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Aporte de metales pesados… i
Aporte de metales pesados… ii
Aporte de metales pesados… i
En concordancia con las políticas institucionales, los resultados obtenidos en la
presente tesis son propiedad del Colegio de Postgraduados y no pueden ser
cedidos, regalados o publicados parcial o totalmente sin autorización escrita de la
Dra. Ma. del Carmen Ángeles González Chávez, líder del proyecto.
Aporte de metales pesados… ii
AGRADECIMIENTOS
Este estudio es parte del proyecto de investigación CONACYT apoyado dentro de
la convocatoria de demandas nacionales: Atlas de riesgo y vulnerabilidad por la
dispersión de metales pesados por viento y lixiviados de residuos de mina,
PDCPN1023-01-215241.
La investigación se realizó en el Laboratorio de Química de Suelos y Ambiental,
Programa de Edafología, Campus Montecillo a cargo de la dirección del Dr.
Rogelio Carrillo González y la asesoría de la Dra. Ma. del Carmen Ángeles
González Chávez, y con el financiamiento del proyecto PDCPN1023-01-215241
por CONACYT.
Agradecimientos especiales;
A mis sinodales el Dr. Isidro Villegas, Dra. Antonia Macedo y M.C. Jesús Cabrera,
por su asesoramiento y aportaciones a este trabajo.
A la Dra. Ariadna Sánchez por su apoyo y orientación durante este largo proceso.
A mi amigo y compañero M.C. Giovanni Ortiz quien siempre tuvo la paciencia de
explicarme y apoyarme en laboratorio así como hacerme compañía en la
redacción de este trabajo.
A mis compañeros Salvador, Walter, Emanuel y Jessica por el apoyo en la toma
de muestras en campo.
Aporte de metales pesados… iii
DEDICATORIA
A mi mamá Rosalinda †, por ser el ángel más grande que siempre me
acompaña, por enseñarme a nunca rendirme y darme la fortaleza que siempre me
demostró.
A mi papá Nolberto, gracias por ser el gran pilar de esta familia,
apoyándome en cada uno de mis logros y por nunca decirme “no” a nada.
A mis hermanos Luis y Alberto, por tenerme paciencia y motivarme a
terminar este ciclo, los amo mucho.
A mis abuelos Luisa y Emiliano, por amarme y regalarme una sonrisa cada
día, por confiar siempre en mí.
Al M. C. Patricio Sánchez, por apoyarme incondicionalmente y mostrarme
que aún existen buenas personas.
A mis amigos M. C. Jaime Cruz y el Sr. Bibiano Ramírez, Hulda Velázquez
y Gildarda Chávez, por regalarme la dicha de estar en sus vidas haciendo mi
camino en el Colegio más alegre y compartir inigualables momentos.
Aporte de metales pesados… iv
CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. ii
DEDICATORIA ...................................................................................................... iii
CONTENIDO .......................................................................................................... iv
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................... vii
ÍNDICE DE CUADROS ........................................................................................ viii
RESUMEN .............................................................................................................. 1
ABSTRACT ............................................................................................................. 2
1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 3
2. OBJETIVOS ..................................................................................................... 5
2.1. Objetivo general ......................................................................................... 5
2.2. Objetivos específicos ................................................................................. 5
3. HIPÓTESIS ....................................................................................................... 5
3.1. Hipótesis general ....................................................................................... 5
3.2. Hipótesis especificas .................................................................................. 5
4. REVISIÓN DE LITERATURA ........................................................................... 6
4.1. Concepto de cuenca hidrográfica ............................................................... 6
4.2. Visualización de una cuenca ...................................................................... 7
4.2.1. Geomorfológico ................................................................................... 7
4.2.2. Punto de vista económico .................................................................... 8
4.2.3. Desde el punto de vista biológico ........................................................ 9
4.3. Ciclo hidrológico de la cuenca .................................................................. 10
4.4. Cuenca de Zimapán. ................................................................................ 11
4.5. La contaminación del agua superficial en Zimapán ................................. 11
4.5.1. Situación actual del agua en Zimapán ............................................... 13
4.6. La minería en Zimapán ............................................................................ 13
4.6.1. Aspectos históricos ............................................................................ 13
4.6.2. Minerales extraídos ........................................................................... 14
4.7. Residuos de mina como fuentes de metales pesados ............................. 17
4.8. Metales en agua superficial ...................................................................... 19
4.9. Efectos de los metales pesados en el organismo .................................... 19
4.9.1. Plomo ................................................................................................ 20
4.9.2. Cadmio .............................................................................................. 22
Aporte de metales pesados… v
4.9.3. Cobre ................................................................................................. 24
4.9.4. Hierro ................................................................................................. 25
4.9.5. Manganeso ........................................................................................ 26
4.9.6. Zinc .................................................................................................... 28
4.9.7. Níquel ................................................................................................ 29
4.10. Normatividad Mexicana respecto a metales en agua ........................... 30
4.10.1. Normas oficiales Mexicanas ecológicas NOM 001-ECOL ................. 30
4.10.2. NOM-127-SSA1-1994 ........................................................................ 31
4.11. Criterios Ecológicos de Calidad de Agua. ............................................. 31
4.12. Estándares Nacionales Calidad Ambiental para Agua .......................... 31
4.13. Caracterización física de la cuenca de Zimapán ................................... 32
4.13.1. Localización geográfica y colindancias .............................................. 32
4.14. Caracterización social de la cuenca de Zimapán .................................. 34
5. MATERIALES Y MÉTODOS .......................................................................... 35
5.1. Fase de campo ........................................................................................ 35
5.2. Fase de laboratorio .................................................................................. 38
5.3. Fase de gabinete ..................................................................................... 40
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................... 41
6.1. Caracterización de agua .......................................................................... 41
6.1.1. Reacción del agua o pH .................................................................... 41
6.1.2. Conductividad eléctrica (CE) ............................................................. 42
6.1.3. Oxígeno disuelto ................................................................................ 44
6.1.4. Sólidos totales disueltos .................................................................... 45
6.2. Cationes ................................................................................................... 46
6.2.1. Calcio ................................................................................................. 46
6.2.2. Magnesio ........................................................................................... 47
6.2.3. Sodio ................................................................................................. 49
6.2.4. Potasio ............................................................................................... 50
6.3. Aniones .................................................................................................... 51
6.3.1. Bicarbonatos ...................................................................................... 51
6.3.2. Cloruros ............................................................................................. 52
6.3.3. Sulfatos .............................................................................................. 53
Aporte de metales pesados… vi
6.3.4. Fósforo soluble .................................................................................. 54
6.4. Metales pesados ...................................................................................... 55
6.4.1. Cobre ................................................................................................. 55
6.4.2. Plomo ................................................................................................ 57
6.4.3. Hierro ................................................................................................. 58
6.4.4. Manganeso ........................................................................................ 60
6.4.5. Zinc .................................................................................................... 61
6.4.6. Cadmio .............................................................................................. 62
6.4.7. Níquel ................................................................................................ 64
6.5. Análisis de componentes principales ....................................................... 65
7. CONCLUSIONES ........................................................................................... 70
8. LITERATURA CITADA .................................................................................. 71
ANEXOS ............................................................................................................... 83
Aporte de metales pesados… vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ubicación de Zimapán respecto a los municipios en el estado de Hidalgo.
CONAGUA (2015) ................................................................................................. 33
Figura 2. Ubicación de los sitios de muestreo Zimapán, Hidalgo.. ........................ 37
Figura 3. Reacción del agua o pH en el agua del río Tolimán de Zimapán.. ......... 42
Figura 4. Conductividad eléctrica (CE) en el agua del río Tolimán de Zimapán.. .. 43
Figura 5. Oxígeno disuelto (OD) en el agua del río Tolimán de Zimapán.. ........... 45
Figura 6. Sólidos totales disueltos (STD) en el agua del río Tolimán de Zimapán..
.............................................................................................................................. 46
Figura 7. Calcio (Ca) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............................. 47
Figura 8. Magnesio (Mg) en el agua del río Tolimán de Zimapán.. ....................... 48
Figura 9. Sodio (Na) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............................... 49
Figura 10. Potasio (K) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............................ 50
Figura 11. Bicarbonatos (HCO3) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............ 51
Figura 12. Cloruros (Cl) en el agua del río Tolimán de Zimapán. .......................... 52
Figura 13. Sulfatos (SO4) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ....................... 53
Figura 14. Fósforo (P) soluble en el agua del río Tolimán de Zimapán. ................ 54
Figura 15. Cobre (Cu) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............................ 56
Figura 16. Plomo (Pb) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............................ 58
Figura 17. Hierro (Fe) en el agua del río Tolimán de Zimapán.. ............................ 59
Figura 18. Manganeso (Mn) en el agua del río Tolimán de Zimapán.. .................. 61
Figura 19. Zinc (Zn) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ................................ 62
Figura 20. Cadmio (Cd) en el agua del río Tolimán de Zimapán. .......................... 64
Figura 21. Niquel (Ni) en el agua del río Tolimán de Zimapán. ............................. 65
Figura 22. Análisis de componentes principales en los sitios muestreados del río
Tolimán, Zimapán.. ................................................................................................ 67
Figura 23. Análisis de componentes principales en los sitios muestreados del río
Tolimán, Zimapán.. ................................................................................................ 68
Figura 24. Análisis de componentes principales en los sitios muestreados del río
Tolimán, Zimapán.. ................................................................................................ 69
Aporte de metales pesados… viii
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1 Límites máximos permisibles para la calidad de agua, su uso potable y
de riego agrícola. ................................................................................................... 32
Cuadro 3. Coordenadas de los sitios de muestreo en Zimapán, Hidalgo. ............. 36
Cuadro 2. Fechas de recolecta de muestras de agua en 2015. ............................ 38
Cuadro 4. Recomendación para el manejo de muestras de agua y su tiempo de
conservación. ........................................................................................................ 39
Cuadro 5. Límites de detección para los análisis en espectrofotometría de
absorción atómica en mg L-1. ................................................................................ 40
Aporte de metales pesados… 1
Aporte de metales pesados al río Toliman por escurrimiento superficial en la
subcuenca Zimapan, Hidalgo
RESUMEN
Los residuos de mina depositados a cielo abierto constituyen un riesgo potencial
de contaminación. Los fenómenos naturales como la lluvia y el desplazamiento del
aire los dispersan dependiendo de sus características físicas y cambios químicos
que presenten. Hasta este estudio, la investigación de la dispersión en zonas
semiáridas y el efecto de las lluvias era limitada. El objetivo de este trabajo fue
evaluar la dispersión de los metales en un arroyo próximo a pasivos ambientales,
durante la época de lluvias. Para ello se muestreó sistemáticamente el agua del
arroyo en el periodo lluvioso en Zimapán, Hgo. Se encontró que los escurrimientos
superficiales y lixiviados provenientes de los pasivos ambientales aumentan la
concentración de algunos elementos en el agua. La redistribución de los
materiales incorporados al agua y el flujo del agua pueden reducir gradualmente la
concentración de los metales a lo largo del cauce, es el caso del Cu, Fe, Mn y Zn.
En contraste la concentración de Pb, Cd y Ni aumentaron en la parte baja de la
cuenca, cuyos valores junto con el Mn sobrepasan los límites máximos
permisibles. Lo que implica un fuerte impacto en el recurso agua. Las
concentraciones de Cu, Zn y Fe son menores a esos límites. La variación en la
concentración de Fe y Mn parece ser debida a aportes adicionales como
descargas de agua residual urbana. El incremento en la concentración de metales
en el agua se debe al aporte directo por los pasivos ambientales y al efecto de
lluvia y derrames o descarga de aguas residuales.
PALABRAS CLAVE: disolución, plomo, cadmio, arrastre superficial, agua
contaminada, pasivos ambientales.
Aporte de metales pesados… 2
Runoff drains containing heavy metals discharged to the Toliman river at Zimapan-
subwatershed, Hidalgo
ABSTRACT
Mine tailing deposited on open landscapes without any treatment are a concern
due to the risk of exposition to the heavy metals. Natural phenomena such as rain
and winds can disperse these wastes and pollute natural resources like water. The
aim of this research was to evaluate the dispersion rate of heavy metals en a
stream affected by tailing heaps, during the rainy season. To deal with, a
systematic sampling was carried out in Zimapan, Hgo. Runoff and leachates from
tailing heaps increased the concentration of some elements in river water.
Redistribution of sediments deposited in water flow and mixture of water affect
metal water concentration. Cu, Fe, Mn and Zn concentration decreased down the
river, these concentrations were lower than the permissible limits. In contrast,
Lead, Cd and Ni concentrations increased, even above the permissible limits. This
means a strong impact of mining activities on local water resources. Changes in
concentrations are, also, affected by additional sources such as discharges of
urban waste water.
KEY WORDS: dissolution, lead, cadmium, runoff, wastewater, tailing heaps
Aporte de metales pesados… 3
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los principales problemas ambientales que enfrenta la sociedad actual es
la degradación del suelo y la contaminación del agua dulce (Klake, 2016). El
vertido de residuos causa reducción de la disponibilidad de agua de calidad (no
contaminada) para abasto para los diversos usos: agrícola, vida silvestre,
recreacional, industrial y potable (Carabias et al., 2005).
El agua desempeña una función importante como recurso indispensable para la
vida. Su ausencia es un tema de discusión en los últimos años, ya que sus
diversos usos: la agricultura, ganadería, vida silvestre, recreación o para el
consumo humano se ve afectada. La disponibilidad del agua es un problema
mundial (Shiklomanov, 1983). En el caso de México se dispone de 0.1% del agua
dulce a nivel mundial. Pero las regiones semiáridas (56% del territorio) tienen
serios problemas de disponibilidad. En Hidalgo hay zonas con fuerte restricción de
agua. Muchas industrias entre las que están la minería causan serios impactos en
los recursos, entre los que está el agua. Por lo que la contaminación del agua es
un problema que debe ser estudiado para reducir las causas o proponer medidas
de mitigación de estos impactos.
El estado de Hidalgo es un estado minero, es productor importante de oro, plata,
plomo, zinc y cobre en México, en donde la actividad se ha realizado durante más
de 315 años, debido a las interrupciones por las guerras civiles (Servicio
Geológico Mexicano, 2014). En particular la subcuenca de Zimapán actualmente
es uno de los municipios con mayor explotación minera dentro del estado. Pero el
costo ecológico no se ha ponderado apropiadamente, generando un impacto que
heredan las generaciones subsecuentes y que podría traspasar los límites
naturales de la cuenca.
