INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Propuesta para la eliminación de Arsénico disuelto en el agua para consumo humano proveniente de algunos pozos de la

Comarca Lagunera, utilizando un reactor casero.

T E S I S

Que para obtener el titulo de

INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL

P R E S E N T A

Menchaca Martinez Silvia Karina

ORIENTADOR DE TESIS: Ing. Rafael Oropeza Monterrubio

MÉXICO D.F. JUNIO 2007

RECONOCIMIENTOS Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL, por haberme hecho parte de la técnica al servicio de la patria y convertirme en una mujer de bien A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas por darme las bases y herramientas de la química aplicada a la industria; para siempre servir a mi país. Así como la formación de un excelente Ingeniero Químico Industrial. Al Laboratorio de Análisis Metalúrgicos; por el equipo, materiales, reactivos e instalaciones prestadas, para la ejecución de los experimentos correspondientes a esta tesis. A mi profesor orientador. Ing. Rafael Oropeza Monterrubío, por su apoyo, dedicación, consejos paciencia y la motivación necesaria para culminar este trabajo. Por la confianza que deposito en mi desde que fui su alumna. Por ser un profesor excepcional y de recordar. A la Química Consuelo Ruiz Trejo por el apoyo y asesoramiento que fueron de gran ayuda en la realización de los análisis presentados. A todos mis maestros; por ser el soporte que se necesita para salir adelante en esta escuela, así también por haber compartido con migo gran parte de sus conocimientos y experiencia.

DEDICATORIAS

A mi mamá Silvia Martínez Ortega por su cariño, guía y apoyo que se necesitan para enfrentar los retos de la vida; por estar siempre a mi lado, por motivarme y no dejarme vencer; por su gran ejemplo, enseñanzas, consejos, confianza, valores y por siempre creer en mi. A mis hermanos Cristina y Francisco; por estar siempre a mi lado, por su amor, respeto, y comprensión en todo momento. Porque son parte de mi vida y de mis logros, porque siempre ocuparán un lugar en mi corazón. A mi tío Rubén Martínez, por compartirme sus experiencias y darme fuerzas para concluir completamente mis estudios profesionales. A mi tío Victor Martínez, por su comprensión, ayuda y apoyo incondicional, para finalizar este trabajo. A la memoria del Ing, Jorge Juárez Mendoza por su sencillez y calidad humana, porque gracias a sus conocimientos y experiencias transmitidas fueron la base de iniciar esta carrera; así mismo le dedico de manera especial esta tesis, ya que el dio principio a este trabajo. A Jhonatan, por su amistad de tantos años, por motivarme, y estar siempre en las buenas y malas, por las diversiones y emociones compartidas. A Ricardo; por compartir mis triunfos así como las ocasiones difíciles, por su apoyo, y siempre darme ánimo, por todos los momentos de recordar, por su ayuda para culminar este trabajo y no dejarme vencer, por su comprensión y cariño. A mis amigos y compañeros de la carrera Ale, Mayra, Carlos, Jorge, Mario Chucho, Luis, Aurelio, Beto, Hugo, Vanne, Becki, Jorge B. y Jon por su amistad a lo largo de estos años, por las angustias, tristezas, alegrías y por los éxitos que vivimos juntos. A mis amigas y compañeras de trabajo Irma y Adriana, por su comprensión y apoyo incondicional, para la realización de esta tesis y por su sincera amistad.

CONTENIDO DESGLOSADO DE LA TESIS Resumen Introducción 1. LA COMARCA LAGUNERA 1.1 Antecedentes Históricos

1.1.1 Localización de la Comarca Lagunera 1.1.2 Origen del Arsénico en la Comarca Lagunera

2. HIDROARSENICISMO 2.1 Arsénico 2.2 Hidroarsenicismo

2.2.1 El hidroarsenicismo en la Comarca Lagunera 2.2.2 Daños ocasionados en la salud 2.2.3 Posibles alternativas para la solución del problema

3. PROPUESTA PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA DE HIDROARSENICISMO 3.1Planteamiento del problema 3.2 Diseño del reactor casero

3.2.1 Bases de diseño

3.3 Esquema del reactor casero

3.3.1 Esquema general 3.3.2 Alzado lateral por piezas

3.4 Materiales de construcción 3.5 Construcción del prototipo

3.5.1 Cortes del garrafón 3.5.2 Construcción del agitador 3.5.3 Construcción de la base 3.5.4 Ensamble completo del equipo

