Contaminación en aguas - arsénico

Una forma económica de filtrar arsénico

Argentina posee altos niveles de arsénico en sus napas subterráneas lo que implica un peligro para la salud de buena parte de la población. Un estudio reciente propone un método más barato, simple y eficaz que los utilizados hasta ahora para extraer este veneno del agua. Se basa en la aplicación de sustancias presentes en las tierras rojas de Misiones y Formosa.

Las investigadoras trabajan con concentraciones muy altas de arsénico, de 40 partes por millón. El límite permitido por el código alimentario es de 10 partes por billón. “Utilizando 100 miligramos de óxidos de hierro, y regulando las condiciones de pH y temperatura, tenemos una remoción de alrededor del 80%”, explican.

El arsénico es una de las diez sustancias químicas consideradas por la OMS como más preocupantes para la salud pública, y reconocida como cancerígeno por el Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer (CIIC). Es que la exposición prolongada a este metaloide, en especial, a través del consumo de agua contaminada, puede causar una intoxicación crónica, cuyos efectos más característicos son las lesiones cutáneas y el cáncer de piel, aunque también puede causar cáncer de vejiga y de pulmón.

La Argentina se encuentra entre los países con más altos niveles de arsénico en las aguas subterráneas, junto con Bangladesh, Chile, China, la India, México y los Estados Unidos. En efecto, unos cuatro millones de argentinos pueden estar en riesgo, en especial, teniendo en cuenta que nuestro país posee uno de los acuíferos más grandes del mundo. Es que la fuente principal de este compuesto son las cenizas de las erupciones volcánicas, que se van depositando en el suelo y pueden entrar en contacto con las napas de agua. Por ello, existen diversas investigaciones destinadas a desarrollar métodos efectivos y económicos para quitar ese contaminante de las aguas afectadas.

“Se sabe que los óxidos de hierro regulan la presencia de arsénico en los medios naturales, y estamos estudiando la forma de emplear estos óxidos como agentes remediadores de arsénico. En particular, analizamos cómo una sustitución parcial de hierro por otros iones metálicos, mejora su capacidad de remediador de arsénico”, afirma Elsa Sileo, investigadora del INQUIMAE, en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.

“Al sustituir parcialmente el hierro de los óxidos por otros iones metálicos, se modifican sus propiedades y, en algunos casos, se obtienen productos con propiedades de remediación mejoradas”, señala Ana Tufo, primera autora del trabajo publicado en Environmental Chemistry, que también firma María dos Santos, profesora en la misma facultad (Exactas UBA).

Esta investigación tiene interés porque, si bien se analizan las propiedades de remediación de óxidos sintéticos, los resultados permiten, además, esclarecer el papel que desempeñan los óxidos de hierro naturales, ya que estos, generalmente, también se encuentran sustituidos.

Debido a que uno de los óxidos de hierro más comunes en la naturaleza es la goetita, las investigadoras sintetizaron en el laboratorio diversas goetitas sustituidas parcialmente con aluminio. “Una vez obtenido el óxido final, se caracterizan sus propiedades para determinar su capacidad de adsorción del arsénico”, comenta Sileo.

En los medios naturales, la generación de un óxido de hierro se realiza en presencia de otros iones metálicos. “Es raro encontrar óxidos que sean ciento por ciento puros, y los óxidos sustituidos, sintetizados, se acercan más a lo que sucede en la naturaleza”, subraya dos Santos.

En general, en el laboratorio se procura que el producto de la síntesis sea un sólido con partículas de tamaño pequeño. De este modo, se obtiene una mayor área de superficie que permite alcanzar una mayor capacidad de remoción. “El polvo se coloca en el agua con arsénico, y puede ser retirado de diferentes formas, por ejemplo, por filtración”, explica Ana Tufo, y agrega: “Se puede hacer pasar el agua contaminada por una columna donde se encuentran los óxidos en suspensión, y luego hacerla pasar por un filtro, de modo que el agua que sale ya perdió la mayor parte del arsénico”.