El municipio de Zimapán ha sufrido graves problemas en el abastecimiento de
agua potable. La población de éste lugar consumió agua con altas
concentraciones se arsénico durante varias décadas en diferentes
concentraciones (Armienta et al., 1997)
Aporte de metales pesados… 4
A partir de varios estudios se ha concluido que la contaminación del agua
subterránea en la zona deriva de la combinación de procesos naturales e
inducidos. Por una parte la disolución de compuestos de los yacimientos minerales
existentes en el subsuelo, libera contaminantes como arsénico. Otra fuente es la
oxidación y disolución de los minerales contenidos en los residuos de las minas
(Chen et al., 2014) llamados pasivos ambientales, los cuales son desechos de
minería (Aramburo y Olaya, 2012) en los que puede abundar el arsénico y varios
metales tóxicos. Durante el intemperismo los contaminantes son lavados y
depositados en las partes bajas por las corrientes superficiales. Como
consecuencia el uso potencial del agua de los pozos y cuerpos de agua
superficiales está en riesgo; esto implica serias limitantes para consumo humano y
aguas para riego (Prieto et al., 2005). La contaminación, no sólo ocurre en agua
subterránea sino también en superficiales, pero hasta ahora se había dado módica
atención al estudio de la calidad del agua superficial (Chen et al., 2014). Es por
eso que el presente trabajo propuso evaluar la cantidad de metales pesados
disueltos de minerales y aportados al agua superficial de la subcuenca de
Zimapán provenientes de los residuos de la explotación minera y su migración a lo
largo de la subcuenca.
Aporte de metales pesados… 5
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo general
Evaluar el aporte de metales pesados provenientes de los pasivos ambientales al
agua superficial de la subcuenca de Zimapán, en el arroyo Tolimán, en periodo
lluvioso.
2.2. Objetivos específicos
Determinar la variación en la concentración de metales en el agua del río y
su relación con los pasivos ambientales de la subcuenca.
Estimar la variación de la concentración de metales pesados en el agua en
el espacio en la parte baja de subcuenca.
Con base en el análisis químico determinar las implicaciones de los aportes
de metales pesados en la calidad del agua.
3. HIPÓTESIS
3.1. Hipótesis general
La hipótesis nula de esta investigación es:
H0 = La concentración de metales pesados en el agua es igual a lo largo del cauce
durante la época de lluvias.
La hipótesis alternativa es:
H1 = La concentración de metales pesados en el agua aumenta por efecto e
influencia de los depósitos de mina.
3.2. Hipótesis especificas
Los pasivos ambientales aportan metales pesados al río de Tolimán.
La concentración de metales pesados aumenta aguas abajo respecto al
punto de referencia (Puente Santiago).
La concentración de metales pesados es mayor a los límites máximos
permisibles por las Normas Oficiales Mexicanas.
Aporte de metales pesados… 6
4. REVISIÓN DE LITERATURA
4.1. Concepto de cuenca hidrográfica
La cuenca hidrográfica es una zona o superficie delimitada topográficamente que
desagua mediante un sistema fluvial, es decir la superficie total de tierras que
desaguan en un cierto punto de un curso de agua o río (Winter, 2001). Constituye
una unidad hidrológica descrita como una unidad físico-biológica y también como
unidad socio-política para la planificación y ordenación de los recursos naturales
(Ramsar, 2010). Los límites naturales de la cuenca son casi obvios (Black, 1997)
pero hay componentes en los cuales suele haber confusión o incongruencia con
los límites naturales como ecosistema, por ejemplo, los movimientos de las masas
de aire, del agua subterránea y superficial que fluye. Además los límites
hidrológicos pueden cambiar de modo que el sistema se hace muy complejo
(Cohen y Davidson, 2011). El manejo y las decisiones que se tomen sobre las
actividades en una cuenca pueden tener repercusiones fuera de la cuenca. Por
esto es posible que se genere discordancias entre el funcionamiento de una
cuenca natural y en aquellas intervenidas por el hombre. Como ocurre en las
zonas con actividad minera: en las cuales la política ha cedido ante el poder
económico. Esto tiene fuerte impacto en la dinámica del agua y manejo de suelos
regionales, en detrimento de la calidad de los recursos naturales adyacentes.
Además la atención del gobierno a los efectos es poca o nula, y los costos
ecológicos pueden ser muy altos (Palmer et al., 2010)
De acuerdo con Palmer et al., (2010) la práctica de la minería en la parte alta de
las cuencas tienen efectos en los recursos naturales aguas abajo de la misma
para el caso del agua se pueden mencionar los siguientes:
Variación en el pH, CE y en el contenido de iones disueltos.
Variación en el contenido de elementos como el azufre.
Concentraciones anormales de metales en el agua.
Aporte de metales pesados… 7
Reducción en la biodiversidad por efecto tóxico de los materiales vertidos a las
corrientes de agua; por la fragmentación de hábitat por los caminos abiertos y
todas las actividades involucradas.
Variación en las proporciones de N, P y S (Lindberg et al., 2011)
Puede modificar la relación C:N y la velocidad de descomposición de materiales
orgánicos (Lee y Bukaveckas, 2002).
Alteración de la microbiota del agua y su función en los ciclos de los elementos
como el Fe, Mn o Se.
Acumulación de elementos en la biota con sus respectivos efectos tóxicos,
además del biotransporte.
Incremento de riesgo de entrada en las cadenas alimenticias de las especies
(Limbong et al., 2003).
Debido al enorme consumo de agua que requiere la minería para operar,
generalmente se abate el nivel freático de la zona, es común que se agoten los
pozos de agua y manantiales (Carrere, 2004).
4.2. Visualización de una cuenca
La cuenca se puede describir desde varios puntos de vista dependiendo de los
factores involucrados geomorfológico, económico y biológico.
4.2.1. Geomorfológico
Desde el punto de vista hidrológico, la cuenca funciona como una superficie
colectora que recibe las precipitaciones y las transforma en escurrimientos
(Winter, 2001). Esta acción es función de una gran cantidad de parámetros que
influyen en el comportamiento hidrológico de la cuenca (Palmer et al., 2010). A la
fecha se ha comprobado que algunos índices y características tienen influencia en
la respuesta hidrológica de la misma (Campos, 1998) y por ello, son punto de
partida de los análisis hidrológicos que se realicen de la cuenca (Black, 1997).
Aporte de metales pesados… 8
El agua es el agente principal en la erosión, transporte y depósito de sedimentos.
Se nombra relieve fluvial al proceso y modificación del espacio terrestre a través
de las corrientes de agua, mismo que genera nuevos paisajes (Black, 1997). Con
el tiempo el flujo superficial, subsuperficial y subterráneo contribuye a una forma
de escorrentía acelerada concentrando mayor cantidad de agua (Uribe et al.,
2004). El desplazamiento de agua por influencia de la gravedad en una
prolongada y estrecha depresión con pendiente en el terreno, es la definición de
corriente de acuerdo con Black, (1997). Estas corrientes fluviales se pueden
encontrar de diversas formas desde un arroyo hasta un río. Un sistema de drenaje
se forma a partir del curso del agua sobre la superficie terrestre, que circula por
sus diversas vertientes y así forma una red de canales fluviales que acumulan el
agua (Uribe et al., 2004). El sistema de drenaje queda delimitado por el
parteaguas que rodea a la cuenca hidrográfica.
El estudio geomorfológico de una cuenca permite ubicar las estaciones de aforo
en alguna parte del cauce principal, lo cual permite estimar variables hidrológicas
en forma simultánea tanto físicas, químicas y biológicas y sus interacciones que
describen el funcionamiento de la cuenca (Apaclla, 2010). La cuenca objeto de
estudio debe estar delimitada en cuanto a su cauce principal tanto aguas abajo
como aguas arriba. En teoría aguas arriba el límite es la estación que sea el punto
más alto en el perfil del río donde se incluya el área en estudio (Black, 1997) o por
las cabeceras del río si es el caso del estudio de la cuenca desde el nacimiento.
Aguas abajo se delimita por la boquilla o punto de desfogue, en el cual puede
estar ubicada alguna estación de aforo, (Winter, 2001). El punto de la estación se
considera como el punto más bajo en el perfil del río y en el borde de la cuenca de
interés (Apaclla, 2010).
4.2.2. Punto de vista económico
Desde el punto de vista económico, las cuencas hidrográficas pueden ofrecer a la
sociedad una diversa gama de bienes y servicios que pueden ser comercializados,
como el abasto de agua potable; y no comercializados, como la función de
protección contra tormentas y huracanes que cumplen los manglares o las
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funciones de filtración del agua que cumplen las marismas (Goldberg, 2007), las
tierras altas que permiten la recarga de acuíferos y la depuración del agua pluvial
(Uribe et al., 2004).
Goldberg (2007) señala que aunque varios estudios, como el de la Comisión
Económica de las Naciones Unidas para la Unión Europea, señalan que la
degradación de los servicios de las cuencas representan una pérdida de activos
de capital, existen vacíos sustanciales a nivel de políticas y metodologías en
cuanto a la cuantificación económica de los costos de las inversiones relacionadas
con el agua y de los costos directos e indirectos del deterioro de las cuencas
hidrográficas. También están poco documentados los múltiples beneficios de
apoyar a un manejo integrado de los recursos hídricos. En resumen, no existe un
marco unificado mediante el cual los encargados de la formulación de políticas
puedan efectivamente acceder a la información y las prácticas óptimas elaboradas
por los estudiosos e investigadores de la economía ambiental en relación con la
evaluación de los recursos hídricos (Uribe et al., 2004), dentro de esto está la
contaminación del agua.
La valoración de las cuencas hidrográficas tiene dos propósitos:
1. Formular las políticas para cuantificar en términos económicos la importancia
relativa de los sistemas hidrológicos.
2. Son la base para formular las políticas que equilibren la preservación de esos
sistemas y el mejoramiento simultáneo del rendimiento económico de los bienes y
servicios ambientales que generan, (Goldberg, 2007). Como subsistema
económico la cuenca presenta una disponibilidad de recursos que se combinan
con técnicas diversas para producir bienes y servicios. En toda cuenca
hidrográfica existe alguna o algunas posibilidades de explotación o transformación
de recursos.
4.2.3. Desde el punto de vista biológico
Como subsistema biofísico la cuenca está constituida por varios componentes en
un área delimitada la división de aguas y con características específicas de clima,
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suelos, vegetación, red hidrográfica, usos del suelo, componentes geológicos,
entre otros (Uribe et al., 2004). Como subsistema social involucra las comunidades
humanas asentadas en su área, demografía, acceso a servicios básicos,
estructura organizativa, formas de organización, todo esto tiene impactos sobre el
ambiente natural. También incluye el conjunto de valores culturales y tradicionales,
normas de conducta y creencias de las comunidades asentadas (Aragón et al.,
2007).
4.3. Ciclo hidrológico de la cuenca
Ordoñez (2011) dice que el ciclo hidrológico es dependiente del movimiento o
transferencia de las masas de agua, tanto de un punto del planeta a otro, como
entre sus diferentes estados (líquido, gaseoso y sólido). Está animado por dos
causas: la energía solar y la gravedad. Desde este punto de vista, la cuenca es
una especie de máquina que regula y gestiona los satisfactores de las
necesidades de cada uno de los seres vivos (Orsolini et al., 2008).
El ciclo hidrológico global junto con la radiación solar forma el recurso básico para
la producción biológica primaria. Provee el agua que es requerida para la
asimilación del carbono y es muy importante en el suministro y transporte de
nutrientes. Asimismo, el ciclo hidrológico es el responsable de regular las
condiciones favorables de temperatura en la tierra (Peña et al., 2004).
El componente principal de una cuenca hidrográfica es el ciclo hidrológico mismo
que habitualmente se estudia en la fase terrestre. La cuenca hidrográfica capta el
agua de la precipitación y se mueve hasta un punto de salida (Orsolini et al.,
2008). La red de drenaje y vertientes superficiales son las vías de movimiento del
agua precipitada (Black, 1997). Cuando el suelo está saturado superficialmente, la
infiltración de las vertientes se hace evidente y la precipitación no se filtra en su
totalidad (Velasco et al., 2000). Con este enfoque, el agua captada o que aflora
por las vertientes tiene como destino inmediato la red del sistema, que se encarga
de transportarla al conjunto de salida de la cuenca (Orsolini et al., 2008);
(UNESCO, 2010). Las actividades humanas pueden modificar alguna sección de
este ciclo.
Aporte de metales pesados… 11
4.4. Cuenca de Zimapán.
La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA, 2015) reporta hidrológicamente la
zona se encuentra en una de las dos regiones en que se divide el estado de
Hidalgo, que se ubica en la parte occidental del estado, formando parte de la
subcuenca del Río Moctezuma en la cuenca hidrológica del Río Pánuco, éste
último desemboca en el Golfo de México. La cuenca de Zimapán ha sido
delimitada mediante un parteaguas que divide las corrientes superficiales,
separando aquellas que se integran al arroyo Chepinque que se forma con la
confluencia de una serie de escurrimientos por ambas márgenes.
El arroyo Chepinque drena con dirección poniente que cambia a norte hasta
aportar sus caudales, con el nombre de río Tolimán, a la margen derecha del río
Moctezuma a 20 km aguas de la cortina del Proyecto Hidroeléctrico Zimapán. La
zona norte de la cuenca es drenado por los arroyos El Cordón, San Pablo,
Detzaní, Amarillo, Carobante, Ojo de Agua, Muerto, Cajay y San Juan, que integra
a estos cuatro últimos.
En el sur destacan los escurrimientos Chivo, San Miguel, Casay, Zapatito, Bañú,
Agua Blanca, Tathí, Tzijá, Puetzey, Xithá y Rancho Viejo, que se integran al
Cuaxithí, y formando el Chepinque al unirse con el San Juan proveniente de la
zona norte.
Del oriente se integran al Cuaxthí los arroyos Aguacatal, El Fresno, Agua Santa,
Santiago y Los Martínez, de considerables áreas de captación.
La presencia de manantiales, principalmente al norte y al sur de la cuenca
alimentan la red de drenaje natural, en forma intermitente. Algunos de ellos han
sido captados para su uso. Sobre el arroyo San Juan se localizan dos pequeñas
presas al norte de Venustiano Carranza, que junto con la pequeña captación de
Tinthé, constituyen las obras hidráulicas dentro de la zona del acuífero.
4.5. La contaminación del agua superficial en Zimapán
Uno de los problemas ambientales relacionados con a los depósitos de mina es la
dispersión de estos contaminantes hacia su entorno. Romero et al., (2008)
mencionan que en periodos lluviosos y en zonas húmedas esta problemática
Aporte de metales pesados… 12
genera volúmenes considerables de drenaje ácido y su dispersión (hídrica) a
través de los escurrimientos superficiales.
La dispersión de contaminantes se ha documentados en otros sitios con
regímenes hídricos altos (Kovács et al., 2006; Wong et al., 1999) ; por efecto del
viento (Stovern et al., 2014) y por accidentes (deslaves) debido a la inestabilidad
de los depósitos (Grimalt et al., 1999). Sin embargo, poco se ha documentado los
procesos en zonas áridas y semiáridas.
