrocelli, R. Sam. (1997) Fundamentals of aquatic toxicology, Hemisphere Publishing Corporation, Washington. D.C., pp. 666. T.R. Crompton. (1997). Toxicants in the aqueous ecosystem. Ed. JohnWiley. England. Pp. 382.