3.6 Procedimiento y manejo del equipo

4. EFICIENCIA DEL REACTOR CASERO 4.1 Análisis químico (cualitativo)

4.1.1 Prueba de Marsh 4.1.2 Detección del Arsénico 4.1.3 Procedimiento

4.2 Análisis químico (cuantitativo)

4.2.1 Método de Espectroscopia de absorción atómica 4.2.2. Procedimiento

4.3 Eficiencia del reactor casero 5. ANÁLISIS DE COSTOS 5.1 Costos de la propuesta

5.1.1 Costo del material para la construcción del reactor casero 5.1.2 Costo de los reactivos químicos

5.2 Análisis de ingresos de la población

5.2.1 Principales actividades de la región 5.2.2 Ingresos

5.3 Comercialización del Arsénico recuperado (lodos de la reacción)

5.3.1 Usos del Arsénico recuperado 5.3.2 Costo del Arsénico

Análisis de resultados Conclusiones y Recomendaciones Bibliografía Anexos

RESUMEN

En el presente trabajo se desarrolla un prototipo, para la eliminación de

Arsénico disuelto en el agua.

Dirigido a las personas residentes de las comunidades cercanas a los

municipios de Francisco I. Madero, San Pedro de las Colinas y Tlahualilo

pertenecientes a la zona conocida como la Comarca Lagunera ubicada entre

el estado de Coahuila y Durango ya que ahí es uno de los lugares donde existe

el problema de hidroarsenicismo; enfermedad causada por la ingesta de agua

contaminada con Arsénico.

En el año de 1986 se realizaron varias investigaciones donde

participaron diversas instituciones al detectar altas concentraciones de

Arsénico en sus aguas de consumo humano, las cuales rebasaban los límites

permisibles, según la norma NOM-127-SSA1-1994.1

La solución en primera instancia fue clausurar pozos ubicados en

predios particulares y los que alimentaban a la red que estaban contaminados;

posteriormente se perforaron cerca de 15 pozos cercanos a la ciudad de

Torreón, Coahuila donde el agua tenía la calidad aceptable para ser distribuida,

en 1990 se realizó la infraestructura necesaria para abastecer a todos los

municipios afectados de la Comarca Lagunera y hacerla llegar hasta las

comunidades mas alejadas.

En el año 2004 se empezó a detectar nuevamente este problema en

algunos pozos construidos en los 90´s; a la fecha se han clausurado varios de

ellos y algunos municipios han vuelto a explotar pozos particulares por el poco

abastecimiento de agua; ya que el gasto proporcionado es menor que el

requerido.

1 COMISIÓN Nacional del agua, Programa de combate al Hidroarsenicismo, Gerencia Regional Cuencas Centrales del Norte, Torreón, Coahuila, 2005, 1 p

1

La Comisión Nacional del Agua de Torreón, Coahuila tiene la

preocupación de buscar una solución al problema, la cuál consiste en usar el

agua para uso agrícola, el problema es que esta agua ya esta repartida para

las cosechas y será causa de conflicto con los agricultores que se verán

afectados seriamente.

Sin embargo otra posible solución, es la propuesta de esta tesis;

proporcionar el diseño de un “reactor casero”, el cuál es de bajo costo y fácil

operación, en el que se lleva a cabo una reacción química en donde es posible

eliminar un 85% en promedio del Arsénico presente; según pruebas y análisis

realizados.

2

INTRODUCCIÓN

Cada día, el agua subterránea de la Laguna de Coahuila y Durango se

contamina con Arsénico por el descenso paulatino del nivel de los mantos

acuíferos, ya que es mayor la extracción que la recarga.2

Actualmente, Francisco I. Madero y los municipios de San Pedro en

Coahuila; así como la demarcación duranguense de Tlahualilo, sufren de la

baja calidad del agua que consumen ya que está contaminada con Arsénico.

El hidroarsenicismo; como se conoce a la enfermedad causada por la

ingesta de esta agua, ha provocado que un importante número de pobladores

dejen sus comunidades para ir a otras zonas más saludables. Hace una

década habitantes que bebieron agua contaminada, sufren ahora

consecuencias que se presentan en alteraciones en la piel, principalmente.

Por lo cual nace la inquietud de lograr un cambio positivo para éstas

poblaciones, con un proyecto de ingeniería el cuál esta dirigido para todas

estas familias que consumen agua contaminada con Arsénico; enfocado a dar

solución al problema de hidroarsenicismo.

Es por ello que este trabajo se considera importante al presentar el

diseño de un reactor casero y un procedimiento para tratar el agua

contaminada con Arsénico dando una solución sencilla y económica para los

habitantes de esta región logrando así satisfacer sus necesidades y mantener

una mejor calidad de vida.

En el capítulo I. Se da un panorama general de la historia de la Comarca

Lagunera y el origen del Arsénico en sus aguas.