Menos es mejor

Las investigadoras trabajan con concentraciones muy altas de arsénico, de 40 partes por millón. El límite permitido por el código alimentario es de 10 partes por billón. “Utilizando 100 miligramos de óxidos de hierro, y regulando las condiciones de pH y temperatura, tenemos una remoción de alrededor del 80%”, explica Tufo. Los recipientes empleados en las pruebas tienen 100 mililitros de capacidad

Elsa Sileo, Ana Tufo y María dos Santos. 

Foto: Diana Martínez Llaser. 

Exactas-Comunicación.

Los óxidos en cuestión fueron sintetizados con diferentes proporciones de aluminio, y se probó el comportamiento de cada uno de ellos. “Lo llamativo fue que probamos una muestra pura, sin aluminio, y luego con diferentes cantidades de este metal, y encontramos que, con una pequeña incorporación de aluminio a la estructura del óxido de hierro, la capacidad de remoción de arsénico es mejor que cuando la proporción de aluminio es más alta”, especifica Tufo, y prosigue: “Una pequeña cantidad de aluminio modifica de forma tal la superficie que hace que ésta sea más reactiva frente al arsénico”.

Los óxidos de hierro forman parte de los suelos y de las rocas. En particular, “las tierras rojas, por ejemplo las de las provincias de Formosa y Misiones, poseen un 30% de óxidos de aluminio”, describe dos Santos. En esas regiones, se produce una remediación natural de las aguas con arsénico. Pero en otras zonas del país, como por ejemplo Córdoba o la provincia de Buenos Aires, cuyas aguas contienen arsénico, el suelo posee un contenido mucho menor de óxidos de hierro. “Esas aguas no tienen remediación natural al mismo grado que los suelos con alto contenido de hierro”, dice dos Santos. En esas condiciones, si se quiere remediar el agua, estos óxidos de hierro sustituidos con aluminio podrían convertirse en una forma sencilla y económica de hacerlo.

Actualmente, se emplean algunos materiales fotoconductores que requieren ciertas condiciones, por ejemplo, la incidencia de la luz. “La ventaja de nuestro material es que se trata de un proceso de remediación más simple, y se puede preparar fácilmente”, destaca Sileo, y prosigue: “En el laboratorio testeamos que sea barato, que sea buen adsorbente y que sea estable, es decir, que no se disuelva. Y, además, que pueda extraerse fácilmente del agua”.

Entrevista  a ANA TUFO
Entrevista a Elsa Sileo y María Dos Santo

Fuente 

Gallardo, S (11-oct-2016), "Una forma económica de filtrar arsénico", nexciencia.exactas.uba.ar, disponible en http://nexciencia.exactas.uba.ar/arsenico-agua-hidroarsenicismo-contaminacion-remdiacion-oxido-hierro-aluminio-maria-dos-santos-afonso-elsa-sileo-ana-tufo

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Diseñan un filtro doméstico para reducir el arsénico en el agua destinada al consumo

Diseñan un filtro doméstico para reducir el arsénico en el agua destinada al consumo

Se trata de un dispositivo económico ideado para ser utilizado en las casas de pequeñas comunidades rurales sin acceso a agua potable de red. En su desarrollo participaron dos egresadas de la carrera de Diseño Industrial y una de Ingeniería Civil. El grupo de Investigación en Medios Porosos y Agua Subterránea de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales aportó la técnica sustentable para la remoción de arsénico en la que se basa el sistema de filtración. [25.06.2015]

La presencia de arsénico en aguas subterráneas es una problemática presente en buena parte del territorio nacional, que afecta aproximadamente a dos millones de personas1. Córdoba se encuentra entre las provincias con mayor incidencia: las napas de la región sudeste presentan altos niveles de este metaloide, de poder cancerígeno y neurotóxico.