En la cuenca de Zimapán la calidad del agua subterránea, es una causa que
restringe la utilización de este recurso. El gran problema de este acuífero son las
altas concentraciones de arsénico que han superado el límite máximo permisible
para el consumo de la población (SEMARNAT, 1998). La mala calidad de agua se
origina principalmente por la explotación minera. CONAGUA (2015) indica que
también se debe a origen natural proveniente de los minerales en las calizas que
conforman el acuífero.
La red de agua potable de la mayoría del área urbana, parte de un depósito en el
cual se mezclan flujos provenientes de pozos, norias y galerías filtrantes con
diversos gastos y grados de contaminación. Cabe señalar que varias localidades
del municipio obtienen el agua directamente de norias y pozos (Armienta y
Rodriguez, 2007). Por esta razón el abasto de agua potable ahora es externo, es
decir ya no se extrae agua de pozo para alimentar la red local, sino se lleva agua
de un estado vecino (comunicación verbal de usuarios).
El agua subterránea más profunda está en riesgo de desplazamiento constante
por la extracción intensiva, haciendo que circule por la roca caliza con mayores
concentraciones de arsénico (Vera et al., 2015). Esto puede empeorar la calidad
de agua reduciendo sus posibilidades de uso. Agregando el elevado costo y
restricción al uso de este elemento. Esto afecta a la población, al ambiente y
actividades que dependan de la utilización del agua y en efecto al desarrollo
económico de la región.
Aporte de metales pesados… 13
4.5.1. Situación actual del agua en Zimapán
Zimapán tenía problemas graves de abastecimiento de agua potable, el agua
subterránea era su fuente de abastecimiento. Este recurso actualmente se
encuentra contaminado con arsénico (Armienta et al., 2001)
La población de Zimapán ha consumido agua con altas concentraciones de
arsénico durante varias décadas. Esto fue revelado por la CNA y el Instituto de
Geofísica de la UNAM, que documentaron (en 1993) y muestrearon 55 pozos de la
zona, y encontraron que todos contienen arsénico en diferentes grados de
concentración ( Armienta y Rodriguez, 2007).
En este estudio se concluyó que la contaminación del agua subterránea en la zona
es de dos tipos: natural e inducida, la primera generada por los yacimientos
minerales existentes en el subsuelo: plomo, zinc y cobre, destacando los
minerales de arsénico que se encuentran en grandes cantidades; la segunda
propiciada por los residuos de mina, los cuales son minerales de baja ley (sulfuros
predominantemente) y roca molida entre los que abunda el arsénico y que son
lavados y depositados en las partes bajas por las corrientes superficiales. Los
aprovechamientos afectados por la contaminación natural, son los pozos y
algunos manantiales, y en forma inducida las norias principalmente (Isodoro,
2006).
4.6. La minería en Zimapán
4.6.1. Aspectos históricos
Según en el relato de Alexo de Murigía, juez repartidor de minas, en la época
precortesiana, Zimapán formó parte de la Alcaldía Mayor de Xilotepec, centro de
mayor importancia en las tribus otomíes. Algunas de las minas fueron
descubiertas en 1575, lo que originó que españoles precedentes de Xilotepec,
poblaran la zona de Zimapán, donde se construyeron las primeras haciendas de
beneficio. Zimapán fue fundado en febrero de 1576, siendo Virrey de la entonces
Nueva España, Don Martín Enríquez de Almazán (Azpeitia, 2007).
En 1579 las minas se localizaban en Tolimán, Monte y Santiago. Las minas
Tolimán estaban próximas al Cerro Gordo de donde se extraía plomo y plata. La
Aporte de metales pesados… 14
concentración y fundición se hacía ahí en Zimapán (Azpeitia, 2007). La plata era
transportada a Veracruz para embarcarla para España.
Durante la guerra de independencia la explotación en las minas de Zimapán se vio
obstaculizada por algunos años. Terminada la guerra, las minas tomaron
nuevamente su curso y empezaron a ser explotadas aunque con dificultades por el
insuficiente acceso a las vías de comunicación y el combustible que se necesita
para el uso de estas. Después de 1823 se contabilizaron 60 minas explotadas y 20
haciendas que se mantenían en beneficio de las minas explotas. Años después,
en 1844 se fundó la planta de fundición y laminado de hierro.
En la primera década del siglo XX, había un gran número de minas con altos
rendimientos de plata, zinc, plomo, cobre y oro. También hubo minas de algunos
minerales no metálicos, como: wollastonita, fosforita y mármol (Azpeitia, 2007).
4.6.2. Minerales extraídos
Actualmente el estado de Hidalgo es un importante productor de manganeso
(metal estratégico para la industria militar) en el país y ocupa el tercer lugar en la
producción de cadmio y menor proporción la extracción de oro, plata, plomo, cobre
y zinc, estos últimos se han incrementado sus extracciones durante el 2010 (SGM,
2014). Sin embargo, los volúmenes extraídos no son rigurosamente registrados.
Referente a los minerales no metálicos es un importante productor de arcillas,
grava, arena, carbonato de calcio, caolín y caliza a nivel nacional, se realiza
también, a menos escala, la extracción de yeso, dolomita, piedra pómez y mármol;
también se produce cemento (SGM, 2014).
Impacto de la minería en algunas propiedades del suelo y agua
Pérdida de propiedades físicas en el suelo
Alteración de los horizontes por remoción y acarreo de materiales
Compactación por paso de maquinaria pesada
Retrogresión por deforestación durante el descapote
Variaciones en la textura (porosidad, permeabilidad) por procesos de
esponjamiento, compactación, depósito de partículas, formación de costras.
Aporte de metales pesados… 15
Pérdida de la estructura por compactación, mezcla de horizontes, depósito
de partículas.
Variaciones en el régimen hídrico del suelo por alteraciones en el nivel
freático, y variaciones texturales y estructurales (Palmer et al., 2010).
Pérdida física de suelo por extracción y arranque, acumulación de vertidos
(escombro y balsas) o construcción de infraestructuras. Por erosión
inducida.
Alteraciones en formación del perfil por arranque y/o mezcla de horizontes,
depósito de vertidos y polvo. Pérdida de los horizontes superficiales por
erosión inducida.
Modificación de propiedades químicas en el suelo
Contaminación por metales pesados (Cu, Pb, Cd, Hg), metaloides (As)
(Chen et al., 2014) e hidrocarburos generada por efluentes líquidos y
sólidos, debido al uso de combustibles y lubricantes.
Acidificación por acumulación y oxidación de sulfuros y drenaje ácido.
Adición de sales al suelo (sulfatos).
Alteraciones en la dinámica fluvial:
Variación del perfil y trazado de la corriente fluvial, variaciones en el nivel de
base local, alteración en la dinámica (variaciones en las tasas de
erosión/sedimentación) en el perfil (aguas abajo y aguas arriba) por
excavaciones, diques y represas. Aumento del riesgo de inundación.
Incorporación de partículas sólidas en la corriente, aumento de la carga de
fondo y en suspensión, incremento en las tasas de sedimentación aguas
abajo.
Alteraciones en el régimen hidrogeológico:
Variaciones en el nivel freático, variaciones en el régimen de recarga y
modificaciones en el flujo subterráneo por efectos barrera, drenajes
inducidos, infiltración restringida o favorecida, compactación, modificación
del relieve, deforestación.
Aporte de metales pesados… 16
Contaminación por metales pesados y metaloides (As):
En coloides en suspensión.
En especies en disolución: uno de los procesos más relevantes para la
movilización de metales desde la fase sólida es el drenaje ácido de minas
(AMD), además de los procesos de metalurgia por lixiviación y cianuración.
Se puede producir nuevamente la incorporación de los metales a la fase
sólida (sedimentos) por adsorción o coprecipitación.
Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina:
Se produce por la hidrólisis y oxidación de sulfuros, en especial la pirita.
En condiciones de aridez, se forman sulfatos de hierro (jarosita). Como
resultado se obtienen aguas de pH muy bajo (2 a 3), cargadas en aniones
(sobre todo sulfatos), en las que generalmente son más solubles los
metales pesados como Pb, Zn, Cu, As, Cd, etc. (a excepción de Hg).
Depende de la superficie específica (tamaño) de las partículas y la
porosidad.
La cinética también está controlada por el clima y la actividad bacteriana
(Lillo, 2008).
En resumen los residuos producidos y abandonados por la actividad mineral a
través del tiempo se constituyen en fuente de contaminantes que impactan los
recursos naturales, el agua entre ellos.
La dispersión por viento y agua son un factor adicional que puede acentuar el
deterioro de los recursos, pero que hasta ahora poco se ha estudiado en este
país. Desde el punto de vista del funcionamiento de una cuenca, las actividades
que ocurran en la parte alta, tendrán efecto en la parte baja, hasta ahora no se
sabe si los efectos de la contaminación por metales pesados son aditivos o bien si
ocurren procesos de mitigación natural. Por lo que se planteó esta investigación
que es parte de un proyecto de mayor alcance.
Aporte de metales pesados… 17
4.7. Residuos de mina como fuentes de metales pesados
Los iones de metales pesados son los contaminantes inorgánicos más tóxicos en
el suelo y puede ser de origen natural o introducidos por las actividades humanas
(Adriano, 2001). Algunos de ellos son tóxicos incluso a bajas concentraciones y su
toxicidad aumenta en función de su concentración (Alloway y Ayres, 1993). El
cadmio, cromo, cobalto, cobre, plomo, mercurio, níquel, plata y uranio, se
encuentran repartidos en pequeñas cantidades por todas partes (Alloway, 1995).
Elementos que se encuentran en la composición normal de ciertas rocas y
minerales, pueden aumentar como resultado de erupciones volcánicas o por
fuentes de aguas termales (Barragán, 2010).
Por otro lado existe, una multitud de emisiones de iones metálicos al ambiente
relacionadas con las actividades humana; la industria de la minería (Chen et al.,
2014) y la fundición de metales son las principales. De los residuos de mina los
metales se liberan a través de los efluentes entre los que están el drenaje ácido de
mina (Helios, 1996), como consecuencia de la oxidación de los minerales (Das y
Maiti, 2008). Las partículas emitidas a la atmósfera como resultados de procesos
de refinamiento de altas temperaturas son otra forma de contaminación, lo mismo
que la dispersión por polvo (Alloway y Ayres, 1993). En la explotación de metales
no ferrosos, el plomo, cobre, zinc y cadmio son liberados en gran cantidad en la
fundición del cobre, níquel, cobalto, zinc, plomo y manganeso (Adriano, 2001).
Para tener acceso y extraer las vetas de minerales que se localizan a grandes
profundidades se excava (Helios, 1996). En esta operación, típicamente, involucra
la remoción de grandes cantidades de material sin o con muy poco mineral de
interés o valor (Edwards et al., 2014). Por cuestiones económicas o de métodos
de explotación de la mina, la resultante es que grandes cantidades de material con
altos contenidos de minerales sulfurados son dejados al término de la excavación
en sitios cercanos a la mina o al centro de beneficiado (Carmona et al., 2016). La
oxidación de este material depende en parte del área y tiempo de los minerales
expuestos al oxígeno (Nriagu, 1990).
Aporte de metales pesados… 18
Los desechos de intemperización y los sulfuros expuestos llegan a convertirse en
la fuente de acidez y se induce la disolución de metales. La roca que contienen
sulfuros metálicos residuo de la extracción de elementos económicamente
importantes se deposita (ya molida) formando montículos de diversas
dimensiones. Estos depósitos varían en tamaño, y en algunos casos llegan a
comprender varios kilómetros cuadrados (López, 2009). Estos depósitos de mina
son llamados coloquialmente como jales, relaves, colas, escombros.
Los depósitos de mina pueden ser alojados en montículos o en terrazas. Se toma
en consideración la geografía, condición económica, política y ambiental de la
mina para la ubicación de los residuos. Ambientalmente los residuos de la minería
son una situación alarmante por los elementos tóxicos que contienen.
Según López (2009) la interacción con el agua, su retención en el suelo, la
temperatura, el pH, la porosidad del suelo, y varios factores influyen sobre la
intensidad de las reacciones que se llevan a cabo (Da y Maiti, 2008). Se considera
que el proceso básico de formación de drenaje ácido se produce en tres etapas,
incluyendo varias reacciones químicas (Akcil y Koldas, 2006). Los depósitos de
mina tienen características para generar drenajes ácidos, estos se facilita gracias
a las partículas finas formadas durante la fragmentación de las rocas,
incrementando la superficie de reacción. En este tipo de materiales ocurre mayor
percolación de lluvia o de escurrimiento superficial debido a que su compactación
es baja pero la permeabilidad es mayor facilitando la oxidación de los sulfuros.
Los lixiviados y escurrimiento pueden llegar a los cuerpos de agua y los
contaminan (Das y Maiti, 2008). La prevalencia de los contaminantes en el agua
depende de la interacción del agua con la fase sólida con la que hace contacto.
Bradl, (2004) propuso que los parámetros más importantes que controlan la
adsorción de metales pesados y su distribución entre el suelo y el agua son el tipo
de suelo, la especiación y concentración de metales, el pH del suelo, relación en
masa solución y tiempo de contacto.
Aporte de metales pesados… 19
Los minerales ácidos formados a su vez reaccionan con otros minerales
expuestos e inducen la oxidación. Se genera así descargas de material tóxico
ácido que puede permanecer activos durante cientos o incluso miles de años. Por
otro lado, las pequeñas partículas de metales pesados que con el tiempo pueden
separarse de los residuos, se diseminan con el viento y son depositados en el
suelo y los lechos de los cursos de agua, donde pueden disolverse e integrarse
lentamente a los tejidos de organismos vivos como los peces (Carrere, 2004).
4.8. Metales en agua superficial
El término de metales pesados hace referencia a elementos químicos
caracterizados por su densidad mayor a la del agua (4 g/cm3 hasta 7 g/cm3) y por
su efecto tóxico para la salud humana, aún en bajas concentraciones (mercurio,
cadmio, arsénico, cromo, talio, plomo, antimonio, aluminio; Alloway, 1995).
Además, estos elementos tienden a integrarse en la cadena trófica (US-EPA,
2004).