2 Op, Cit, 2 p

3

En el capítulo II. Se habla del hidroarsenicismo como enfermedad las

causas que lo provocan, su iniciación en la Comarca Lagunera y algunas

soluciones para combatir este problema.

En el capítulo III. Se plantea el problema y se propone el método de

precipitación química, llevado acabo en un reactor casero, incluyendo sus

bases de diseño, planos y construcción detallada de este. Así mismo se explica

el procedimiento para tratar el agua contaminada.

En el capítulo IV. Se presentan los resultados de la experimentación

correspondiente, demostrando así la eficiencia del reactor casero, por la

prueba de Marsh (cualitativamente) y por el método de absorción atómica

(cuantitativamente), además de un promedio de resultados de PH, Fierro y

dureza lo cuál demuestra la viabilidad del procedimiento, en base a la NOM-

127-SSA1- 1994.

En el capítulo V. Analizaremos la propuesta en costos así como los

beneficios que tendrán los habitantes de la Comarca Lagunera.

4

CAPITULO I

LA COMARCA LAGUNERA 1.1 Antecedentes históricos

El origen de su nombre se debe a que el río Nazas, pilar del desarrollo

de la zona desembocaba en una laguna ubicada en el municipio de San Pedro

de las Colonias, Coahuila, llamada "Laguna de Mayrán".

Esta región se caracteriza por ser de clima árido, con una vegetación

semidesértica, como se observa en la imagen 1.

IMAGEN 1

La Laguna está conformada por diez municipios, cinco por cada Estado,

encabezando por su importancia el de Torreón, secundado por Gómez Palacio

y ciudad Lerdo, destacando además San Pedro de las Colonias y Francisco I.

Madero.

Las principales actividades económicas son agrícolas, ganaderas e

industriales; desde finales del siglo XIX y principios del XX, llegaron muchos

inmigrantes tanto de otras partes de la republica como extranjeros. La región

es muy favorable para la producción de : vid, melón, sandia, higo, fríjol, etc.

5

En el sector industrial se tiene un avance importante en el ramo de las

maquilas, la cual ocasiona una importante fuente de empleos. Se cuenta con

una importante compañía de procesamiento de productos mineros -Peñoles- y

tres parques industriales como son el parque industrial lagunero, ubicado en la

ciudad de Gómez Palacio Durango, la zona industrial de Torreón y el parque

industrial de las Américas, en el oriente de esta ciudad coahuilense.

1.1.1 Localización de la Comarca Lagunera

La región conocida como la Comarca Lagunera , posee una extensión

territorial de 54 967.5 km2, situada entre los paralelos 102º y 103º , por arriba

del trópico de cáncer .

FIGURA 1

La Comarca Lagunera, región ubicada en el centro-norte de México, está

conformada por parte de los Estados de Coahuila y Durango y debe su nombre

a los cuerpos de agua que se formaban alimentados por dos ríos: el Nazas y el

Aguanaval, hasta antes de la construcción de las presas Lázaro Cárdenas y

Francisco Zarco, que en la actualidad regulan su afluente.

6

La Laguna, como comúnmente es conocida ésta próspera región, está

integrada por 16 municipios, 11 del Estado de Durango y 5 del Estado de

Coahuila:

Comarca Lagunera de Durango

1.- Gómez Palacio.

2.- Lerdo.

3.- Tlahualilo de Zaragoza.

4.- Mapimí.

5.- San Pedro del Gallo.

6.- San Luis Cordero.

7.- Rodeo.

8.- Nazas.

9.- Cuencamé de Ceniceros.

10.- General Simón Bolívar.

11.- San Juan de Guadalupe. FIGURA 2

Comarca Lagunera de Coahuila 1.- Torreón. 2.- Matamoros. 3.- San Pedro de las Colonias. 4.- Francisco I. Madero. 5.- Viesca.

FIGURA 3

De los cuales Tlahualilo de Zaragoza, por el estado de Durango y San

Pedro de las Colinas y Francisco I. Madero por el estado de Coahuila que son

los municipios donde nuevamente tienen la presencia de Arsénico en altas

concentraciones en su agua de consumo.

