HIDROQUÍMICA Y CONCENTRACIONES DE 222Rn EN AGUA DE MANANTIAL,

CHIHUAHUA, MÉXICO

Marusia Rentería Villalobos

Universidad Autónoma de Chihuahua, Periférico Francisco R. Almada km 1, 31415,

Chihuahua, México

Puebla de Zaragoza, octubre de 2017

Contenido

• Introducción

• Objetivo

• Metodología

• Resultados y discusión

• Conclusiones y recomendaciones

Logo de

Dependencia

, Institución,

Empresa

INTRODUCCIÓN

El manejo del agua en las regiones áridas y semiáridas depende en gran medida de su disponibilidad,cantidad y calidad, tanto para procesos naturales como para actividades antrópicas.

El estado de Chihuahua cuenta con zonas áridas y semiáridas en dos terceras partes de la totalidad de suextensión. Además, la ocurrencia de eventos climáticos fuera de los patrones de comportamiento típicoso con una duración e intensidad mayor, como lo es la sequía, es cada vez más frecuente en este estadodel norte de México.

Debido a lo anterior, el agua se ha convertido en un recurso crítico e invaluable, tanto en su calidad comoen su cantidad.

INTRODUCCIÓN

Procesos físicos que controlan la migración de

elementos en agua

Difusión y dispersión

Transporte de agua

Intercambio faces solido /

soluciónDeposición

Removilización en sedimentos

El agua en ambientes áridos y semiáridos se caracteriza por la presentación de interaccionescomplejas, tanto internas como en la interface con otras matrices ambientales.

INTRODUCCIÓN

Composición Agua

El agua subterránea y superficial contienen especies químicasdisueltas de manera natural. Resultado de la interacción con lasrocas

Sin embargo, la suma de las concentraciones de Ca+2, Mg+2, K+1, Na+1,HCO3

−, CO3−2, SO4

−2, Cl−, F−, NO3− and H4SiO4, disueltos en agua,

pueden afectar negativamente la calidad del agua para uso yconsumo.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Ocurrencia del Radón:

Por otro lado, un componente natural en las rocas y suelos es el radón.

Su presencia es debida a las concentraciones de los radioisótopos padres, lo cual esatribuido principalmente al U y Ra debido a su cadena de desintegración radiactiva.

El radón migra a través de los poros o fracturas en la roca donde este es disuelto en elmedio en el que ocurren los procesos de transporte, particularmente con el uranio.

Algunos factores que afectan la concentración del radón en el agua superficial son latemperatura, la ventilación y los movientes mecánicos del agua. A mayortemperatura se facilita su emanación y por consiguiente su ventilación (EPA, 2013).

a)

c)

INTRODUCCIÓN

La solubilidad del radón en el agua depende principalmente de latemperatura y la presión.

El contenido de radón disminuye con el aumento de temperatura (EPA,2013; Peter G. Cook. 2000) y se incrementa al aumentar la presión (M.Monnin and J.L. Seidel 2002).

La exposición al radón y sus productos de desintegración se han asociadoal incremento de riesgo de cáncer en pulmón y estómago por inhalación oingestión, respectivamente (USNRC, 1999).

Se considera que representa aproximadamente el 50 % de la dosis anualefectiva recibida por el ser humano con origen en fuentes naturales (ICRP,1994).

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Las concentraciones de uranio, radio y radón en agua superficial y subterránea, evaluadasen diversas localidades del Estado de Chihuahua, son elevadas principalmente en lasciudades de Aldama y Chihuahua (Colmenero Sujo et al., 2004; Montero-Cabrera et al.,2005; Villalba et al., 2005; Villalba, Martínez, Colmenero, & Montero, 2001; Villalba et al.,2006).

El objetivo del presente trabajo fue evaluar las concentraciones de 222Rn y la calidad delagua de manantiales los cuales son la principal fuente de abastecimiento de agua a laspoblaciones locales en la zona de El Granero.

INTRODUCCIÓN

Metodología

La represa Luis L. León situada en el municipio de Aldama, unaregión caracterizada en su mayor parte por el aspecto desértico,presenta una sierra riscosa de la meseta central del Norte.

Se localiza a 90 km aproximadamente al noreste de la ciudad deChihuahua, 20 km aguas arriba de la población "Pueblito", sobreel río Conchos, en el municipio de Aldama, Chihuahua.

Las rocas que afloran en la región son de naturalezasedimentaria, ígnea intrusiva y volcánica, cuya edad va delJurásico superior al reciente (Semarnat, 2015).

Área de Estudio

Se seleccionaron 6 puntos de muestreo correspondientes a los matinales que alimentan la presa delGranero.