Se conoce que la utilización de las cuencas hídricas como receptores de
descargas antrópicas representa un riesgo para la salud humana. Particularmente
importante es la contaminación causada por las altas concentraciones de algunos
metales pesados y su incremento en los efectos adversos derivados de la
persistencia y el fenómeno de biomagnificación (Topalián et al., 1999). Los
metales pesados ingresan a los cuerpos de agua principalmente por descargas
directas de fuentes industriales, siendo la industria minera una de las más
importantes (Alloway y Ayres, 1993)
4.9. Efectos de los metales pesados en el organismo
Las sales solubles de los metales pesados son muy tóxicas (Alloway, 1995,
Alloway y Ayres, 1993) y acumulables por los organismos que los absorben, los
cuales a su vez son la ruta de entrada de contaminación de las cadenas
alimenticias al ser ingeridos por alguno de sus eslabones superiores (Alloway y
Ayres, 1993). Los metales pesados que son ingeridos por el hombre en el agua y
alimentos contaminados provocar diversos efectos en los organismos (Adriano,
2001; Bradl, 2004).
Aporte de metales pesados… 20
4.9.1. Plomo
Propiedades químicas del plomo
El plomo es un metal cuya concentración en la corteza terrestre se calcula en un
0.00002%, en el suelo su concentración natural varia de 2 a 200 mg kg-1 (Duran,
2004), tiene un punto normal de fusión de 327.4 ºC, un punto normal de ebullición
de 1770 ºC y una densidad de 11.35 g/mL. Forma compuestos con los estados de
oxidación de +2 y +4, siendo los más comunes los del estado de oxidación +2,
(Krauskop y Bird, 1995). El plomo es anfótero por lo que forma sales plumbosas y
plúmbicas, así como plumbitos y plumbatos. Se encuentra formado minerales
como la galena (sulfuro de plomo, PbS) que se utiliza como fuente de obtención
del plomo, la anglosita (sulfato de plomo II, PbSO4) y la cerusita (carbonato de
plomo, PbCO3). Gran parte del plomo se recicla de chatarras como las baterías
secas y de las escorias industriales como soldaduras, cojinetes, recubrimientos de
cables, etc (Cloquet et al., 1995).
Fuentes de contaminación por plomo
La concentración natural de plomo en el agua es del orden de 2 mg L-1. (Erel et al.,
1991), las actividades humanas pueden modificar este valor. La contaminación del
agua por plomo es debida a las sales solubles en agua que son generadas por las
fábricas de pinturas, de acumuladores, por alfarerías con esmaltado, en
fototermografía, en pirotecnia, en la coloración a vidrios o por industrias químicas
productoras de tetraetilo de plomo (se usa como antidetonante en gasolinas) y por
algunas actividades mineras (Hürkamp et al., 2009).
Las dos principales vías de acceso de los compuestos de plomo al organismo son
el tracto gastrointestinal y los pulmones (Albert, 2009). Cerca de 10% del plomo
ingerido es excretado en la orina y en menor cantidad en el sudor, en el cabello y
en las uñas. 90% del plomo que se encuentra en el cuerpo humano se deposita en
el esqueleto óseo y es relativamente inerte, y el que pasa a través del torrente
sanguíneo puede depositarse en los tejidos (Krauskop y Bird, 1995).
Aporte de metales pesados… 21
La Organización Mundial de la Salud (WHO, 2004) informa que las personas
pueden verse expuestas al plomo por actividad laboral o por su entorno,
principalmente a través de:
La inhalación de partículas de plomo generadas por la combustión de
materiales que contienen este metal (por ejemplo, durante actividades de
fundición; reciclaje en condiciones no seguras; remoción de pintura que
contiene plomo, o al utilizar gasolina con plomo);
La ingestión de polvo, agua o alimentos contaminados (por ejemplo,
agua canalizada a través de tuberías de plomo; alimentos envasados en
recipientes con esmalte que contienen plomo o por disolución de
soldadura).
Otras posibles fuentes de exposición al plomo es el uso de determinados
productos cosméticos; uso de cerámica pintada con soluciones de plomo (PbO)
y medicamentos tradicionales.
Efectos del plomo en el cuerpo humano
Los signos más comunes de intoxicación por plomo son los trastornos
gastrointestinales y sus síntomas comprenden anorexia, náusea, vómito, diarrea y
constipación, seguida de cólicos. El plomo puede afectar la síntesis de la
hemoglobina y el tiempo de vida media de los glóbulos rojos, así como, al sistema
nervioso central y periférico (Bindler, 2011). La contaminación por el plomo en los
riñones produce cambios en las mitocondrias e inflamación de las células del
epitelio del túbulo proximal y alteraciones funcionales que provocan amino-
aciduria, glucosuria e hiperfosfaturia (síndrome de Fanconi). La toxicidad de los
compuestos de plomo varía dependiendo de su naturaleza química y solubilidad
de cada compuesto, los más tóxicos son los compuestos orgánicos (Krauskop y
Bird, 1995).
Aporte de metales pesados… 22
La toxicidad del plomo se conoce desde hace mucho tiempo, los efectos sobre las
plantas y varios organismos acuáticos se han estudiado a detalle. Los compuestos
de plomo en los peces les originan la formación de una película coagulante y les
provoca alteraciones hematológicas. En el hombre provoca saturnismo,
enfermedad que engloba trastornos nerviosos, digestivos y renales (Krauskop y
Bird, 1995)
4.9.2. Cadmio
Propiedades químicas del cadmio
El cadmio (Cd, número atómico 48, masa atómica 111.40 g/mol), metal divalente
que se obtiene como subproducto del tratamiento metalúrgico del zinc y del plomo,
a partir de sulfuro de cadmio; en el proceso hay formación de óxido de cadmio,
compuesto muy tóxico (Ramírez, 2002). El comportamiento fisicoquímico del Cd
en agua depende de su compleja especiación química, regida por el pH del medio
y por la dureza del agua (es decir, su contenido en bicarbonatos, calcio y
magnesio) así como la presencia de ligandos orgánicos e inorgánicos y de
metales fácilmente intercambiados por Cd (García, 2008).
Es un metal poco abundante en la naturaleza, el único mineral que lo contiene es
la greenockita (CdS). Pero se encuentra en rocas sedimentarias como las pizarras
(Alloway y Ayres, 1993). Forma numerosos complejos con aniones, como haluros,
nitratos, sulfatos, tiosulfatos, amonio y cianuros, generalmente no demasiado
estables. Además, una gran variedad de sales y sales básicas de este metal son
moderadamente solubles e incluso bastante solubles en agua, como los
bicarbonatos, cianuros, fosfatos y sulfuros (Gómez, 2009). La solubilidad de las
sales de cadmio en agua es muy variable: los halogenuros, el sulfato y el nitrato
son relativamente solubles mientras que el óxido, el hidróxido y el carbonato son
prácticamente insolubles en agua (Ruiz, 2009).
Su concentración en el agua es de nanogramos por litro (Erel et al., 1991). Las
aguas naturales ricas en compuestos húmicos y fúlvicos contienen aún menor
concentraciones de Cd libre debido a la alta estabilidad de los complejos formados
entre el metal y las sustancias húmicas (García, 2008).
Aporte de metales pesados… 23
Fuentes de contaminación por cadmio
El Cd es un contaminante prioritario postindustrial (Campbell, 2006), es decir se
introducido al ambiente en los últimos cien años. La contaminación del agua por
cadmio ocurre eventualmente debido a los procesos industriales en los que se
arrojan los desechos a las alcantarillas (Selinus et al., 2005). El Cd se extrae
como subproducto del Pb, Zn, Cu y otros metales, las incineradoras municipales, y
emisiones industriales procedentes de la producción de pigmentos para cristales,
anticorrosivos, baterías de Ni/Cd, e insecticidas (McLaughlin y Singh, 1999) la
electrodepositación o la aleaciones de fierro, en la producción de fierro y zinc y en
el uso de reactores nucleares (Selinus et al., 2005).
Esta actividad también aporta Cd a los cuerpos de agua (Cloquet et al., 2006).
Además de contaminar el ambiente desde su fundición y refinación, contamina
también por sus múltiples aplicaciones industriales (Ramírez, 2002); por corrosión
de estructuras galvanizadas (Aguilar et al., 2003).
El Cd es un metal potencialmente tóxico para los organismos cuando está
presente en concentraciones biodisponibles excesivas tanto en agua, sedimento y
suelo y existe normalmente asociado a otros metales, como los de Pb, Cu y Zn.
En el ambiente se encuentra en concentraciones muy bajas (0.03 μg/g en suelos,
0.07 μg/mL en agua dulce, y 1 ng/m3 en aire). Es más móvil en ambientes
acuáticos que otros metales pesados, como el plomo (ATSDR, 2012).
Efectos del cadmio en el cuerpo humano
El cadmio es tóxico y no es esencial para los seres vivos (Selinus et al., 2005). Las
pruebas clínicas de la exposición al cadmio pueden clasificarse, de acuerdo con el
tiempo y modo de dicha exposición, en agudas y crónicas y en las debidas a
inhalación y a ingestión, respectivamente (Pasquali, 2003).
Entre los síntomas específicos de toxicidad por cadmio esta la presencia de
microglobulinas en los riñones, los huesos y los pulmones; se tiene menos
evidencia de sus efectos neurotóxicos, teratogénicos o alteradores del sistema
endocrino (Pérez y Azcona, 2012). Las lesiones en los pulmones se producen
gracias a los vapores de este elemento. Existe relación entre el cadmio y las
Aporte de metales pesados… 24
personas que padecen hipertensión arterial, esto puede degenerar en
enfermedades cardiacas (Mead, 2010).
Como medida de seguridad la OMS recomienda que los trabajadores no sean
expuestos por más de 8 horas a concentraciones mayores de 40 mg/m3 de
cualquiera de sus compuestos del cadmio en el aire (Selinus et al., 2005).
4.9.3. Cobre
Propiedades químicas del cobre
El cobre es un metal rojizo que ocurre naturalmente en las rocas, el agua, los
sedimentos y, en niveles bajos, el aire. Su concentración promedio en la corteza
terrestre es aproximadamente 50 mg kg-1; expresado de otra manera (ATSDR,
2004). El destino del cobre elemental en el agua es complejo e influenciado por el
pH, el oxígeno disuelto y la presencia de agentes oxidantes y compuestos
quelantes o iones (US-EPA, 1986).
Fuentes de contaminación por cobre
El cobre está presente en la atmósfera por la dispersión eólica de materiales
geológicos en partículas y las emisiones de las chimeneas. Estas fuentes
representan 0,4% del cobre liberado al medio ambiente (Barceloux, 1999). Se
encuentra formando complejos en aguas superficiales, subterráneas, marinas,
pero principalmente material particulado (ATSDR, 2004). Las aguas superficiales y
subterráneas que se utilizan para el servicio humano contienen pequeñas
concentraciones de cobre y su contenido varía de un lugar a otro (Pérez y Azcona,
2012). Las concentraciones de cobre en el agua potable varían ampliamente como
resultado de las variaciones en las características del agua, como el pH, la dureza
y la disponibilidad de cobre en el sistema de distribución (WHO, 2004)
Materiales orgánicos como los alimentos son una fuente principal de exposición al
cobre para los seres humanos. Las carnes de hígado y otros órganos, los
mariscos, las nueces y las semillas (incluidos los granos enteros) son buenas
fuentes de cobre dietético (IOM, 2001).
Aporte de metales pesados… 25
Efectos del cobre en el cuerpo humano
Este metal está considerado un nutriente esencial para la mayoría de los
organismos, pero cuando está en exceso, se vuelve tóxico (Brewer, 2014; Linder,
1991, 2001).
Es un metal que se encuentra en los suelos hasta en 300 mg /kg, es esencial para
plantas y animales, pero en bajas concentraciones. En concentraciones altas, el
cobre puede producir efectos nocivos como por ejemplo irritación de la nariz, la
boca y los ojos, vómitos, diarrea, calambres estomacales, náusea y aún la muerte
(Gaetke y Chow, 2003). Incluso se ha asociado con la demencia senil (Brewer,
2014). La dosis letal aguda para adultos está entre 4 y 400 mg por kg de peso
corporal, basándose en datos de ingestión accidental y casos de suicidio (Chuttani
et al., 1965; Garwal et al., 1997). Las personas que ingieren grandes dosis de
cobre presentan hemorragia gastrointestinal, hematuria, hemólisis intravascular,
metahemoglobinemia, toxicidad hepatocelular, insuficiencia renal aguda y Oliguria
(Garwal et al., 1997).
El cobre se ha encontrado en por lo menos 906 de los 1,647 sitios de la Lista de
sitios prioritarios identificados por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de
Estados Unidos (ATSDR, 2004).
4.9.4. Hierro
Propiedades químicas del hierro
Elemento químico, símbolo Fe, número atómico 26 y peso atómico 55.847 Su
estado de oxidación predominante es +3, aunque la forma disponible para las
plantas es +2. El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza
terrestre (5%), en el suelo puede llegar a 550 000 mg kg-1 (Heaney, 2001). Los
cuatro isótopos estables, que se encuentran en la naturaleza, tienen las masas 54,
56, 57 y 58 g. Los dos minerales principales en la corteza terrestre son la
hematita, Fe2O3, y la limonita, Fe2O3.3H2O. Las piritas, FeS2, y la cromita, Fe
(CrO2)2, se explotan como minerales de azufre y de cromo, respectivamente. El
hierro se encuentra en muchos otros minerales y está presente en las aguas
freáticas (ATSDR, 2004).
Aporte de metales pesados… 26
Fuentes de contaminación por hierro
Una de las fuentes naturales de contaminación es la aireación de capas de
minerales que lo contienen, su arrastre al agua subterránea. La disolución del
hierro puede producirse como resultado de la oxidación de minerales y
disminución del pH (WHO, 2003). Este elemento se encuentra tejidos de
organismos: en carne, productos integrales, patatas y vegetales. Por esto la
descarga de residuos de organismos aportan hierro. (ATSDR, 2004).
Efectos del hierro en el cuerpo humano
Así como la deficiencia de hierro puede tener consecuencias adversas, su ingesta
excesiva también puede generar alteraciones (Tostado et al., 2015). En los seres
humanos pueden darse depósitos de hierro en diversos órganos, especialmente el
hígado, lo que produce diversos daños y una enfermedad conocida como
hemocromatosis. Una ingesta excesiva de hierro puede provocar un
envenenamiento por este mineral (Ruiz, 2009) conjuntivitis, coriorretinitis, y retinitis
si contacta con los tejidos y permanece en ellos (WHO, 1984). La inhalación
crónica de concentraciones excesivas de vapores o polvos de óxido de hierro
puede resultar en el desarrollo de una neumoconiosis benigna, llamada sideriosis,
que es observable como un cambio en los rayos X. Ningún daño físico de la
función pulmonar se ha asociado con la siderosis (ATSDR, 2004). Se ha señalado
al hierro como un factor de riesgo potencial de cáncer y de enfermedades
cardiovasculares (Tostado et al., 2015)
4.9.5. Manganeso
Propiedades químicas del manganeso
El manganeso se encuentra en muchos tipos de rocas, no tiene olor, ni sabor
especial. Es un metal de color plateado, ocurre combinado con otras sustancias
como oxígeno, azufre y cloro (ATSDR, 2000). Es el octavo elemento más
abundante en la corteza terrestre, ocupando 2% de ésta, y aunque en estado puro
no se lo puede encontrar en la naturaleza, sí se lo puede encontrar en grandes
depósitos en forma de magnesita, dolomita y algunos otros minerales (Pino, 2016).
