Distribución y especiación de cu, zn, pb y cd en el rió mapocho

Los estudios de calidad de las cuencas hidrográficas han adquirido importancia en los últimos años, debido al incremento de diversos vertidos ya sean éstos naturales o antropogénicos. Es así como aguas servidas, aguas industriales, residuos domésticos, desechos de origen minero, etc., entran en los sistemas hídricos y luego a los sedimentos alterando o rompiendo los equilibrios naturales y provocando serios problemas de contaminación. En esta tesis se evaluó el grado de contaminación por parte de cuatro metales pesados (Cu, Zn, Pb y Cd) en las aguas y sedimentos del río Mapocho. Estos metales tienen un especial interés ya que son altamente tóxicos en pequeñas concentraciones y tienden a acumularse (no son biodegradables). Otro factor importante es que se trata de una cuenca hidrográfica altamente aprovechada tanto para uso industrial, agrícola, agua potable etc., por gran parte de la ciudad de Santiago de Chile y en la cual viven 5 millones de habitantes. Este estudio pretende aportar información acerca de la distribución de estos contaminantes a lo largo del río y estudiar su movilidad a través del tiempo. Como también realizar un estudio de especiación principalmente de cobre en muestras de agua y un fraccionamiento secuencial en las muestras de sedimentos, con el objetivo de comprender el ciclo geoquímico de estos metales. Se seleccionaron 8 estaciones de muestreo para las muestras de agua: Los lugares elegidos fueron: Lo Ermita (E 1 ), Nilhue (E2), San Antonio (E3), Manquehue (E4), Pedro de Valdivia (E5 ), Carrascal (E6), Mapocho (E7) y Esperanza (Eg) y 6 para las muestras de sedimentos: Lo Ermita (S s ), Nilhue (S4 ), San Antonio (S3 ), Manquehue (S4 ), Mapocho (S7) y Esperanza (S8). Las muestras de agua se recolectaron en 9 campañas, 5 de ellas en el año 2001 (Mayo, Julio, Agosto, Octubre y Diciembre) y 4 en el año 2002 (Enero, Marzo. Junio y Septiembre) y las de sedimentos en 4 campañas: Mayo, Agosto y Octubre de 2001 y Enero de 2002. Las muestras de agua fueron filtradas con una membrana de 0.45 j.im y almacenadas hasta su análisis a 4 °C, los sedimentos fueron secados en estufa a 60 oc por 24 horas, después tamizados con distintos luz de malla, separando la fracción inferior a 63 pim y manteniendo a 4 oc hasta análisis. De acuerdo a la bibliografia esta última fracción sería la más importante en cuanto al contenido de materia orgánica y los metales en estudio. Se optimizó la metodología adecuada para medir los parámetros fisico-químicos (pH, conductividad, potencial redox, etc), los componentes mayoritarios (sulfato, cloruro, carbonato, etc.) y los metales en estudio (Cu, Zn, Pb y Cd) tanto en las muestras de agua, como en las de sedimentos. Las metodologías empleadas fueron validadas a través de análisis de materiales de referencia certificado, cuyas matrices son similares a la matriz en estudio. Para agua se utilizó agua de lago (TMD— 62. National Water Research Institute Canada) y para sedimentos, la muestra NCS DC 78301 (China National Analysis Center for Iron and Steel , Beijing, China). Los resultados obtenidos en las muestras de agua fueron comparados con la normativa chilena vigente para agua potable (NCh 409) y de regadío (NCh 1333/3) Se realizó un estudio de especiación de cobre en las muestras de agua. Este consistió en diferenciar cobre lábil y no lábil del cobre total. Para esto se empleó la técnica de voltamperometría de redisolución anódica de onda cuadrada (SWASV). También se estudio el contenido de cobre lábil frente una resma de intercambio jónico (Chelex-100), encontrándose valores para el Cu lábil que oscilan entre 40 a 98 %. El río tendría una capacidad complejante desde O a 25 pLg L'para el Cu y las especies orgánicas ó inorgánicas en disolución formarían uno (log Kc 4.1 a 7.3) ó dos tipos de complejos (log Kc4.1 a 25.4). Utilizando un programa computación M[NEQL se realizó una modulación de especiación Inorgánica de los metales en estudio, para lo cual se