7

En la Comarca Lagunera, la población se encuentra principalmente

concentrada en las ciudades contiguas de Torreón, Gómez Palacio y Ciudad

Lerdo. La siguiente tabla, muestra los resultados del XII Censo Nacional de

Población y Vivienda 2000 del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e

Informática (INEGI):

Población total por municipio

Municipio Población Total Hombres Mujeres Ind. de

Masc.Torreón 529,512 257,176 272,336 94.43Gómez Palacio 273,315 134,647 138,668 97.10Lerdo 112,435 55,546 56,889 97.64Matamoros 92,029 45,817 46,212 99.15San Pedro de las Colonias 88,343 43,928 44,415 98.90

Francisco I. Madero 46,452 23,096 23,356 98.89Cuencamé de Ceniceros 32,805 16,277 16,528 98.48Mapimí 22,367 11,089 11,278 98.32Tlahualilo de Zaragoza 19,918 9,809 10,109 97.03Biseca 18,969 9,509 9,460 100.52Rodeo 12,497 6,091 6,406 95.08Nazas 12,467 6,157 6,310 97.58General Simón Bolívar 10,644 5,247 5,397 97.22San Juan de Guadalupe 6,548 3,217 3,331 96.58San Luis del Cordero 2,070 1,020 1,050 97.14San Pedro del Gallo 1,876 924 952 97.06

TABLA 1

Observando que aproximadamente 154,715 personas están afectadas

en la actualidad por el problema de hidroarsenicismo.

1.1.2 El Arsénico en la Comarca Lagunera

Algunos autores aseguran que el problema del Arsénico en el agua data

del año de 1956 y se debe a un desequilibrio ocurrido en los mantos acuíferos

8

a consecuencia de un largo periodo de sequía que tuvo lugar entre los años de

1952 a 1958. Existen diversas teorías que tratan de explicar el origen del

Arsénico en la Comarca.3

Una de ellas argumenta que entre los años 30 y 50 del siglo XX, se

llegaron a sembrar hasta 160 000 hectáreas de superficie que se regaban con

las aguas de los ríos Nazas y Aguanaval que resultaban insuficientes, por lo

que la entonces Secretaria de Agricultura y Ganadería, de la década de los

años 30, otorgo de manera indiscriminada permisos para la perforación de

norias de donde se extraía el agua para riego y para consumo humano, con

concentraciones de Arsénico que rebasaban las normas internacionales, estas

norias se encuentran en las pequeñas poblaciones , hasta los años setenta aún

se seguían construyendo, por lo que se encuentran en una alta cantidad y la

mayoría de ellas todavía siguen en explotación.

A principios de la década de los 80´s, se detectó el fenómeno del agua

contaminada por Arsénico en los municipios de Francisco I. Madero y san

Pedro de las Colinas, en el estado de Coahuila y Tlahualilo en el estado de

Durango. En el año de 1986 se establecieron convenios entre el Ejecutivo

Federal y los Ejecutivos de los estados de Coahuila y Durango, para llevar

acabo los estudios, proyectos y la construcción de las obras mas adecuadas

para resolver en forma inmediata el problema del agua contaminada con

Arsénico en estos municipios de la región Lagunera.

La solución en primera instancia fue clausurar todos los pozos ubicados

en predios particulares y algunos pertenecientes a la red intermunicipal que

tenían Arsénico fuera de los límites permisibles. En la imagen 2 se puede ver el

pozo de Ejido Santa Ana, y las condiciones de este.

3 COLEGIO de Bachilleres, Eliminación de Arsénico del agua para consumo humano a través de reactores caseros, México,D.F. 2000, 5 p

9

10

IMAGEN 2

En 1990 se realizó la perforación de 15 pozos profundos en el acuífero

Principal, localizados al noroeste de la zona de la zona conurbana de Torreón y

Gómez Palacio, sobre las márgenes del Río Nazas, interconexión y línea de

conducción para hacer entrega de agua en bloque a los municipios de

Francisco I. Madero y San Pedro de las Colinas, a través de los tanques de

rebombeo “ Caballo blanco” y “Primero de Mayo” en el estado de Coahuila y

Tlahualilo a través del tanque de rebombeo “ El Lucero” en el estado de

Durango. Además se convino la creación de un Consejo Directivo para normar

la operación del sistema, funcionamiento de las obras de agua en Bloque y de

la Administración y formulación de los presupuestos correspondientes.4

A continuación se presenta el mapa 1 se presenta el Sistema interestatal

creado en 1990, donde se encuentran los pozos propios de Fco I. Madero y

San Pedro, así como los del sistema interestatal, y las conexiones realizadas

para hacer llegar el agua a los municipios por medio de tanques de

almacenamiento como “El Lucero” para Tlahualilo como se muestra en el mapa

2.

4 COMISIÓN Nacional del agua, Programa de combate al Hidroarsenicismo, Gerencia Regional Cuencas Centrales del Norte, Torreón, Coahuila, 2005, 4 p

11

MAPA 1

12

MAPA 2

La población Total que atiende el Sistema es del orden de 161,000

habitantes y de acuerdo al numero de tomas registradas, habitantes y

consumo, el 50% corresponden al municipio de San Pedro de las Colinas, el

38% al de Francisco I. Madero y el 12% restante a Tlahualilo.