El consumo prolongado de agua con niveles de arsénico que superan las 10 partes por billón (ppb) o los 0,01 miligramos por litro (mg/L) –el máximo recomendado por la Organización Mundial de la Salud–, eventualmente provoca Hidroarsenicismo Crónico Regional Endémico (Hacre). Esta patología se caracteriza por ocasionar alteraciones cardíacas y neurológicas, entre otras consecuencias negativas para la salud. Afecta principalmente a comunidades rurales dispersas, donde la provisión de ese recurso para consumo humano se resuelve a través de pozos y perforaciones.

Colonia Las Pichanas es una localidad del interior de la provincia de Córdoba, con una población de 500 habitantes, la mitad dispersa en zonas rurales aledañas. En esa comuna, el agua subterránea contiene entre tres y cinco veces más arsénico que el aceptado por la OMS.

En la búsqueda de soluciones para sus pobladores coincidieron María del Rosario Lozano y María Gracia Terreno Fernández, estudiantes de Diseño Industrial, Agustina Krapp, alumna de Ingeniería Civil, y el grupo de Investigación en Medios Porosos y Agua Subterránea (Impas) de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (Fcefyn) de la Universidad Nacional de Córdoba. Éstos últimos vienen analizando la problemática del arsénico en esa localidad desde hace varios años.

El resultado de ese trabajo interdisciplinario es un filtro doméstico capaz de remover el arsénico del agua, a través de una técnica sustentable basada el uso de un tipo de suelo (geomaterial). ¿Sus ventajas? Además de utilizar un método natural, es económico, de fácil armado y puede abastecer con holgura la demanda de una familia tipo.

El material filtrante, clave sustentable

La principal novedad del desarrollo radica en el sistema de filtrado natural y de bajo costo que utiliza, a diferencia de los dispositivos existentes en el mercado que apelan a métodos químicos sintetizados en el laboratorio.

El material filtrante elegido es un suelo natural proveniente de la zona de Cuesta Colorada (La Calera, Córdoba). Se trata de “material granular ferruginoso rojizo” que, en ciertas condiciones, pueden ser usados con efectividad para remover arsénico de soluciones acuosas. Por sus características –débil cementación, permeabilidad y abundante presencia de óxidos de hierro- es fácilmente extraíble y resulta apto para retener el contaminante.

El material ferruginoso identificado tiene la capacidad de retener el metaloide por adsorción. Es un proceso físico químico en el que las moléculas de una sustancia –en este caso contaminante– son retenidas en la superficie de un material reactivo, por ejemplo, un suelo.

Por otra parte, los ensayos de laboratorio realizados en colaboración con el Centro de Química Aplicada (Cequimap) de la Facultad de Ciencias Químicas, establecieron que el empleo de material ferruginoso (geomaterial) no afecta al agua ni altera sus propiedades fisicoquímicas, bacteriológicas u organolépticas, sólo retiene el arsénico.

Calidad del agua obtenida

Los investigadores del Impas aclaran que la efectividad de este suelo para remover el arsénico depende de las concentraciones de este elemento en las napas subterráneas. En el caso de Colonias Las Pichanas, donde la concentración de este metaloide oscila entre las 36 y las 59 partes por billón, el filtro logró retener la mitad del arsénico. Los estudios comprobaron que el suelo testeado posee un mejor rendimiento de filtrado cuando las concentraciones son altas, situaciones en las que logra eliminarlo hasta en un 99%.

Además, el nivel de arsénico en el agua a procesar también condiciona la vida útil del filtro. En zonas donde la concentración de arsénico llega a los 0,06 mg/L, puede durar unos nueve meses; seis meses cuando el valor ascienda a 0,1 mg/L y tres meses cuando alcance 1 mg/L.

Para comenzar a utilizar el dispositivo es necesario filtrar primero entre dos y tres litros de agua hasta que se torne cristalina.

La extracción del suelo, su selección y la comprobación de las propiedades filtrantes del geomaterial elegido para el desarrollo del filtro fue realizada por los investigadores del Impas de la Fcefyn, en el marco de estudios previos a la concreción de la tesis de Lozano y Terreno Fernández. De hecho, este equipo científico lleva años analizando y desarrollando estrategias de remoción de arsénico del agua, entre otras líneas de trabajo.