Se le determinó parámetros físico-químicas de temperatura (T), sólidos disueltos totales (SDT), potencialredox (Eh) y Ph, multiparamétrico portable (Oakton Waterproof Multi-parameter Testrs), previamentecalibrado.

Para la determinación de radón en agua, las muestras fueron colectadas en viales de centelleo de 20 mL(Cantaloub M. et al, 1997); se colectó un duplicado de cada muestra.

Muestra de agua en recipientes de polietileno de 1 L de capacidad para la determinación de fluoruros,dureza, sulfatos, nitratos, calcio, magnesio y sodio. Estas muestras fueron preservadas en hielo a unatemperatura aproximada de 4°C NOM-001-ECOL -1996 (SEMARNAT 1996).

Muestreo

Técnica Experimental

Los análisis de especies químicas disueltas fueron determinados por diferentes métodosnormativos estandarizados:

1. Los sulfatos se utilizó el método propuesto por HACH, usando un Espectrofotómetro marcaHach, modelo DR 2010.

2. los fluoruros fueron analizados mediante el método de electrodo de ion selectivo basadoen el procedimiento de operación del equipo Orion 1260.

3. Los cationes tales como Ca, Mg y Na fueron determinados según la normatividad mexicana(NMX-AA-051-SCFI-2001) usando un Espectrofotómetro de absorción atómica (ModeloGBC Avanta, Sigma).

4. La determinación de alcalinidad total fue realizada con el método propuesto en la normaNMX-AA-036-SCFI-2001 (Conagua 2001).

METODOLOGÍA: RADÓN

Preparación de muestras:

La preparación de las muestras para determinar la concentración de 222Rn en

muestras de agua superficial se realizó utilizando el método de estándar externo

mediante centelleo líquido.

Para la preparación de muestras el procedimiento recomendado por el fabricante

del equipo, es mezclar 20 ml de un centellador líquido llamado Betaplate con los

20 ml de la muestra de agua en un embudo de separación.

La lectura de las muestras se lleva a cabo por un periodo de 50 minutos en un

detector de centelleo líquido llamado TRIATHLER portátil manufacturado por

HIDEX OY.

METODOLOGÍA

Generación de la distribución espacial por el inverso de la distancia (IDW).

El mapa de distribución de la concentración de 222Rn en agua fue obtenido mediante la técnica deanálisis espacial y de interpolación (Spatial analisis and Geoprocesing-Interpolation).

Este mapa raster se generó con el método de inverso de la distancia al cuadrado (IDW), del SIGArcGIS 9.0.

Resultados y Discusión

Muestra pH T (°C)ORP (mV)

TDS (mg/L) North (N) West (O)Altitud(msnm)

P1 6.9 28.2 158 410 28°51′2.11″ 105°16′11.49″ 1168P2 6.6 30.7 149 440 28°51′1.23″ 105°16′13.85″ 1168P3 6.5 31.4 153 420 28°50′58.52″ 105°16′20.16″ 1160P4 6.6 27.2 132 270 28°54′22.10″ 105°20′9.86″ 1029P5 6.8 28.5 138 930 28°55′0.45″ 105°20′4.66″ 1043P6 6.4 27.2 158 1180 28°54′7.25″ 105°16′18.36″ 1084

Tabla 1. Resultados de parámetros físico-químicos medidos in situ.

Muestra SO4−2 F− Ca+2 Mg+2 Na+ K+ Si Dureza *

NORM 400 1.5 200 500WHO 1.5 75 50 500

P1 45 (0.592) 1.05 (0.001) 37.7 (0.001) 2.3 (0.004) 47.4 (0.019) 6.3 (0.039) 17.3 (0.133) 104 (0.016)P2 71 (0.295) 1.11 (0.002) 41.2 (0.001) 2.4 (0.010) 48.6 (0.006) 5.9 (0.036) 18.2 (0.362) 113 (0.042)P3 80 (0.505) 1.12 (0.002) 38.6 (0.001) 2.5 (0.006) 47.7 (0.004) 6.4 (0.012) 16.6 (0.202) 107 (0.028)P4 44 (0.092) 1.12 (0.001) 19.8 (0.002) 2.4 (0.016) 48.6 (0.006) 5.5 (0.056) 15.3 (0.054) 59 (0.061)P5 420 (0.367) 2.38 (0.012) 48.5 (0.017) 14.0 (0.001) 79.3 (0.009) 2.3 (0.015) 35.2 (0.097) 179 (0.042)P6 800 (0.182) 1.84 (0.002) 96.7 (0.012) 12.5 (0.001) 72.6 (0.016) 6.7 (0.081) 27.7 (0.014) 293 (0.029)

Tabla 2. Concentración de iones disueltos (mg/L) y su desviación estandar(SD)

INTRODUCCIÓN

Mediante regresión el Si, Mg, Na, y F son los mayores contribuidores (p value < 0.05) a los TDS.