Municipio N. de Localidades Población Demanda media

(LPS)

San Pedro 66 76,340 26.0

Fco. I. Madero 60 65,281 200.0

Tlahualilo 26 19,473 63.0

Total 152 161,094 523.0

TABLA 2 Debido a los altos costos de operación de estos pozos, los Organismos

Operadores han procurado obtener fuentes cercanas a los centros de

población o la infraestructura de rebombéo. Tal es el caso del Subsistema

Francisco I. Madero, que cuenta con tres pozos que en conjunto producen un

gasto de 117 lps. Y el subsistema San Pedro cuenta con otros tres pozos con

un gasto total de aportación de 155lps. Estos 6 pozos están ubicados en los

municipios de Francisco I. Madero, en areas aledañas a la cabecera municipal

y al tanque “Caballo blanco”. Cabe señalar que debido a los problemas de

calidad de agua en los pozos 1o de Mayo y Virginias del Sistema Francisco I.

Madero y en el pozo Malvinas 2 del Sistema San Pedro, estos se han dejado

de operar. Por otra parte, el subsistema Tlahualilo cuenta con su pozo propio

denominado “El Cariño” con 20lps.

Desde su construcción hasta la fecha, el sistema Interestatal ha venido

sufriendo el deterioro en las fuentes de abastecimiento a causa de dos

problemas principales: La falta de mantenimiento preventivo periódico y la

sobreexplotación del acuífero. Los niveles estáticos y dinámicos de los pozos

en su origen fueron de un promedio de 107 y 124 m respectivamente y en la

actualidad son de 112 y 136 m.5

5 Op. Cit , 2-4 pp

13

En el año 2004 según monitoreos realizados por la Comisión del Agua

de Torreón reportó que nuevamente estaban teniendo elevadas

concentraciones de Arsénico en sus aguas y esta vez en pozos explotados a

partir de 1990, por tal motivo a la fecha se han clausurado varios de estos y

por tal motivo y poco abastecimiento de agua, las personas de estos lugares

han vuelto a explotar pozos particulares ya que el gasto demandado es mayor

al que se les proporciona. Lo cual ha ocasionado un descontrol para monitorear

la calidad de agua consumida por estos municipios.

Es por ello la teoría más aceptada es la que se refiere a la explotación

exhaustiva de los mantos acuíferos, pues se sabe que los niveles más altos de

Arsénico se encuentran en las aguas subterráneas de las áreas con depósitos

de roca volcánica o de minerales ricos en Arsénico. Y que cuando hay

contaminación geológica natural, el cuál se cree es el caso de esta región, se

pueden encontrar altos niveles de Arsénico y al estar en contacto prolongado

con las aguas subterráneas se disuelven; por lo cual, en estos momentos, se

encuentra presente en el agua de la Comarca Lagunera, lugar en el que casi

no llueve por lo cual es mayor la extracción que la recarga y los pozos deben

ser cada vez mas profundos y por consiguiente su agua con mas alto contenido

de Arsénico.

14

CAPITULO 2

HIDROARSENICISMO

2.1 ARSÉNICO Es un elemento semi metálico extremadamente venenoso. El

número atómico del Arsénico es 33. El arsénico esta en el grupo 15 (0 VA) del

sistema periódico.

Una de las formas más comunes del Arsénico es gris, de apariencia

metálica y tiene una densidad relativa de 5.7. Existe también en forma amarilla

no metálica con una densidad relativa de 2.0. La masa atómica del Arsénico es

74.92.6

Químicamente el Arsénico se encuentra entre los metales y los no

metales. Es un metaloide que se extrae de minas de minerales que lo

contienen en aleación (arsenolita, cobaltita, oropigmento) Al calentar los

materiales a 172° C, se desprenden vapores en forma de sales sulfurosas y al

precipitar estas, el Arsénico puede ser recobrado como trióxido de Arsénico

blanco; con el aire el Arsénico se convierte en ácido arsenioso, muy toxico

cuando es impuro. 7

Sus propiedades responden a su situación dentro del grupo al que

pertenece (Nitrógeno, Fósforo, Arsénico, Antimonio, Bismuto).

El Arsénico ocupa el lugar 52 en abundancia entre los elementos

naturales de la corteza terrestre de un total de 92 elementos que se encuentran

de manera natural, sólo ocho de ellos abundan en las rocas que forman la capa

externa de la tierra; la corteza. Estos ocho elementos juntos representan el

98.5% de la corteza terrestre.