De la investigación al diseño

A la hora de pensar el filtro de uso doméstico Lozano y Terreno Fernández tuvieron en cuenta los aportes del Impas y los condicionantes que surgieron de analizar la problemática en la comunidad. De este modo, el dispositivo propuesto debía ser económico, de fácil armado y tenía que poder conectarse a la cañería de las casas para proveer el líquido de manera continua.

De esta manera, el filtro fue desarrollado, en su mayoría, con piezas de policarbonato y policloruro de vinilo o PVC. Por debajo de la pastilla de suelo colocaron un material geotextil de origen sintético que impide el geomaterial se desgrane y pierda su utilidad. Las diseñadoras estimaron el costo total de las piezas en 220 pesos y el costo de comercialización del filtro terminado en 500 pesos.

Por Pablo Carrizo y Mariana Mendoza
Redacción UNCiencia
Prosecretaría de Comunicación Institucional
unciencia@comunicacion.unc.edu.ar

Fuente: Carrizo, P y Mendoza M (25-06-2015), Diseñan un filtro doméstico para reducir el arsénico en el agua destinada al consumo, disponible en http://www.unciencia.unc.edu.ar/2015/junio/disenhan-un-filtro-domestico-para-reducir-el-arsenico-en-el-agua-destinada-al-consumo

Arsénico en agua: un enemigo invisible

Arsénico en agua: un enemigo invisible

09/11/2015

Dos grupos de investigación del CONICET trabajan en la remediación de un recurso natural indispensable, el agua.

Hace más de 50 millones de años, producto del movimiento de las placas tectónicas se formó la Cordillera de los Andes. Este hecho trajo consecuencias que persisten aún hasta nuestros días: durante el proceso se emitieron a la atmósfera grandes cantidades de cenizas volcánicas con alto contenido de arsénico (As) y fluor. Estos materiales, en la actualidad, forman parte del ‘loess’ o sedimento de los acuíferos o napas subterráneas. El arsénico constituye el principal contaminante natural del agua subterránea que es la única fuente para el consumo humano en una amplia zona de nuestro país. Esta problemática tiene un marcado efecto en el sector socio-sanitario y económico de las regiones afectadas, involucra a más de ocho millones de personas.

El arsénico es una de las diez sustancias químicas que la Organización Mundial de la Salud (OMS) considera más preocupantes para la salud pública. Este organismo fijó un límite recomendado para su concentración en el agua potable de 10 partes por billón (ppb). El consumo de agua con concentraciones mayores a estos valores produce una enfermedad llamada Hidroarsenicismo Crónico Regional Endémico (HACRE) que se caracteriza por presentar lesiones en la piel que evolucionan hasta afectar el funcionamiento hepático, renal y respiratorio. Además, está comprobado que el arsénico puede ser cancerígeno.

Frente a este problema, miembros de Centros de Investigación del CONICET en Salta y La Plata investigan desde 2006 el desarrollo de sistemas para la remoción de arsénico en el agua subterránea para evitar su impacto negativo en la salud de los habitantes de la Llanura Chacopampeana y el Noroeste del país.

La ciencia en búsqueda de soluciones

“En Argentina, todo el centro del país desde el Río Paraná hasta la Cordillera tiene este problema. Hay que eliminar el arsénico y nosotros encontramos un método simple y de bajo costo. De todas maneras no podemos hablar de su rentabilidad porque hay algo que no se puede valorar: la vida de la gente”, afirma Horacio Thomas, investigador superior del CONICET en el Centro de Investigación en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA, CONICET-UNLP).

El grupo de investigación realizó sus estudios en la provincia de Buenos Aires, donde el 87 por ciento del territorio presenta concentraciones de arsénico superiores a 50 ppm. El químico explica que en 2006 comenzaron a trabajar en el tema a partir de una consulta de una médica de un hospital público del suroeste de la provincia que notó una gran proporción mayor en los valores estadísticos de pacientes con HACRE.