ingresaron los valores fisico químicos medidos. Finalmente se realizó el estudio de fraccionamiento de los metales en los sedimentos utilizando el método descrito por Tessier, el cual consiste en la obtención de 5 fracciones: 1 intercambiable, 2: unida a carbonato, 3: unida a óxidos de hierro y manganeso, 4: unida a materia orgánica y 5: fracción residual. El río presenta una elevada salinidad con altos valores medios de: conductividad (609.3 ± 416.6 ptS cm), cloruro (73.6 ± 57.3 mg L), sulfato (159.1 ± 97.3 mg U') y bicarbonatos (119 1 ± 86.4 mgL) y el caudal promedio fue de 19.3 ± 16.8 m 3 s* Los contenidos de Cu tanto en las muestras de agua como en la de sedimentos son muy altos. En las muestras de agua los valores promedios son: 312.9 ± 179.0; 212.2 ± 122.7; 162.5 ± 93.0; 69.7± 34.9; 47.1 ± 47.6; 31.5 ± 21.6; 29.7± 19.2 y 19.7± 13.3 tgL' para E, a E8 respectivamente. La alta dispersión se debe a que se promedió valores en función del tiempo, se muestreó 9 veces entre Mayo de 2001 a Septiembre de 2002. A pesar de esto se aprecia claramente que el sitio más contaminado es Lo Ermita (E 1 ) y que la contaminación disminuye río abajo. En esta misma estación se encontró una concentración promedio puntual de 689.0 p.g U' en Diciembre de 2001. En los sedimentos los resultados fueron de: 2852.2 ± 491.8; 1616.9 ± 304.8; 1321.6 ± 204.2; 1467.4 ± 246.2; 569.0 ± 399.9 y 209.3 ± 12.1 tg g' en S ia S6respectivamente. En la estación Lo Ermita, en Octubre de 2001 se detectaron valores puntuales promedio de 3494.5 p.g g'. La distribución de Cu en los sedimentos fue dependiente del sitio de muestreo, encontrándose que en la zona más contaminada el 57.8 % estaría unido a carbonatos y el 33.2 % estaría unido a óxidos de Fe y Mn, presentando una movilidad moderada. En cambio, en el lugar menos contaminado (Esperanza. S8) este metal se encuentra preferentemente unido a óxidos de Fe y Mn (34.2 %) y materia orgánica (33.8 El segundo contaminante encontrado fue el Zn. Los valores promedio en aguas fueron: 94.0 ± 53.1; 49.3 ± 23.7; 34.7 ± 20.4; 28.3 ± 15.6; 44.5 ± 21.4; 50.6 ± 15.3; 34.3 ± 24.4 y 35.6 ± 25.4 lig U' en E, a E8 respectivamente. Los valores promedio en sedimentos fueron: 1286.8 ± 369.7; 789.6 ± 282.3; 577.2 ± 308.6; 1017.8 ± 494.7; 740.3 ± 357.8 y 606.7 ± 240.1 lig g' para S, a S6respectivamente. Al igual que con el Cu, el sitio que presenta mayor contaminación con Zn es Lo Ermita. Esta contaminación también disminuye río abajo. El Zn en los sedimentos estaría unido preferentemente a carbonatos (42.5 %) y óxidos de Fe y Mn (30.6 %) en esta estación (S,) y a óxidos de Fe y Mn (34.6 %), materia orgánica (23.7 %) y en la fracción residual (23.5 %) en la estación S8, presentando menor movilidad que el Cu. En cambio los niveles de Pb encontrados son mucho menores. Los valores promedio (9 fechas desde Marzo 2001 a Septiembre 2002) en las muestras de agua fueron: 26.6 ± 8.8; 31.0 ± 7.7; 27.8 ± 18.2; 52.3 ± 27.1; 51.7 ± 26.6; 52.9 ± 18.0; 41.2 ± 32.8 y 29.7 ± 19.6 p.g U' en E, a E8respectivamente. Los valores promedio (4 fechas, desde Marzo 2001 a Enero 2002) en los sedimentos fueron: 17.2 ± 4.1; 20.6 ± 5.9; 30.5 ± 9.9; 43.1 ± 28.6; 49.9 ± 24.9 y 61.4 ± 19.1 pig g' para S iaS6respectivamente. Las estaciones con aguas más contaminadas son Carrascal (E 6), Manquehue (E4 ) y Pedro de Valdivia (E 5 ); mientras que los sedimentos más contaminados provenían de Esperanza (S 8 ), Mapocho (S7 ) y Manquehue (S4 ). Incluso en la estación Pedro de Valdivia (E 5 ) se obtuvo un valor puntual promedio de 104.3 p.g U' en Enero de 2002. En esta misma fecha se obtuvo valores extremos de 82.5 p.g g' en las estaciones Manquehue (S 4 ). Mapocho (S7) y Esperanza (S 8 ). Es preocupante que un porcentaje, aunque pequeño de este Pb es fácilmente extraído en la primera etapa (0.5 a 2.1 %). El Cd en las muestras de agua estuvo bajo los límites de detección de las técnicas empleadas (<0.4 μg L-1 ) y en los sedimentos osciló entre 0.2 a 0.5 μg g-1.

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