6 GISBERT Calabuig Juan Antonio, Medicina legal y Toxicología, 4ª edición, Salvat editores 708 p. 7 CORDOBAP. Darío, Toxicología, 4ª edición, El Manual Moderno 248 p

15

El Arsénico se empleó con fines medicinales desde 400 años A.C., hasta

nuestros días. En la edad media, fue uno de los venenos más utilizados con

fines homicidas preferentemente en la Roma republicana como arma política y

en la época actual, entra en las formulaciones de numerosos plaguicidas:

herbicidas, raticidas e insecticidas. Para los primeros se utilizan tanto los

compuestos orgánicos, como los inorgánicos del Arsénico. 8

También se halla Arsénico en el agua, en el suelo, en algunos vegetales

y organismos marinos. Estos últimos la concentran en cantidades mínimas. El

Arsénico puede provenir también de los volcanes. En el Altiplano de América

del Sur, situado desde el extremo Sur del Perú hasta el norte Argentino, se han

hecho estudios geológicos en la llamada Puna de Atacama donde confluyen

Argentina, Chile, Perú, y Bolivia y se ha encontrado Arsénico en altas

cantidades, el cuál se vuelca en lagunas y ríos, así como en el Océano

Pacifico.

El Arsénico es un metal que aparece de manera natural y ubicua en el

medio ambiente, en algunas zonas geográficas la concentración puede ser más

alta, su contenido medio en la corteza terrestre es de 5 gramos por tonelada.

FIGURA 4

8 MONTOYA Miguel Angel, Toxicología Clínica, 3ª edición, Mendez editores, 267 p.

16

El Arsénico es un elemento químico presente en los suelos de origen

volcánico, altamente toxico. Este elemento es un veneno altamente potente

para los humanos, en altas dosis generalmente es letal, y su consumo habitual

en dosis mucho menores también implica un alto riesgo para la salud.

El Arsénico ha sido identificado como un elemento toxico desde hace

mucho tiempo. En 1999 un reporte de la Academia Nacional de Ciencias

estableció que el Arsénico en agua para beber, causa cáncer de vejiga, de

pulmones y podría relacionarse también con enfermedades degenerativas en

riñón e hígado.

El Arsénico en la naturaleza se puede encontrar en su forma

orgánica o inorgánica. La forma orgánica de este elemento es mucho menos

dañina y se puede presentar por ejemplo en pescados y mariscos. El Arsénico

inorgánico es un elemento constituyente de muchos insecticidas.

La exposición al Arsénico puede ocurrir a través del agua de consumo,

por vía respiratoria mediante la inhalación o eventualmente mediante ciertos

alimentos.

El agua de pozo presenta concentraciones superiores de Arsénico en

comparación al agua proveniente de arroyos y lagos. En distintas zonas de

nuestro país el grado de contaminación con Arsénico que presentan las aguas

subterráneas es muy elevado, exponiendo a los habitantes a un alto grado de

peligro.9

2.2 HIDROARSENICISMO

Los depósitos pluviales y de rocas sedimentarias de lutita Arsénico así

como de caliza han dado lugar a que las aguas almacenadas en los mantos

subterráneos se impregnen con sales, específicamente arsenicales, dando

como consecuencia que los niveles de Arsénico en el agua sean tóxicos,

generando lo que se conoce como hidroarsenicismo. 9 CORDOBA P. Darío, Toxicología, 4 a edición, el Manual Moderno, 248 p.

17

Hidro; En el agua

Arsenicismo; Por Arsénico (Elemento venenoso que contamina el agua)

Crónico; Porque se prolonga en el tiempo

Regional; Porque abarca una extensa región geográfica

Endémico; Porque siempre se producen nuevos casos

HACRE10: Hidroarsenicismo crónico regional endémico; esta es una

enfermedad causada por la ingesta de Arsénico disuelto en agua, por lo que su

consumo permanente es capaz de producir enfermedades cardiovasculares y

cáncer hasta provocar la muerte por envenenamiento.

2.2.1 Hidroarsenicismo en municipios pertenecientes a la Comarca Lagunera

En los municipios y comunidades rurales de Francisco I. Madero, San

Pedro de las Colinas y Tlahualilo ubicados en la región conocida como la

Comarca Lagunera se ha detectado este problema nuevamente, pese a la

solución puesta en marcha en 1990, ya que a partir del 2003 se encontró que

sus aguas contenían cantidades elevadas de Arsénico 0.073 mg/L en

promedio; produciendo hidroarsenicismo en los habitantes.

Algunas de las pequeñas poblaciones rurales, de los municipios citados,

donde el mal se ha recrudecido son: Lequeito, Santa Mónica, Finiestere, San

Isidro, y otras, lo que a ocasionado que las personas abandonen sus casas

para buscar una mejor calidad de vida.