Esta actividad interdisciplinaria fue realizada bajo la dirección de Horacio Thomas, quien es además director de la Planta Piloto Multipropósito (PlaPiMu, CICPBA-UNLP), Isidoro Schalamuk, investigador superior (R) del CONICET y director del Instituto de Recursos Minerales (INREMI, CICPBA-UNLP) y Lía Botto, investigadora principal (R) del CONICET miembro del Centro de Química Inorgánica (CEQUINOR, CONICET-UNLP), y condujo a la estrategia de tratamiento de eliminación del arsénico mediante la adsorción en especies naturales. El trabajo se inició con la búsqueda de diferentes minerales, su caracterización fisicoquímica y mineralógica y el análisis de su potencialidad en la remoción del contaminante mencionado.

La adsorción es un fenómeno en el que un sólido atrae y retiene en su superficie diferentes especies químicas. Es una de las tecnologías más convenientes y simples para eliminar una sustancia soluble del agua, por lo que resulta particularmente útil en el tratamiento de aguas en zonas rurales y/o vulnerables desde el punto de vista sanitario. Los investigadores estudiaron la capacidad adsorbente de distintos aluminosilicatos naturales abundantes y de bajo costo, hasta que dieron con el empleo de mineral de una arcilla rica en hierro procedente de yacimientos de la provincia de Buenos Aires, este trabajo se realizo en el INREMI. Una vez caracterizado y evaluada su capacidad de retención a nivel laboratorio por los científicos del CEQUINOR en PlaPimu se evaluó a nivel piloto el escalado y diseño de plantas de tratamiento de 2-4 mil litros/día que, mediante un subsidio, se construyeron y fueron instaladas en escuelas rurales bonaerenses en Punta Indio, Casares, Bolívar y Pigüé, logrando satisfacer las necesidades de los establecimientos escolares y pobladores de la zona.

“La planta piloto está constituida por tres tanques. El primero es el reactor donde colocamos el adsorbente y el agua, además de aditivos como por ejemplo cloro que asegura la calidad microbiológica del agua y garantiza el estado de oxidación As5+ y un floculante que disminuye los sólidos en suspensión, controlando la turbidez del agua. En el segundo tanque se completa la sedimentación y se logran valores de turbidez establecidos por las normas vigentes para que finalmente se pase a un tercer tanque de almacenamiento. En las escuelas, este último cuenta con una conexión directa a la cocina, no necesita de personal especializado para manejarlo”, explica el investigador.

Las plantas piloto utilizan una relación de arcilla/agua de 1:10 para el tratamiento, logrando los valores de arsénico y de fluor establecidos por las normas internacionales. Con un uso diario, el adsorbente ha demostrado una vida útil de aproximadamente seis años, al cabo de los cuales se realiza una disposición sustentable de los residuos. “Científicos del Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica (LEMIT) estudiaron la inmovilización definitiva de los contaminantes, para que mediante procesos adecuados no solo se impida el retorno al medio sino que también facilite la fabricación de elementos útiles en la construcción. Los ensayos de lixiviación – extracción sólido-líquido- han resultado negativos corroborando la sustentabilidad del proceso”, asegura Thomas.

Arsénico en Salta

En esa provincia otro grupo de profesionales liderados por Mónica Farfán Torres, investigadora independiente del CONICET en el Instituto de Investigaciones para la Industria Química (INIQUI, CONICET-UNAS), trabaja en otra alternativa para la remoción de este compuesto en el agua. La científica explica que el arsénico se encuentra en la zona de la Puna y en la del Chaco Salteño, y no en el Valle de Lerma y los Valles Calchaquíes – donde está la mayor cantidad de población- porque tienen otro tipo de formación geológica.

En el año 2006 surgió un Proyecto de Investigación Científica y Tecnológica Orientado (PICTO) de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica en el NOA para la mejora de la calidad de vida en la Llanura Chaqueña, que abarca la provincia de Formosa, Chaco, Salta, una pequeña parte de Tucumán y Santiago del Estero.