Correlaciones entre iones disueltos: (a) Dureza vs. TDS; (b) Ca vs. TDS;(c) Sulfatos vs. dureza; (d) sulfatos vs. Ca; (e) Sulfatos vs. Mg; (f) Sulfatos vs. Na; (g) F vs. Si; (h) F vs. Na;and (i) F vs. Mg.

RESULTADOS

Figura 4. Distribución especial 222Rn (interval de 52 a 229.3 Bq/L) en agua de manantial.

RESULTADOS

Sample 222Rn (Bq/L) Annual Effective Dose (µSv/y)EPA 11

UNSCEAR 40EU 100P1 67 (2.7) 14.07P2 83 (4.1) 17.43P3 52 (2.3) 10.92P4 380 (11.4) 79.80P5 161 (6.4) 33.81P6 229 (6.9) 48.09

Tabla 3. 222Rn concentrations (its uncertainty) and the annual effective doseby ingestion based on Equation (3). Likewise, the maximum allowed limitsfor radon.

RESULTADOS

Correlación de 222Rn con T.

• SDT en los puntos P5 y P6 son muy altos, comparados con el resto de los puntos de muestreo.

• Las regiones áridas y semiáridas se caracterizan por que los procesos tienen lugar en

escalas de tiempo bastante lentas, debido a la baja precipitación y alta evaporación.

• La zona de El Granero está conformada principalmente por rocas calizas, lutitas y yeso.

• Además, la T llega a ser mayor 44 °C, donde se ha reportado tasas de evaporación de 200

mm/año (CONAPESCA, 2004).

• Valores de dureza, el agua de estos manantiales presentan características químicas para ser

clasificada de moderadamente dura a dura (>100 mg/L CaCO3).

• El flúor es un elemento altamente electronegativo que presenta una gran tendencia a ser

atraído por iones cargados positivamente como el Ca, Si, Al y B (correlación con estos).

• El radón al ser un gas (cuyo isótopo más importante es el 222Rn) forma parte de la cadena de desintegración del 238U y su presencia en el medio ambiente está asociada a la concentración de su progenitor el 226Ra.

• Las concentraciones de 222Rn determinadas en este trabajo llegan a ser de hasta 380 Bq/L y no menores a 50 Bq/L. Algunos autores han determinado que las concentraciones de radón en los acuíferos rocosos se caracterizan por su variabilidad.

• Así, el 222Rn en agua subterránea varían de 1 a 50 Bq/L en los acuíferos con presencia de rocas sedimentarias, de 100 Bq/L a 50,000 Bq/L en acuíferos con rocas cristalinas y de 10 a 300 Bq/L en pozos excavados en suelo (Almeida, Lauria b, Ferreira, & Sracek, 2004; Cho, Ahn, Kim, & Lee, 2004; Lima Marques, dos Santos, & Geraldo, 2004; UNSCEAR., 2000)

• Presencia de 226Ra y condiciones áridas

Conclusión

• En el presente trabajo se obtuvo la composición de iones mayoritarios y concentración de radóndisueltos en agua de manantial.

• Los manantiales con mayor contenido en de sulfatos, fluoruros y sólidos disueltos totalespresentaron las más altas concentraciones radón.

• Se determinó que el agua presenta contenidos principalmente de fluoruros de calcio, así comosulfatos de calcio y magnesio.

• Se sugiere que los aniones y cationes se lixivian a partir del sustrato geológico de la zona hacia elagua de los manantiales. Debido a ello, el origen del flúor en agua de estos manantiales seatribuye la lixiviación de éste desde la fluorita presente en silicatos que contienen las rocas delárea de estudio.

• Aunque la zona de El Granero no presenta condiciones de mineralización de uranio, las altasconcentraciones de radón encontradas pueden ser atribuidas a los contenidos de 226Ra presentesen agua subterránea.

• Así mismo, dichos parámetros superan los valores de referencia de la normatividad mexicana yde la EPA, aplicables a da uno de ellos.

• Es necesario realizar más estudios para obtener un conocimiento más amplio delcomportamiento geoquímico de los radioisótopos, además de ser de especial énfasis debido aque el agua de esta zona es aprovechada para uso y consumo de los pobladores en esa región.

• Debido a todo lo antes expuesto, es recomendable notificar a las autoridades pertinentes sobre lacalidad del agua que consumen las poblaciones de localidades pequeñas, las cuales en la mayoríade los casos presentan un índice mayor de marginación debido a su ubicación con difícil acceso.Lo anterior con el objetivo de implementar estrategias de educación ambiental hacia la poblacióny tecnologías de remoción de contaminantes presentes en agua, lo cual disminuye el riesgo deefectos a la salud para los habitantes

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