Aporte de metales pesados… 27
Fuentes de manganeso
Debido a su gran afinidad por el oxígeno generalmente se presenta en forma de
óxidos y también en la de silicatos y carbonatos. La mena de este mineral
mayormente utilizado en la industria es la pirolusita (MnO2), de 63% de
manganeso, pero se usan otras como la braunita (MnS12 O3) de 69%, la rodonita,
la rodocrusita, entre otros. Entre sus combinaciones naturales destacan óxidos,
silicatos y carbonatos: pirolusita o manganesa, rodocrosita o dialogita son las más
importantes; otras menos importantes son hausmannita, psilomelana
(manganomelana), manganita, rodonita, braunita, hübnerita (Smith y Paterson,
1995). Se han descubierto grandes cantidades de nódulos de manganeso en el
fondo oceánico que en el futuro serán importantes para la obtención del metal.
Estos nódulos contienen más de 24% de manganeso junto con cantidades
menores de otros elementos, en forma de óxidos hidratados (DIGESA, 1991).
Efectos del manganeso en el cuerpo humano
La toxicidad por manganeso puede causar varios problemas neurológicos. Se
sabe que es un peligro sanitario para las personas que inhalan polvo de
manganeso, como soldadores y fundidores (Keen et al., 1999). A diferencia del
manganeso ingerido, el manganeso inhalado es transportado directamente al
cerebro antes de que pueda ser metabolizado en el hígado (Davis, 1998). Los
síntomas de la toxicidad por manganeso por lo general aparecen lentamente en un
periodo de meses y hasta años. La toxicidad extrema por manganeso puede
derivar en un trastorno neurológico permanente con síntomas similares a los del
síndrome de Parkinson incluyendo temblores, dificultad para caminar, y espasmos
de los músculos faciales (Aschner y Aschner, 1991; Pal et al., 1999). Este
síndrome, denominado manganismo, ocasionalmente es precedido por síntomas
psiquiátricos como irritabilidad, agresividad, e incluso alucinaciones. Además, la
inhalación de manganeso puede causar una respuesta inflamatoria en los
pulmones (Roels et al., 1987). Los síntomas clínicos de los efectos en el pulmón
incluyen tos, bronquitis aguda, y disminución de la función pulmonar (Higdon,
2001).
Aporte de metales pesados… 28
4.9.6. Zinc
Propiedades químicas del zinc
El Zn se caracteriza por ser un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza,
pero no es abundante, ya que representa sólo el 0,012% de la corteza terrestre
(Robert, 1997). En los suelos su concentración media es de 50 mg/kg. El óxido de
zinc es uno de los compuestos más abundantes. Es uno de los elementos
esenciales más abundantes en el cuerpo humano y al ser un ion intracelular se
encuentra en su mayoría en el citosol (Rubio et al., 2007)
Fuentes de contaminación por zinc
Las concentraciones en el ambiente aumentan debido las actividades humanas,
como: minería; combustión de carbón; el proceso de acero; la metalurgia; el
vulcanizado del caucho (Gay y Maher, 2003).
Efectos del zinc en el cuerpo humano
La inhalación de polvo (como estearato de zinc) puede causar fiebre de humo
metálico, cianosis, disnea y neumonía bronquial. Las manifestaciones de
sobredosis con sulfato de zinc son sensación de ardor, dolor de boca y garganta,
trastornos gastrointestinales con vómitos y diarrea, anuria, fiebre y colapso
circulatorio. Otras alteraciones son edema pulmonar, taquicardia, hipertensión, tos
seca y sabor metálico (Ahmad et al., 1988). Dosis unitarias de 225 a 450 mg de
zinc con frecuencia inducen el vómito. Se han reportado molestias
gastrointestinales menores con dosis de 50 a 150 mg/día de zinc suplementario.
Se ha reportado fiebre por vapores metálicos luego de la inhalación de vapores de
óxido de zinc. De manera específica, dentro de las primeras ocho horas de la
inhalación del óxido de zinc se puede sufrir de sudoración profusa, debilidad, y
respiración acelerada, lo que puede persistir de 12 a 24 horas después del término
de la exposición (Higdon, 2001).
Aporte de metales pesados… 29
4.9.7. Níquel
Propiedades químicas del níquel
Es un metal plateado, dúctil, maleable, resistente a la corrosión, muy tenaz,
ligeramente ferromagnético y fácilmente trabajado en caliente y en frío (Toledo et
al., 2003) tiene propiedades que lo hacen muy deseable para combinarse con
otros metales y formar mezclas llamadas aleaciones. Algunos de los metales con
los cuales se combina el níquel son el hierro, cobre, cromo y zinc. Estas
aleaciones se usan para fabricar monedas y joyas y en la industria para fabricar
artículos tales como válvulas e intercambiadores de calor (ATSDR, 2005).
Fuentes de contaminación por níquel
El níquel está ampliamente distribuido en el ambiente: aire, agua y suelo. Las
fuentes naturales de níquel atmosférico incluyen el polvo de las emisiones
volcánicas y de la erosión de rocas y suelos (Barceloux, 1999; Denkhaus y
Salnikow, 2002). Como resultado del aumento del consumo de productos que
contienen níquel, los compuestos en el ambiente pueden constituir un factor
peligroso para la salud humana (Barceloux, 1999; Denkhaus y Salnikow, 2002).
Efectos del níquel en el cuerpo humano
Níquel es un nutriente esencial, se requiere en pequeñas cantidades (Poonkothai
et al., 2012) activa la transformación de la glucosa en glucógeno, cataliza las
enzimas arginasa-tripina y carboxilasa, participa en la producción de hormonas
como la adrenalina, noradrenalina, prolactina y aldosterona (Barceloux, 1999).
Al igual que muchos agentes ambientales, el efecto tóxico del níquel depende de
la forma en que se introduce en un organismo. El níquel puede entrar en el cuerpo
por inhalación, ingestión y absorción dérmica, pero la absorción en las células está
determinada por su forma química (Cangul et al., 2002)
Su concentración en tejidos humanos es muy baja (0.1 g/individuo), en contraste
en las plantas (0.05-5 mg kg-1) y tejidos de otros animales donde su concentración
es mayor (Poonkothai et al., 2012). Se sabe que se acumulación en el hígado, los
huesos y la arteria aorta (ATSDR, 2005).
Aporte de metales pesados… 30
En las personas el efecto adverso más común de la exposición al níquel es una
reacción alérgica (Barceloux, 1999). Se dice que entre 10% y 15% de la población
es sensible al níquel. Tal sensibilidad se expresa cuando hay contacto directo
prolongado de la piel con accesorios, joyas y otros artículos que lo contienen
(ATSDR, 2005).
Algunas personas que trabajan en refinerías de níquel o plantas que procesan
níquel han sufrido bronquitis crónica y alteraciones del pulmón (Denkhaus y
Salnikow, 2002). La exposición a concentraciones de níquel mucho más altas que
los niveles que se encuentran normalmente en el ambiente deriva en
padecimientos respiratorios. La ingesta de agua con altas concentraciones de
níquel sufrieron dolores de estómago y efectos adversos en la sangre y los riñones
(ATSDR, 2005).
4.10. Normatividad Mexicana respecto a metales en agua
La normatividad tiene por objeto establecer valores de referencia o
concentraciones máximas permitidas de elementos en el agua, para calificar la
calidad del agua. En principio el agua no debería llevar un exceso de minerales
disuelto para ser usada sin riesgos, por ejemplo, se ha encontrado que la
concentración de Cd en aguas es del orden de microgramos por litro (Gardiner,
1974). Pero como se ha observado que el contenido de solutos varía y tiende a
aumentar en aguas residuales, se han propuesto concentraciones que no se
recomiendan que sean rebasadas dependiendo del uso al que se destinará.
4.10.1. Normas oficiales Mexicanas ecológicas NOM 001-ECOL
La Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de
contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes
nacionales, con el objeto de proteger su calidad y posibilitar sus usos, y es de
observancia obligatoria para los responsables de dichas descargas (SEMARNAT,
1998). Estas concentraciones sirven de referencia para la evaluación de la calidad
del agua que se descarga a los drenajes (Cuadro 1) en función de su uso
potencial como riego agrícola y uso público urbano.
Aporte de metales pesados… 31
4.10.2. NOM-127-SSA1-1994
Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites permisibles de calidad y los
tratamientos de potabilización del agua para uso y consumo humano, que deben
cumplir los sistemas de abastecimiento públicos y privados o cualquier persona
física o moral que la distribuya, en todo el territorio nacional.
El abastecimiento de agua para uso y consumo humano con calidad adecuada es
fundamental para prevenir y evitar enfermedades, para lo cual se requiere
establecer límites permisibles de sustancias químicas y otras variables (Cuadro 1).
4.11. Criterios Ecológicos de Calidad de Agua.
Criterios Ecológicos de Calidad del Agua CE-CCA-001/89, establece los límites
máximos en contaminantes con base en los cuales la autoridad competente podrá
calificar a los cuerpos de agua como aptos para ser utilizados como fuente de
abastecimiento de agua potable, en actividades recreativas con contacto primario,
para riego agrícola, para uso pecuario, en la acuacultura, o para la protección de
la vida acuática (CE-CCA-001, 1989) en este caso solo se tomará en cuenta los
límites de abastecimiento de agua potable y riego agrícola (Cuadro 1).
4.12. Estándares Nacionales Calidad Ambiental para Agua
Los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) propuestos son valores máximos
permitidos de contaminantes en el ambiente. El propósito es garantizar la
conservación de la calidad ambiental mediante el uso de instrumentos de gestión
ambiental sofisticados y de evaluación detallada (Cuadro 1). Sin embargo, como
se ha mencionado la concentración natural en el agua debe ser muy baja.
Aporte de metales pesados… 32
Cuadro 1 Límites máximos permisibles para la calidad de agua, su uso potable y
de riego agrícola.
Elemento
Criterios Ecológicos de la Calidad del
Agua (1989) (mg L-
1)
NOM 001-SEMARNAT (mg L-1)
Estándares Nacionales Calidad del Agua (mg L-1)
NOM-127-SSA1-
1994 (mg L-1)
Fuente de
abastecimiento
de agua potable
Riego agrícola
Riego agrícola
Uso público urbano
Recreativo con
contacto primario
Agua para riego,
consumo crudo y bebida
de animales
Agua para
consumo humano
Cu - 4.00 4.00 2.00 0.2 2.00
Pb 0.05 5.00 0.50 0.20 0.01 0.05 0.01
Fe 0.3 5.00 - - 0.30 1.00 0.3
Mg 0.1 - - - 0.10 0.20 0.15
Zn 5.0 2.0 10.00 10.00 3.00 2-24 5.00
Cd 0.01 0.01 0.20 0.10 0.01 0.01 0.005
Ni 0.01 - - - - - -
4.13. Caracterización física de la cuenca de Zimapán
4.13.1. Localización geográfica y colindancias
Se encuentra situado al noroeste del estado de Hidalgo, entre las coordenadas
geográficas extremas las siguientes: 20° 34´de latitud norte, al este 99° 12´ y 99°
33´de longitud oeste, a una altitud de 1760 msnm y abarca 4.4% de las superficie
total del estado (Isodoro, 2006)
Colinda al norte con el acuífero Huasteca Potosina, estados de San Luis Potosí y
Querétaro; al noroeste con el acuífero Tolimán; al oeste con el acuífero
Moctezuma y al suroeste con el acuífero Valle de Cadereyta, estado de Querétaro
y Huichapan-Tecozautla, del estado de Hidalgo; al sur y al este con los municipios
de Ixmiquilpan y Orizatlán, del estado de Hidalgo (CONAGUA, 2015), Figura 1.
Aporte de metales pesados… 33
Geopolíticamente el acuífero de Zimapán se localiza totalmente dentro de los
municipios de Zimapán, Pacula y Pisaflores y algunas porciones de los municipios
Jacala de Ledezma, La Misión y Chapulhuacán; destacando en él las poblaciones
de Zimapán, Pacula, Jacala, Picaflores, Calpulhuacán y La Misión (CONAGUA,
2015)
Figura 1. Ubicación de Zimapán respecto a los municipios en el estado de Hidalgo.
Las coordenadas geográficas del área de estudio son 20° 44´ 00´´ de latitud norte
y 99° 23´00´´ de longitud oeste (Azpeitia, 2007). Forma parte de la subcuenca del
río Moctezuma en la Cuenca Hidrológica del río Pánuco, el cual desemboca en el
Golfo de México (DGG, 1983).
Aporte de metales pesados… 34
4.14. Caracterización social de la cuenca de Zimapán
Es una región eminentemente minera donde se realiza la extracción de minerales
importantes que contienen Pb, Zn, Cu, Ag y Au (SGM, 2014). El municipio de
Zimapán tenía una población aproximada de 37,500 habitantes en el año 2000
(INEGI, 2000), 32% de la población se concentra en la cabecera municipal, 5% en
la zona conurbada a ésta y 19% en los alrededores de la misma; las principales
fuentes de suministro de agua son pozos profundos, manantiales y norias, pero el
agua potable es llevada desde Querétaro, debido a la contaminación de sus
fuentes de agua. La población actual es de 40201 habitantes, con una densidad
de población de 44 habitantes por km cuadrado; el 34% de la población se ubica
en la zona urbana y 22% en comunidades de 1500 a 2500 habitantes.
Aporte de metales pesados… 35
5. MATERIALES Y MÉTODOS
La metodología para realizar este trabajo se dividió en tres fases fundamentales:
a) fase de campo, que consistió en hacer un recorrido en la área de estudio,
ubicación de sitios y entrenamiento para la obtención de muestras, b) trabajo de
laboratorio, que consistió en la caracterización de la muestras de agua y c) fase de
gabinete, que incluyó la captura y análisis de datos, resultados, discusión y
conclusiones.
Previamente se recabó la literatura disponible sobre el tema de interés y de los
avances en el conocimiento actuales para mayor comprensión de la problemática
del área de estudio. La información de esta recopilación es la que se presenta en
la sección de revisión de literatura.