Debido a la exhaustiva explotación de los mantos freáticos de las aguas

del subsuelo, y siendo la única fuente de abastecimiento, continúan hasta la

fecha utilizándola para uso y consumo; ya que los salarios son en la mayoría 10 Op. Cit. 249 p

18

de gente que trabaja en maquiladoras percibiendo el mínimo y solo alcanza

para comer. En las imágenes 3 y 4 podemos ver la situación de extrema

pobreza en la que viven, así como una de sus pocas escuelas que tienen.

IMAGEN 3

IMAGEN 4

La norma de calidad del agua en nuestro país NOM-127-SSA1-1994,

indica para el Arsénico una concentración de 0.025mg/L, respecto a la Nota 2

según la actualización correspondiente; sin embargo en publicaciones

periódicas se ha reportado que en la Comarca Lagunera es superada

encontrándose concentraciones que rebasan los 0.2 mg/L como se observa en

la siguiente tabla:

19

20

“CONTENIDO DE ARSÉNICO, EN mg/L EN EL AGUA DE ALGUNAS POBLACIONES DE LA LAGUNA”11

Municipio

Ubicación

Fecha de

muestreo

Concentración

de As mg/L

Dictamen

NOM-127-SSA1-

1994

San Pedro, Coah. Ej. San Isidro 18/06/2004 0.104 Fuera de Norma

San Pedro, Coah. Ej. Sta. Mónica 02/06/2004 0.099 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo Virginias 19/04/2005 0.056 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo Malvinas 19/04/2005 0.039 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo 1

Malvinas

19/04/2005 0.057 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo 2

Malvinas

19/04/2005 0.020 Dentro de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo 3

Malvinas

19/04/2005 0.029 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo Nuevo-

Almacen

19/04/2005 0.070 Fuera de Norma

Tlahualilo, Dgo. P. Uruapan 27/06/2005 0.129 Fuera de Norma

San Pedro, Coah. Ej. Sta Mónica 29/06/2005 0.133 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Ej Lequeito 29/06/2005 0.223 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Ej. Hidalgo 29/06/2005 0.088 Fuera de Norma

San Pedro, Coah. Ej. Sata

Mónica

28/05/2006 0.105 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo 4 El

Fresno Nte.

26/05/2006 0.011 Dentro de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo 3

Malvinas

26/05/2006 0.026 Fuera de Norma

Fco I. Madero, Coah. Pozo Ej. San

Esteban

28/06/2006 0.006 Dentro de Norma

TABLA 3

11 COMISION Nacional del agua, Programa de red de monitoreo, Dirección de agua potable, Infraestructura hidráulica urbana, Torreón, Coahuila, 2006.

21

00.

050.

10.

150.

20.

25

Con

cent

raci

ones

de

Ars

enic

o en

ppm

Ej. Sanisidro

Ej. SataMónica

PozoVirginias

PozoMalvinas

Pozo 1Malvinas

Pozo 2Malvinas

Pozo 3Malvinas

PozoAlmacen

PozoUruapan

Ej. StaMónica

Ej.Lequeito

Ej.Hidalgo

Ej. StaMónica

pozo 4Fresnoi

Pozo 3Malvinas

Ej. SanEsteban

GRAFICA 1

Pozos Contaminados

En grafica 1, se plasman los resultados de la tabla 3, en dónde se

observan las elevadas concentraciones que tienen algunos pozos de la

Comarca Lagunera; así mismo se puede visualizar que debajo de la línea roja,

solo se encuentran 3 pozos, los cuales se encuentran dentro de la norma

NOM-127-SSA1-1994 que marca la especificación de 0.025ppm como limite

permisible de concentraciones de Arsénico en agua para consumo. Lo que sin

duda es alarmante, puesto que de 16 muestras, solo tres son aceptables, a

pesar de que también contienen cantidades mínimas de Arsénico.

2.2.2 Daños ocasionados en la salud

Es frecuente la intoxicación crónica regional o “endémica”, producida por

el agua de consumo (HACRE) debido al Arsénico proveniente de pozos, de la

contaminación de ríos o lagunas.

MECANISMO DE TOXICIDAD

Aunque fue descrito como veneno protoplasmático, el Arsénico no es un

precipitante activo de proteínas. Esto surgió que su efecto ocurre sobre las

actividades funcionales, esto es, sobre sistemas de enzimas, más que sobre

factores estructurales de las células vivas.

Se ha explicado como el arseniato desacopla la fosforilación oxidativa

mitocondrial, sustituyendo competitivamente el ión fosfato por arseniato. Los

arsenicales trivalentes tienen gran afinidad por los radicales sulfridilos

enzimáticos especialmente con aquellos que presentan en su estructura dos

radicales contiguos, formando con ellos estructuras cíclicas en ángulo de 45°.