“Es una región árida de arenales y caminos abiertos que puede quedar aislada hasta seis meses al año por las lluvias. Es de difícil acceso con poblados muy dispersos y vulnerables, y caseríos que se aglomeran alrededor de escuelas o fincas y mantienen un régimen de subsistencia. El agua que consumen es de pozos que la Nación hizo en la década del ’90, algunos con una profundidad de hasta 120 metros. Identificamos zonas con contenidos de arsénico increíblemente elevados, el límite argentino es de 0.05 mg/L y en los lugares que menos contenido tenían los valores eran de 0.13 o 0.20 mg/L es decir que cuadriplicaban el valor. La media es 0.25 mg/L”, advierte Farfán Torres.

Asimismo, aclara que más allá de los casos de cáncer que detectaron en los pobladores descubrieron que muchos de los niños estaban afectados neurológicamente porque el principal daño del arsénico es que traspasa la barrera placentaria durante el embarazo y afecta irreversiblemente el desarrollo neuronal del feto.

“Desarrollamos un sistema de remoción que es una serie de cisternas. Una de ellas tiene un sistema de filtración rudimentario formado por arena y carbón activado y una fase activa que es hierro aportado por materiales convencionales como alambre o clavos. Dos de esos equipos se instalaron en 2009 en dos escuelas, en Siervo Cansado y en Tres Horcones. La Mesa Provincial de Arsénico (MEPROAS) monitoreó los equipos durante un año para ver cómo funcionaban y en este momento lo instalaron en once escuelas más de la provincia y se están armando otros diez equipos”, explica Farfán Torres.

Realizaron una capacitación previa, por lo que si la población queda aislada, saben que cada seis meses deben cambiar la carga de hierro y parte del lecho filtrante -la capa de arena-. La arena con el arsénico detenido también se utiliza para armar bloques para la construcción. “El sistema es muy sencillo, lo pueden mantener sin ayuda, ya saben en que momento del año tienen que hacer el cambio y tienen su reserva. Nuestra idea era usar una técnica fácil para que lo manejen en forma autónoma”, dice la científica.

Tanto el grupo interdisciplinario de La Plata como el de Salta tienen proyectos para desarrollar variantes de sus respectivos sistemas para que los beneficios de sus proyectos alcancen a más gente. Si bien en La Plata ya se construyó un equipo domiciliario automatizado con una producción de 100 l/día, trabajan en el escalado que permita el abastecimiento de agua en poblaciones medianas, mientras que en el INIQUI planean elaborar sistemas hogareños con equipos que se ajusten a las necesidades de las aisladas poblaciones de la Puna. Con un sistema de entre 20 y 40 litros por día para 2 a 4 habitantes por casa es suficiente.

Siendo el agua el combustible de la vida y bajo la premisa de asegurar la calidad del agua para todos, estas estrategias tecnológicas, representan enormes ventajas, dado que por su accesibilidad, sencillez de implementación y de mantenimiento permiten el mejoramiento de la calidad de vida de un número cada vez mayor de poblaciones vulnerables, a un costo muy bajo.

“En una de las primeras visitas uno de los jefes de una de las comunas me dijo: ‘me parece muy bien que vengan y nos midan pero yo lo que quisiera es que con todos los resultados hagan algo finalmente por nosotros’ y al lograr el desarrollo los veo conformes y sin miedo de lo que les va a pasar a sus hijos. Eso es más satisfactorio que cualquier publicación. Es el logro más importante de mi carrera”, comenta Farfán Torres. Por su parte, Thomas agrega: “Es una forma de mostrarle a la sociedad que nuestro trabajo como investigadores está dirigido a la resolución de problemas vigentes. No hicimos un invento para el premio Nobel pero tomamos conocimientos que andaban dispersos, los juntamos y armamos esto y funciona muy bien. Para nosotros es un orgullo”.

Por Cecilia Leone.

Fuente: Leone Cecilia, (09/11/2015) Arsénico en agua: un enemigo invisible, disponible en  http://www.conicet.gov.ar/2015/11/09/arsenico-en-agua-un-enemigo-invisible/