5.1. Fase de campo
Se realizó un recorrido en el área para ubicar los nueve sitios de muestreo los
cuales se dividieron en dos secciones:
Parte alta de la subcuenca; el cual comprende los siguientes sitios de muestreo:
Puente Santiago elegido porque se encuentra en la parte alta del tramo estudiado
y no hay residuos con aporte directo de lixiviados, es decir se consideró sitio de
referencia (no contaminado). Depósito (pasivos ambientales) Preisser que tiene la
base de éste aproximadamente a 15 metros del cauce. Depósito Pal su base se
encuentra derramada al cauce que cuenta con una bifurcación y donde se vuelve
a unir se tomó la muestra. Depósito Los Gómez la base se encontró
aproximadamente a ocho metros de distancia del cauce y la muestra se tomó al
inicio y debajo de un pequeño puente. El último sitio de muestreo se ubicó como
Punto de salida ya que no se encuentra cercano a los depósitos de desechos
mineros. De acuerdo a las recomendaciones de la (US-EPA, 1974), entre más
muestras se tengan de los sitios evaluados mejor se describirán la variabilidad
espacial y temporal.
Parte baja de la subcuenca; los siguientes sitios no cuentan con aportaciones
directas por depósito de mina. La parte angosta del cauce a 500 metros del
depósito Los Gómez se le nombró km 0.5. A 1000 metros del depósito Los Gómez
Aporte de metales pesados… 36
como 1 km. A 1400 metros del depósito Los Gómez como 1.4 km y a 1800 metros
del Depósito Los Gómez se le nombró 1.8 km. La Figura 2 y el Cuadro 3 muestran
los sitios de muestreo, su distribución en la subcuenca y sus coordenadas.
Cuadro 2. Coordenadas de los sitios de muestreo en Zimapán, Hidalgo.
Sitio de muestreo ID Coordenada X (m) Coordenada Y (m)
Parte alta
de la subcuenca
de Zimapán, Hidalgo.
Puente Santiago PS 460552.00 2292186.00
Depósito Preisser DPr 459867.00 2291845.00
Depósito Pal DPa 459678.00 2291869.00
Depósito Los Gómez DLG 458389.00 2292014.00
Punto de Salida PSal 458229.10 2292365.89
Parte baja de la
subcuenca de
Zimapán, Hidalgo.
km 0.5 0.5 km 457837.00 2292503.00
km 1 1 km 457620.00 2292707.00
km 1.4 1.4 km 457325.00 2293000.00
km 1.8 1.8 km 456944.00 2293051.00
Las coordenadas geográficas de cada sitio fueron tomadas con un GPS (Garmin
eTrex 10), bajo un sistema de coordenadas proyectadas Universal Transversal de
Mercator, Zona 14, Datum WGS 84.
Aporte de metales pesados… 37
Figura 2. Ubicación de los sitios de muestreo Zimapán, Hidalgo. Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG:
Depósito Los Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km
1: a 1000 m del DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del
DLG.
El muestreo se realizó durante mes y medio con una frecuencia de dos veces por
semana en el caso de la parte alta de la subcuenca y en la parte baja de la
subcuenca el muestreo fue una vez cada dos semanas (Cuadro 2), teniendo
diferente número de muestreos en esta parte. Debido a dificultades de acceso y
tiempo para el acarreo de las muestras. Para el caso de los aforos, la accesibilidad
a los sitios fue el factor más limitativo.
Aporte de metales pesados… 38
Cuadro 3. Fechas de recolecta de muestras de agua en 2015.
Muestreo Fecha Muestreo Fecha
1 18 de julio 11 20 de agosto
2 19 de julio 12 24 de agosto
3 23 de julio 13 27 de agosto
4 27 de julio 14 31 de agosto
5 30 de julio 15 3 de septiembre
6 3 de agosto 16 7 de septiembre
7 6 de agosto 17 15 de septiembre
8 9 de agosto 18 22 de septiembre
9 13 de agosto 19 29 de septiembre
10 17 de agosto
5.2. Fase de laboratorio
El análisis químico de las muestras se realizó en el Laboratorio de Química de
Suelos, del Colegio de Postgraduados.
Las muestras de agua se obtuvieron de los puntos con movimiento turbulento del
arroyo como lo recomienda la literatura (US-EPA, 1974). Se evitó colectar
partículas y materiales flotantes con hojas, tallos, o materia orgánica. Estas
pudieran afectar la composición de la muestras por ser partículas adsorbentes o
para evitar la degradación dentro del recipiente. Para el manejo de las muestras
se siguieron las recomendaciones de (Morrison et al., 2003) ajustándose al tiempo
de retención o conservación recomendado por US-EPA, 1986 (Cuadro 4).
Aporte de metales pesados… 39
Para la caracterización de agua se determinó: pH bajo la NMX-AA-008 de aguas,
conductividad eléctrica (CE µS cm-1), sólidos totales disueltos (STD en mg L-1)
(Adams, 1989; Morrison et al., 2003) (Adams, 1990, Morrison et al., 2003),
oxígeno disuelto (OD en mg L-1) bajo la norma NMX-AA-028 de aguas.
Posteriormente se determinó calcio (Ca en meq L-1) por titulación, magnesio (Mg
en meq L-1) por titulación, bicarbonatos (HCO3- en meq L-1) por titulación, cloruros
(Cl en meq L-1) por titulación, sodio (Na en meq L-1) y potasio (K en meq L-1) por
flamometría, sulfatos (SO42- en meq L-1) por turbidimetría, fósforo total (Ptotal en mg
L-1) por formación de complejo fosfomolibdico en espectrofotómetro UV-Vis (Cary
50) según el procedimiento de la EPA (1986). Para la determinación de los
metales pesados como: plomo (Pb en mg L-1), cobre (Cu en mg L-1), cadmio (Cd
en mg L-1), hierro (Fe en mg L-1), níquel (Ni en mg L-1), manganeso (Mn en mg L-1)
y zinc (Zn en mg L-1) en un espectrómetro de absorción atómica modelo Perkin
Elmer 3110 por el método de flama (US-EPA, 1986, 2004), para este análisis se
tomó en cuenta los límites de detección (Cuadro 5).
Cuadro 4. Recomendación para el manejo de muestras de agua y su tiempo de
conservación In situ.
Variable
Volumen
sugerido de
muestra
Manejo de muestra Tiempo de
retención
Potencial hídrico In situ Conservar a 4 oC 72 h
Conductividad
eléctrica
In situ Conservar a 4 oC 72 h
Solidos totales
disueltos
In situ Conservar a 4 oC 72 h
Oxígeno disuelto 100 mL Conservar a 4 oC 72 h
Calcio soluble 100 mL Conservar a 4 oC 72 h
Fósforo soluble 100 mL H2SO4 6 meses
Metales pesados 1000 mL HNO3 6 meses
Aporte de metales pesados… 40
Cuadro 5. Límites de detección para los análisis en espectrofotometría de
absorción atómica en mg L-1.
Elemento Fe Cu Zn Mn Cd Ni Pb
Límite de
detección 0.012 0.008 0.072 0.010 0.014 0.003 0.001
Todo el material que se usó en el muestreo y procesamiento de las muestras se
lavó con jabón libre de fosfatos. El material se sumergió en solución ácida por 8 h
y enjuagó con agua destilada y desionizada tres veces. De esta forma se aseguró
la remoción de contaminantes y se evitó la alteración de la muestra, de acuerdo al
procedimiento de la EPA (Grossmann et al., 1990; US-EPA, 2004).
5.3. Fase de gabinete
Los resultados de los análisis de laboratorio se procesaron como sigue: Se
obtuvieron las medidas de tendencia central y de dispersión. Se realizó la
comparación con los valores del sitio testigo; con los criterios de calidad del agua
para fuentes de abastecimiento y con los límites permisibles con la Norma Oficial
Mexicana; para calificar si los niveles de contaminación presentes en el área
pueden considerarse peligrosos para el medio y la salud de la población.
Se elaboró un análisis de varianza ANDEVA y prueba Tukey con el programa SAS
versión 9.0. Para mayor entendimiento de la variación de los metales pesados en
el tiempo y espacio (entre sitios), se elaboraron figuras en las que se representan
las concentraciones promedios, para todos los análisis estadísticos el criterio de
significancia se estableció a p<0.05.
Se realizó un Análisis de Componentes Principales en el programa Past versión
1.0 por sitio en la que se incluyeron todas variables determinadas. Con el fin de
reducir las variables que mejor explican las variaciones en los datos observados,
de un conjunto de variables correlacionadas entre sí.
Aporte de metales pesados… 41
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El muestreo estaba planeado para realizarse durante el periodo considerado
lluvioso, tomando en cuenta la distribución de lluvias durante el año. Sin embargo,
no se registraron lluvias fuertes durante el periodo de muestreo, solo ocurrieron
dos lluvias de menos de 5 mm.
6.1. Caracterización de agua
6.1.1. Reacción del agua o pH
El pH promedio de las muestras fue ligeramente alcalino, con valores mínimos y
máximos de 7.24 a 8.11, respectivamente, con un promedio entre sitios de 7.45. El
pH de los residuos de mina no oxidados es cercano a 7.5. Los valores mínimos se
observaron en los sitios depósito Los Gómez y Punto de salida y el valor máximo
en el km 1.8 como lo representa la Figura 3.
Los criterios de calidad para fuentes de abastecimiento de agua (CE-CCA-001,
1989) incluyen un intervalo de 6.5 a 8.5 como condiciones normales de reacción
en el agua. Considerando lo anterior, indica que los valores obtenidos están dentro
de los criterios de calidad.
Hay entradas variables de escurrimientos de mina al cauce del arroyo, que
disminuyen el pH, pero solo en forma momentánea y en transectos cortos, ya que
la carga de solutos y material suspendido en el agua, así como el material en
contacto con el agua neutralizan la acidez y el pH regresa al promedio. El
antecedente ya se ha observado en otros sitios como en el cinturón de Punta
Cobre en Chile (Dold y Fontboté, 2002).
Aporte de metales pesados… 42
Figura 3. Reacción del agua o pH en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante
el periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
6.1.2. Conductividad eléctrica (CE)
El promedio de la CE varía de acuerdo con la concentración de sales que se
encuentran en el agua del río Tolimán. En la Figura 4 se representa esta variación
en los sitios muestreados. Se detectó el valor máximo en el km 0.5 de 1738.17 µS
cm-1 y el mínimo en el km 1.8 con 474.33 µS cm-1. Ambos de la parte baja de la
subcuenca y un promedio entre sitios de 1450.13 µS cm-1.
De acuerdo a (Alloway y Ayres, 1993) los valores superiores de 0.7 a 3.0 µS cm-1.
implican de ligeras a moderadas restricciones para su uso en agricultura (riego),
debido al riesgo de acumulación de sales en la capa arable, los valores obtenidos
están dentro de este criterio. Se observó una amplia variación de este parámetro
durante el muestreo, tanto temporal como espacialmente. Lo que implica variación
Aporte de metales pesados… 43
en los sólidos totales disueltos y presión osmótica del agua, esto tienen
implicaciones para los organismos que viven en el arroyo.
La oxidación de los minerales sulfurosos como la pirita (Nordstrom, 1982) y
arsenopirita son una fuente de sales solubles, ya que se forman sulfatos de Ca y
Mg, y otros elementos como Fe (Rimstidt y Vaughan, 2003). Los sulfatos son
arrastrados de los residuos de mina al agua, esto se ha reportado en residuos de
mina de otros lugares (Martín et al., 2007). En los residuos de mina muestreados
también se han reportado la presencia de sulfatos de hierro (jarosita,
(K,H,Na)Fe3(SO4)2(OH)6 que se forma en ambiente ácido (Romero et al., 2006).
También se han detectado otros minerales que al solubilizarse podrían liberar
sales en el agua como yeso y beudanita (Evangelou y Zhang, 1995).
Figura 4. Conductividad eléctrica (CE) en el agua del río Tolimán de Zimapán.
Durante el periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015).
Donde PS: Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG:
Depósito Los Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a
1000 m del DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las
barras representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 44
6.1.3. Oxígeno disuelto
Parámetro que indica la cantidad de oxígeno disuelto en el agua y que es
disponible para organismos, entre los que están los desintegradores de materia
orgánica. En los sitios muestreados se encontraron valores máximos de 4.21 a
6.86 mg L-1 en el Deposito Pal y en el km 1.8, respectivamente; con un promedio
entre sitios de 4.67 mg L-1, (Figura 5).
Los valores encontrados nos indican que la influencia de los residuos de mina
disminuye el oxígeno de eutrofización, lo que causa desbalance en las
comunidades que los habitan (Ryding y Rast, 1992). También la descarga de agua
urbana aporta materia orgánica que reduce la disponibilidad de oxígeno disuelto.
(Eriksson et al., 2002; Murgel, 1984). El oxígeno disuelto es una variable muy
importante para la vida acuática (Parr y Mason, 2003)no del agua, posiblemente
por efecto de la oxidación de minerales que ocurre. La incorporación de fósforo a
los cuerpos de agua favorecen los procesos de depuración del río. El uso del
oxígeno para la oxidación de minerales arrastrados de los residuos de minas
involucra la generación de un ambiente anóxico (carente de oxigeno; Balistrieri et
al., 1999) que no favorece la respiración de los organismos, ni los procesos
aerobios en el río. Para vida acuática no se recomienda que disminuya de 5 mg L-1
(Radojevic y NBashkin, 1998).
De acuerdo con los Criterios Ecológicos de Calidad de Agua (CE-CCA-001, 1989)
el intervalo permisible de oxígeno disuelto es de 5.0 mg L-1 y 4.0 mg L-1 como
fuente para la preparación de agua potable, por lo que las concentraciones
medidas están dentro de estos criterios.
Aporte de metales pesados… 45
Figura 5. Oxígeno disuelto (OD) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el
periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
6.1.4. Sólidos totales disueltos
La concentración y composición de sólidos totales disueltos en aguas naturales
está determinada por la geología de los sustratos por donde drena el agua, es
decir la solubilidad de los minerales, la precipitación atmosférica y el balance de
agua (evaporación-precipitación; Wetzel, 2001).
La variación de sólidos totales disueltos cuenta con un valor mínimo en el agua de
870.50 mg L-1 en el km 1.8 y el valor máximo con 1193.50 mg L-1 en el km; el
promedio de este parámetro entre sitios es de 1054.28 mg L-1, (Figura 6) Esta
variable también refleja la influencia de las sales y los materiales que son
arrastrados de los depósitos hacia el río.
En apego a los Criterios Ecológicos de Calidad de Agua (CE-CCA-001, 1989) para
uso de agua potable el valor máximo permisible es de 1000 mg L-1. Los valores
obtenidos superan el límite permisible en la mayoría de los sitios muestreados y
Aporte de metales pesados… 46
conforme avance el cauce el valor es mayor. Según Ayers y Westcot (1994)
también está dentro del valor de restricción de uso moderado para riego agrícola.
Se ha demostrado que el aumento de la salinidad, que se asocia al incremento de
sólidos en el agua, causa cambios en las comunidades bióticas, limitan la
biodiversidad, excluyen especies menos tolerantes y causan efectos agudos o
crónicos en etapas específicas de la vida (Bierhuizen y Prepas, 1985). Derry et al.,
(2003), argumentaron que la biodiversidad acuática está relacionada inversamente
con la salinidad, aunque la composición iónica del agua pueden excluir algunas
especies pero puede promover el crecimiento demográfico de otras. La salinidad
media de los ríos del mundo es de aproximadamente 120 mg L-1.
Figura 6. Sólidos totales disueltos (STD) en el agua del río Tolimán de Zimapán.
Durante el periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015).
Donde PS: Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG:
Depósito Los Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a
1000 m del DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las
barras representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
6.2. Cationes
6.2.1. Calcio
Tanto el calcio como el magnesio son responsables de la dureza del agua.
Cuando las concentraciones de esto iones es alta se dice que el agua es dura. Los
Aporte de metales pesados… 47
valores máximos observados de calcio fueron de 18.774 meq L-1 en el sitio km 1,
en contraste con el valor mínimo de 3.033 meq L-1 en el sitio km 1.8. Teniendo un
valor promedio de 12.852 meq L-1 entre sitios muestreados (Figura 7). En agua
dulce es el catión más común con una concentración media de 21 meq L-1 en los
ríos de Norteamérica (Wenzel, 2001).
Figura 7. Calcio (Ca) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar.
6.2.2. Magnesio
En el caso del magnesio los valores máximos y mínimos van de 6.825 meq L-1 en
el sitio km 1.4 y 4.233 meq L-1 en el sitio km 1.8 ambos sitios se encuentran en la
parte baja de la subcuenca y su valor promedio para magnesio es de 9.883 meq L-
1 (Figura 8). La concentración de este elemento es usualmente menor que la del
calcio. Ambos están asociados a la disolución de minerales que lo contienen. Las
concentraciones mayores corresponden a los escurrimientos de los residuos con
mayor estado de oxidación. Esto implica que los lixiviados de los residuos y el
contacto del agua con los mismos disuelven minerales como la jarosita que ya ha
Aporte de metales pesados… 48
sido reportada por Romero et al. (2006) como producto de oxidación de minerales
contenido en los residuos.
Figura 8. Magnesio (Mg) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el
periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
La mayor fuente de cationes divalentes, como el calcio y el magnesio, en las
aguas superficiales es el intemperismo de las rocas calcáreas sedimentarias. Esto
está influenciado por el área superficial y tiempo de contacto entre la roca y las
aguas subterráneas, así como el pH correspondiente del suelo (Jarvie et al., 2000;
Knappe et al., 2004).
El transporte de los iones disueltos en las aguas, como el Ca2+ y el Mg2+, se
encuentra afectado por la actividad humana, que acelera la velocidad natural de la
exposición del agua a la corteza terrestre y el deterioro de las rocas (Iwashita y
Shimamura, 2003).
Aporte de metales pesados… 49
6.2.3. Sodio
Aunque la cuantificación de este elemento no está incluida en los criterios de
calidad para aguas de México, su cuantificación es importante para evaluar la
calidad de agua respecto a su uso agrícola. El valor promedio de la concentración
de sodio fue de 2.519 meq L-1, un valor mínimo de 0.754 meq L-1 en el Puente
Santiago y valor máximo de 3.351 meq L-1 en el sitio 0.5 km. La variación mayor
se observó después de los sitios próximos a los residuos de minas. Sin embargo,
durante el muestreo se encontró que en la parte media de tramo estudiado hay
descargas de agua residual urbana, que muy probablemente contribuyen a la
carga de sodio en el agua. Los detergentes contribuyen con grandes cantidades
de sodio (Patterson, 1997). Este elemento es un factor restrictivo del uso del agua
en agricultura (Hameed et al., 2010).
Figura 9. Sodio (Na) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo de
muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 50
6.2.4. Potasio
El promedio de concentración de potasio entre sitios fue de 0.36 meq L-1 y sus
valores mínimos y máximos en 0.16 meq L-1 en el Puente Santiago y 0.53 meq L-1
en el km 1, respectivamente, (Figura 10). En el caso de potasio la variación en su
concentración fue muy grande, esto puede deberse a la descarga de aguas
residuales urbanas y a la solubilidad de sales de los materiales arrastrados de la
orilla del arroyo (Qadir et al., 2010). Aunque altas concentraciones de sodio y
potasio están relacionados con el agua subterránea en aquellos lugares donde
hay abundancia de mineral que los contiene o donde ha habido contaminación por
filtración (Osicka y Giménez, 2004), no se demostró que este fuera el caso.
Figura 10. Potasio (K) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 51
6.3. Aniones
6.3.1. Bicarbonatos
El ion bicarbonato tiene mayor contribución a la alcalinidad en los cuerpos de
agua. Es el anión que se encuentra más frecuentemente en las aguas naturales,
con una media de todas las aguas de los ríos de América del Norte de 68 meq L-1,
(Wensel, 2001). Este ion es particularmente importante cuando hay actividad de
descargas industriales; presencia de lixiviados en suelos con contenido de
carbonatos, denominado descarbontación (Rubio y Escudero, 2005); proceso que
favorece la movilización bicarbonatos solubles y migran con las aguas (Lenoir et
al., 2004). Las concentraciones máximas de bicarbonato se observaron en el
depósito Preisser con un valor de 11.463 meq L-1. El valor mínimo encontrado fue
de 4.750 meq L-1 en el km 1, con un promedio de 8.572 meq L-1, (Figura 10). Su
presencia se explica en función del pH del sistema, al hacer contacto el agua con
pH menor a 8.0 se solubilizan los carbonatos presentes en los residuos, pero en
forma de bicarbonatos (Zhao et al., 2016).
Figura 11. Bicarbonatos (HCO3) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el
periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 52
6.3.2. Cloruros
El cloruro que se presenta en los cuerpos de agua procede de fuentes naturales,
aguas residuales y vertidos industriales, modificando componentes de este
recurso. La concentración promedio de esta variable que se obtuvo es de 4.591
meq L-1. Con un valor máximo de 7.207 meq L-1 en el depósito Los Gómez, el valor
mínimo de 2.208 meq L-1 en el km 1.8 valores representados en la Figura 12.
Posiblemente debido a la reacción con la materia orgánica de lecho del arroyo
(Qadir et al., 2010). Este ion es descargado en aguas residuales por su uso en
actividades domésticas cotidianas (Eriksson et al., 2002). En aguas superficiales el
contenido de cloruros es generalmente menor que el de los bicarbonatos y
sulfatos (Romero, 2000).
Figura 12. Cloruros (Cl) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 53
6.3.3. Sulfatos
Los sulfatos tuvieron un promedio de 21.09 mg L-1, los valores obtenidos varían de
0.0 a 45.20 mg L-1 el valor mínimo se presentó en el km 1.8 y el valor máximo en
el km 1.4 como lo muestra la Figura 13. Este ion es soluble en agua, su
concentración se mantiene, a menos que reaccione y forme compuestos de baja
solubilidad como el sulfato de calcio (CaSO4 2H2O, 2 g L-1), o que sea adsorbido
sobre los sedimentos del arroyo. Su concentración promedio es de 20 mg L-1,
(Wensel, 2001). Al igual que Ca y Mg puede provenir de los residuos de minas ya
oxidados que contienen pirita (Moncaster et al., 2000). Es probable que la
variación en la concentración de deba a los aportes de los minerales oxidados
provenientes de los residuos (Romano et al., 2003), como la pirita, arsenopirita, y
esfalerita.
Figura 13. Sulfatos (SO4) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el
periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 54
6.3.4. Fósforo soluble
Este elemento es indispensable para el crecimiento de plantas y animales. El
fósforo se encuentra en aguas naturales y residuales principalmente como
fosfatos, aunque también puede estar como polifosfatos suspendidos (Radojevic y
NBashkin, 1998). Las concentraciones de fósforo variaron de 0.040 a 0.304 mg L-1
en el km 1.8 y el Depósito Pal respectivamente, teniendo un promedio de 1.18 mg
L-1 entre sitios muestreados. En Zimapán también se extrae roca fosfórica,
especulando se podría pensar que en la zona también ha habido depósito de
material que contiene fósforo. Se sabe que las aguas servidas domésticas
contribuyen al aporte de este ion, debido a la alta concentración de fosfatos que se
usan en las distintas formulaciones de detergentes (Patterson, 1997; Qadir et al.,
2010). También se ha reportado que algunos minerales de los residuos de mina
contienen fosfatos y arseniato, este último es análogo al fosfato (Long et al.,
2014) y que puede interferir en la determinación exacta de fósforo en agua
(Patterson, 1997).
Figura 14. Fósforo (P) soluble en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el
periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar.
Aporte de metales pesados… 55
En relación con los cationes y aniones; (Moreno et al., 2003) clasifica el agua de
Zimapán como aguas bicarbonatadas-cálcicas típicas, debido a que presentaron
bajas concentraciones de sulfatos, cloruros, sodio, potasio y magnesio.
Aparentemente la disolución de los carbonatos, puede derivar en la formación de
bicarbonatos (Furtado et al., 2011; Radojevic y NBashkin, 1998). La disolución
ocurre por efecto de las reacciones residuales ácidas de minerales de azufre, y
esto a su vez es una de las causas en la variación en el contenido de los
bicarbonatos. En la zona con mayor influencia de los residuos su contenido se
reduce, posiblemente debido a la formación de bióxido de carbono disuelto que
puede pasar a la atmósfera. El bicarbonato puede interactuar con iones metálicos
(Stiff, 1971) y formar uniones estables. En consideración de los Criterios
Ecológicos de Calidad de Agua (CE-CCA-001, 1989), los sulfatos para agua
potable y uso agrícola no representan problema, pero sí lo son desde el punto de
visto del uso del agua para vida silvestre y como fuente de abastecimiento. El
valor minino permisible propuesto en esta Norma es de 0.005 meq L-1, Los datos
experimentales superan este valor claramente. Por otra parte, los cloruros no
representan una limitante dentro de los CECA, aunque se sabe que pueden ser
tóxicos para las plantas.
6.4. Metales pesados
La concentración de metales en las muestras tuvo fuerte variación respecto al
espacio y tiempo. No se observó tendencias consistentes en todos los elementos,
las concentraciones extremas contribuyeron a la desviación.
6.4.1. Cobre
Se obtuvo una concentración promedio de cobre igual a 0.0154 mg L-1 con valores
máximos de 0.0321 mg L-1 en el depósito Los Gómez, en contraste los valores
mínimos son trazas con concentración de 0.0081 mg L-1 en el km 0.5 (Figura 15).
Esta variación fue muy notable en la zona de depósitos, pero disminuyó conforme
el sitio de muestreo estuvo más alejado de los residuos de mina. Como se sabe la
explotación minera constituyen una fuente de contaminación que puede llegar a
niveles significativos (Sosa et al., 2008), en forma de sedimentos inertes y muy
Aporte de metales pesados… 56
estables en términos químicos. El tipo de minerales presentes y formados en los
depósitos define la solubilidad y liberación del cobre. Lo que implica que conforme
se aleja de la zona de residuos de minas el cobre en solución precipita o se
adsorbe en los sólidos de las paredes o sedimentos del río, a modo de proceso de
depuración natural.
Estadísticamente la concentración en los sitios es igual; en la prueba ANDEVA se
obtuvo el valor de p = 0.0724 estableciendo un valor poco significativo. Es decir la
variabilidad de datos incrementó el error experimental. La concentración de este
elemento no representa riesgo en el agua del río Tolimán, sus concentraciones
son bajas. En ninguno de los sitios las concentraciones pasan el límite máximo
permisible por los criterios de calidad del agua (CE-CCA-001, 1989; 4 mg L1, para
riego y 1 mg L1 para fuentes de abastecimiento), por lo que aparentemente, no es
un factor de riesgo de exposición aguda, pero implica exposición crónica para los
organismos en contacto con esta agua.
Figura 15. Cobre (Cu) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las letras la diferencia de
medias en la prueba Tukey.
A A A
A A
A A A A
Aporte de metales pesados… 57
6.4.2. Plomo
El valor promedio de plomo fue de 0.085 mg L-1 con valores mínimos de 0.049 mg
L-1 en el Puente Santiago. El valor máximo fue observado en el depósito Pal con
0.139 mg L-1 (Figura 16). Al igual que en el caso del cobre la mayor variación en la
concentración se observó en los sitios más cercanos a los residuos de mina,
particularmente a los depósitos Pal y los Gómez que son los de mayor grado de
oxidación. Por lo que aparentemente se puede asumir que el arrastre de
compuestos de plomo muy variable, debido a la variabilidad en la composición de
los minerales. Además puede haber aportes de Pb del área urbanizada por las
emisiones vehiculares. Los minerales de Pb tienen diferente solubilidad (Peña et
al., 2004) lo que afectará la velocidad de liberación durante el intemperismo. Los
procesos que ocurren en los minerales durante o después de la oxidación también
afectan la solubilización de los elementos, incluyendo los cambios bioquímicos por
actividad biológica (McMahon, 1995)
En el ANDEVA se encontró bajo valor de significancia con p = 0.6904, en estas
condiciones de muestreo no hubo diferencias en la concentración entre sitios, hay
un efecto de dilución en el torrente de agua.
El plomo supera los límites máximos permisibles (0.05 mg L1) por la NOM 001-
SEMARNAT en todos los sitios muestreados; excepto en el Puente Santiago y el
km 0.5, ambos sitios se encuentran en límite propuesto. En algunas muestras
individuales las concentraciones de plomo se incrementaron en las áreas de
influencia de los depósitos de mina. Pero la desviación estándar es tan grande que
no se observa una tendencia definida. Torres Bautista, (2015) reportó que la
concentración de plomo en el Puente Santiago se encuentra casi al límite de
tolerancia, afirmando que esto se debe al aporte de agua residual que las
comunidades y el municipio vierten a los cauces. Es probable que esa agua pase
por alguna fuente no identificada de Pb, antes de llegar al sitio de muestreo. Ya
que en recorridos de campo se observó que residuos de mina de antaño han sido
usados para nivelar el terreno, incluso el agua residual urbana aporta este
elemento.
Aporte de metales pesados… 58
Figura 16. Plomo (Pb) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las letras la diferencia de
medias en la prueba Tukey.
6.4.3. Hierro
El valor promedio de hierro en las muestras fue de 0.148 mg L-1 con valor máximo
de 0.227 mg L-1 en el depósito Preisser y valor mínimo de 0.075 mg L-1en el km
1.8 (Figura 17).
Hierro es uno de los metales que está por debajo de los límites máximos
permisibles de Criterios de Calidad del Agua para uso en irrigación (CE-CCA-001,
1989), no representa un riesgo para el riego de cultivos, pero si como fuentes de
abastecimiento de agua para potabilizar (0.3 mg L1).
En la prueba estadística ANDEVA no se observaron diferencias estadísticas
significativas (p = 0.001), Aunque hay tres grupos de concentraciones, pero cuyas
desviaciones estándar se traslapan haciéndolos iguales. Esto tiene serias
implicaciones, pues aunque haya fuerte oxidación de los minerales (sulfuros
metálicos), los óxidos no son transportados en alta proporción por el agua.
A A
A A
A A A A
A
Aporte de metales pesados… 59
El impacto de estas bajas concentraciones podría reflejarse en la expectativa de
vida de los organismo que están en contacto con esta agua, ya que el principal
mecanismo de toxicidad del hierro es por la inducción a formar radicales libres
(Papanikolaou y Pantopoulos, 2005) que acelera el envejecimiento de las células.
Si bien el hierro es un elemento esencial en la nutrición humana, la ingestión de
hierro en grandes cantidades causa daños a los tejidos debido a su acumulación
(WHO, 1984).
Figura 17. Hierro (Fe) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las letras la diferencia de
medias en la prueba Tukey.
BA
A BA BA
BA BA
BA BA B
Aporte de metales pesados… 60
6.4.4. Manganeso
La concentración de manganeso tiene un promedio de 0.170 mg L-1 con un valor
máximo de 0.298 mg L-1 en el deposito Preisser. Los valores mínimos se
presentan en el km 1.8 de 0.016 mg L-1 como lo muestra la Figura 18.
Este elemento rebasa los límites máximos permisibles de la NOM-127-SSA1-
1994 (SEMARNAT, 1994) en los tres sitios con aporte casi directo de los depósitos
de mina como son los depósitos Preisser, Pal y Los Gómez en forma de lixiviados.
(Mcfarland y Dozier, 2004) indican que el hierro y el manganeso son elementos
comunes en la superficie de la tierra. A medida que el agua se filtra por el suelo y
las piedras pueden disolver estos minerales y acarrearlos hacia el agua, pero en
general su concentración en el agua no es muy alta. Su toxicidad se desarrolla
cuando el organismo trata de eliminar el exceso del elemento que no requiere, por
lo que se daña el hígado y riñón (Crossgrove y Zheng, 2004), también se han
documentado sus efectos en el sistema nervioso por sobreexposición prolongada
(Santamarina, 2008).
Se observaron diferencias significativas (p 0.0001) en los datos de los sitios de
muestreo, debido a que las menores concentraciones se observaron en el sitio de
referencia (Puente Santiago). La concentración particularmente en dos sitios fue
muy alta, con valores extremos.
Aporte de metales pesados… 61
Figura 18. Manganeso (Mn) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el
periodo de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS:
Puente Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los
Gómez, PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del
DLG, km 1.4: a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras
representan el promedio de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las
letras la diferencia de medias en la prueba Tukey.
6.4.5. Zinc
La concentración promedio fue de 0.226 mg L-1, su valor máximo fue de 0.620 mg
L-1 en el deposito Los Gómez y valores mínimos de 0.031 mg L-1 en el km 1.8
(Figura 19), esta concentraciones son anormales para aguas naturales.
Es un elemento que no presenta riesgos, pues no rebasa los límites máximos
permisibles (5 mg L-1 para fuentes de abastecimiento y 2 mg L-1 para riego), sin
embargo se observó un incremento en la concentración de este metal en los sitios
críticos como junto a los depósitos Preisser, Pal y Los Gómez, así como el Punto
de Salida considerando su arrastre y disminuyendo su concentración hasta la
parte baja de la subcuenca. En la prueba estadística ANDEVA no se observó
diferencia entre los sitios muestreados, con una significancia de p = 0.005.
BC
A
BAC BAC BAC BAC BAC
C
BA
Aporte de metales pesados… 62
Debe considerarse que si bien la exposición a bajas concentraciones no implica un
riesgo alto, la exposición crónica a bajas dosis puede traducirse en la absorción y
acumulación de los elementos en los organismos como ha sido reportado para
algunas especies de organismos acuáticos (Gay y Maher, 2003).
Figura 19. Zinc (Zn) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo de
muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las letras la diferencia de
medias en la prueba Tukey.
6.4.6. Cadmio
Los valores de concentración máximos y mínimos de cadmio fueron 0.031 mg L-1
en el depósito Pal y 0.007 mg L-1 en el km 0.5 respectivamente; con un promedio
de 0.013 mg L-1. Esta concentración es alta respecto a las concentraciones
observadas en aguas naturales (Gardiner, 1974), donde usualmente es de unos
µg L-1, ya que es un elemento que se encuentra en bajas concentraciones en la
corteza terrestre.
A
A
A
A
A A A A A
Aporte de metales pesados… 63
La variación en la concentración está asociada a los cambios observados en los
muestreos; lo que podría vincularse con el hecho que las entradas de lixiviados de
los residuos o aportes de residuos al agua no son constantes, ni en la misma
proporción.
El cadmio al igual que el plomo rebasa los límites máximos permisibles por la
NOM 001-SEMARNAT (0.2 mg L-1) en los tres sitios de muestreo; donde hay
aporte directo de depósitos de mina, así como en el km 1.8 donde aparentemente
no hay a la vista algún aporte de residuos de mina. Hay que anotar que este límite
ddebería ser menor a 100 mg L-1, que es la concentración observada en la
naturaleza, según (Gardiner, 1974). Moreno et al, (2012) reportaron que los datos
publicados en la literatura muestran que los casos en que se han detectado
concentraciones elevadas de cadmio en aguas, han estado siempre en relación
con actividad minera o industrial importante.
Esto puede explicar las altas concentraciones de cadmio en aguas que tienen en
sus proximidades explotaciones mineras, a cielo abierto y con alguna escorrentía
que aproxima más el aporte de este elemento a las corrientes superficiales del rio
Tolimán. En la evolución estadística se observó que no hay diferencia significativa
con valor de p = 0.3370. La remoción del Cd del agua depende de la interacciones
con los sólidos y organismos en contacto, la proporción de adsorción puede ser de
5000 a 50000 dependiendo de la naturales de los materiales (Gardiner, 1974).
Aporte de metales pesados… 64
Figura 20. Cadmio (Cd) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las letras la diferencia de
medias en la prueba Tukey.
6.4.7. Níquel
La concentración promedio de níquel en el agua fue de 0.027 mg L-1, el valor
máximo de 0.049 mg L-1 en el km 1.8 y el mínimo es de 0.013 mg L-1 en el Puente
Santiago, así lo muestra la Figura 21. Estas concentraciones son altas
considerando que en agua de río la concentración promedio es de 0.003 mg L-
1.(Poonkothai et al., 2012).
La concentración de níquel supera el Criterio Ecológico de Calidad de Agua como
fuente de abastecimiento de agua potable (CE-CCA-001, 1989). La variación de la
concentración de níquel a lo largo del cauce, es posiblemente el resultado de la
interacción del agua con los materiales del cauce. Sin embargo, debido a la
variación en la concentración por fecha no hubo diferencias estadísticas
(p=0.0464) entre los promedios de cada sitio muestreado.
A A A
A
A A
A A A
Aporte de metales pesados… 65
Figura 21. Niquel (Ni) en el agua del río Tolimán de Zimapán. Durante el periodo
de muestreo (18 de agosto al 29 de septiembre del 2015). Donde PS: Puente
Santiago, DPr: Depósito Preisser, DPa: Depósito Pal, DLG: Depósito Los Gómez,
PSal: Punto de Salida, km 0.5: a 500 m del DLG, km 1: a 1000 m del DLG, km 1.4:
a 1400 m del DLG, km 1.8: a 1800 m del DLG. Las barras representan el promedio
de las muestras por sitio y la desviación estándar. Las letras la diferencia de
medias en la prueba Tukey.
6.5. Análisis de componentes principales
Los muestreos se organizaron en tres grupos que engloban los números de
muestreos realizados Anexo 1, en los cuales se incluye a la mayoría de los sitios,
indicando que los muestreos y fechas se relacionan entre sí. En el Anexo 1 se
muestra el cuadro de los sitios y su agrupamiento por muestreos.
Los resultados del análisis en componentes principales (ACP) muestran que el
componente principal 1 explica la variación de los datos en 72.68 a 99.98%.
Moreno et al., (2003) argumentan que la dimensionalidad de la matriz de datos
puede reducirse a siete variables con valores propios que oscilan desde 5.93 a 1.0
y que explican el 95% de la varianza.
B B BA
B
BA
BA
A
BA BA
Aporte de metales pesados… 66
A través del Software Past 1.0 se obtuvo las variables que comprenden los
componentes 1 y 2 en los sitios. En el caso del componente 1 lo integran la
conductividad eléctrica, las concentraciones de HCO3, Ca, Na, SO4, sólidos totales
disueltos y el pH. En el componente 2 el oxígeno disuelto, las concentraciones de
K, Cl, Zn, Fe y Mg, principalmente. En los primeros dos sitios los iones
bicarbonato, sulfato, calcio y sodio es suficiente para explicar la variación Figura
22. A partir del segundo punto de muestreo, la concentración de los iones
metálicos para explicar la variación se incrementa, lo que refleja el efecto de los
residuos de mina Figura 23 y 24. Los datos se pueden agrupar en tres grupos de
muestreo, posiblemente relacionado con la alteración de los sedimentos (A, B y
C). En el km 18 Figura 24c solo se obtuvieron tres muestreos por cuestión de
accesibilidad.
Esta información permite proponer que las características medidas en los sitios
variaron en función del sitio de muestreo y del tiempo (expresado como número de
muestreo). La concentración de los iones dominantes explica mejor la variación
observada, por influencia de los residuos de mina. Al alejarse de los sitios
cercanos a los residuos de mina el componente 1 explica mejor la variabilidad en
los datos. El porcentaje de variación explicada en términos del componente 2
disminuye, es decir la influencia de los residuos es atenuada.
Se puede proponer como hipótesis para otra fase experimental que la especiación
de los iones podría ayudar a entender las variaciones de las concentraciones
observadas (Wu et al., 2016). Para hacer este tipo de estudios debe considerarse
la presencia de fases sólidas (Zerbe et al., 1999) en contacto con el agua como
los carbonatos. Esto implica también que las fases móviles de los elementos
pueden estar en muy bajas concentraciones (Ogunfowokan et al., 2013), pero aun
así acumularse a través del tiempo en los organismos.
Aporte de metales pesados… 67
a)
b)
c)
Figura 22. Análisis de componentes principales en los sitios muestreados del río
Tolimán, Zimapán. a) Puente Santiago, b) Depósito Preisser y c) Depósito Pal.
Aporte de metales pesados… 68
a)
b)
c)
Figura 23. Análisis de componentes principales en los sitios muestreados del río
Tolimán, Zimapán. a) Depósito Los Gómez, b) Punto de Salida y c) km 0.5.
Aporte de metales pesados… 69
b)
Figura 24. Análisis de componentes principales en los sitios muestreados del río
Tolimán, Zimapán. a) km 1, b) km 1.4 y c) km 1.8.
a)
b)
c)
Aporte de metales pesados… 70
7. CONCLUSIONES
Considerando los resultados del análisis químico realizado en agua del río
Tolimán. Se decidió lo siguiente.
La H0 se rechaza porque la concentración de metales no es igual a lo largo
del cauce.
La H1 se acepta porque los pasivos ambientales aportan metales en forma
irregular en los sitios de contacto con el río. Las contracciones de Cu, Fe,
Mn y Zn disminuyen a lo largo del cauce. Caso contrario ocurre para Pb,
Cd, y Ni cuya concentración aumenta a partir del Punto de Salida hasta el
km 1.8.
La concentración de Pb, Mn, Cd y Ni rebasan los límites máximos
permisibles y como consecuencia se genera una pluma de contaminación a
lo largo del cauce. Es probable que haya alguna otra fuente de
contaminación en esta última parte evaluada. Se considera que hubo algún
factor que causó el incremento en concentración, que pueden ser aportes
directos, derrames, descarga de aguas negras o algún evento de lluvia.
En lo que concierne al Cu, Fe y Zn se encontraron en todos los sitios
muestreados pero no rebasan los límites máximos permisibles. Tomando
como base el análisis estadístico ANDEVA sólo se observó diferencias
significativas en Fe y Mn.
Con el análisis de componentes principales se encontró que los cambios en
las variables dependen del sitio y fecha de muestreo; el componente 1
explica 70% de la variancia observada.
Aporte de metales pesados… 71
8. LITERATURA CITADA
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Aporte de metales pesados… 83
ANEXOS
Figura A1. Recorrido realizado para la identificación de los depósitos de mina de
lado derecho del cauce y los aportes de lixiviados a este.
Figura A2. Identificación de escurrimientos de lixiviados como fuente de
contaminación hacia el agua del río Zimapán, Hidalgo.
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Figura A3. Toma de muestras de agua del río Zimapán en sitios estratégicos para
la posterior determinación de contaminantes.
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Figura A4. Algunos análisis de caracterización de muestras
Muestras recibidas en el laboratorio de química para su proceso de análisis.
Determinación de pH en el agua.
Determinación de conductividad eléctrica en el agua.
Determinación de sodio y potasio en el agua.
Determinación de bicarbonato en el agua por colorimetría.
Determinación de calcio y magnesio por colorimetría.
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Figura A5. Reducción del agua con ácido nítrico para la recuperación de metales pesados.
Figura A6. Recuperación de metales pesados en con ácido clorhídrico y la determinación de la concentración de estos con la ayuda de un espectrómetro de
absorción atómica modelo Perkin Elmer 3110 por el método de flama.
Figura A7. Curva de calibración para la determinación de fósforo en el agua y la preparación de muestras para el análisis.
Aporte de metales pesados… 87
Cuadro 1. Porcentaje de varianza en sitios muestreados y sus grupos de
muestreos, para todas las variables determinadas del agua del río Tolimán,
Zimapán.
Sitios
% de Varianza Grupos de muestreos
Componente 1
Componente 2
A B C
Puente Santiago 72.68 27.27 1-2 3-5,7-9 10-19
Deposito Preisser 82.11 17.83 1-2 1-2
3-9 4-9
10-19 10-19
Deposito Pal 84.17 15.76 1-3 4-9 10-19
Deposito Los Gómez
75.10 24.78 1-2 3-9 10-19
Punto de Salida 76.45 23.45 1-2 3-9 10,14,16,18,19
km 0.5 82.26 17.67 1-2 3,4,6,8 10,12,14,16,18
km 1 84.06 15.85 1-2 3,4,6,8 10,12,16,18
km 1.4 82.82 16.61 1 3 4
km 1.8 99.98 10.00 1 3 4
Figura A8. Determinación de la concertación fósforo por formación de complejo fosfomolibdico en espectrofotómetro UV-Vis (Cary 50).