El sistema de piruvato deshidrogenasa es especialmente sensible a los

arsenicales trivalentes por su interacción con dos grupos sulfhídricos del ácido

lipocio, para formar un anillo estable de seis miembros como se detalla a

continuación:

22

CH2SH CH2 CH2 S CH – SH + R- As H2C As (CH2)4 CH2 S COOH (CH2)4 COOH

Tiene también el Arsénico acción directa sobre ateriolas y capilares

produciendo vaso dilatación paralítica, lo que explica los signos y síntomas

característicos de la intoxicación.

Impide además la división celular, observándose anomalías en el núcleo.

Al incorporarse al organismo el Arsénico cumple los siguientes pasos

metabólicos.

ABSORCIÓN

La absorción en el tracto digestivo depende de su solubilidad. Los

compuestos solubles se absorben bien a través del tracto digestivo y desde

todas las superficies de las mucosas incluyendo el pulmón.

La poca acción que se puede hacer el ácido clorhídrico gástrico sobre el

Arsénico metálico hace que este sea casi in absorbible por vía oral, pero al

contrario las sales son de gran solubilidad y por lo tanto su absorción es mayor

por vía digestiva.

Los arsenicales pentavalentes, por ser mas liposolubles, tienen mayor

penetración en las membranas biológicas, los trivalentes como los que se

encuentran en la zona afectada penetran con mayor dificultad lo que explica su

largo período de incubación.

23

DISTRIBUCIÓN

Después de la absorción por cualquier superficie, el 95 al 99% del

Arsénico se localiza en los glóbulos rojos en combinación con la globina de la

hemoglobina. Sale rápidamente de la sangre en 24 horas y se distribuye hacia

el hígado, riñón, pulmones, paredes del tracto gastrointestinal y bazo. Se

encuentran pequeñas cantidades a nivel muscular y tejido nervioso.

Después de dos semanas de continúa administración de arsenicales, la

piel, uñas y el pelo acumulan el metal. Los que con técnicas de laboratorio nos

permite conocer la magnitud de la intoxicación arsenical.

Se deposita además en huesos y dientes por su semejanza química con

el Fósforo. Atraviesa con facilidad la barrera placentaria y por su potencial

teratogénico produce daño fetal.

Como consecuencia del alto contenido sulfhídrico de la queratina y

debido a que los arsenicales trivalentes son considerados reactivos

sulfhídricos.

BIOTRANSFORMACIÓN

El Arsénico causa amplios daños al combinarse con los grupos sulfidrilos

de las proteínas celulares. Los compuestos tioarsenicales son relativamente

estables, pero pueden ser metabolizados a arsenióxidos activos con una

subsiguiente oxidación como sigue:

R-As=As-R R-As-O-R-As-OH

El Arsénico que mayormente se absorbe es el inorgánico y pentavalente

frente al orgánico y trivalente. La metilización es el camino más frecuente y el

producto mas importante es el dimetil Arsénico. Así mismo, el inorgánico se

elimina mas lento que el orgánico (Marruecos, 1993). Es posible que el

organismo sea sobrepasado por la contaminación por el Arsénico y en estos

casos inicia la intoxicación.

24

Su acción lleva a la inhibición del dihidrolipoato que es un cofactor de la

piruvato deshidrogenasa, ocasionando así un bloqueo de la fosforilación

oxidativa. Inhibe también la transformación de la ascetil-CoA y succinil-CoA

(Marruecos 1993).

TOLERANCIA

La tolerancia al Arsénico presumiblemente está relacionada con la

habilidad de los arsenicales a inducir enzimas microsomales hepáticas y a

incrementar la habilidad de convertir el Arsénico trivalente en pentavalente,

menos toxico.

EXCRECIÓN

La principal vía de excreción es la urinaria. La vida media del Arsénico

inorgánico es de 10 horas y el 50 a 80% es excretado en tres días.

Los arsenicales son eliminados por orina sin transformación, otras vías

de excreción son: heces, sudor, leche materna, piel y sus anexos.

INDICADORES BIOLÓGICOS

Los indicadores biológicos de exposición son: sangre, orina, cabello y

uñas.

Debido a la vida media corta del Arsénico, los niveles sanguíneos sirven

solamente para exposiciones recientes, pero no crónicas. Sin embargo,

determinaciones de Arsénico en la orina son los mejores indicadores tanto para

exposiciones crónicas como recientes.

Las concentraciones de Arsénico en pelo y en uñas ayudan a evaluar

exposiciones pasadas, sin embargo se hace difícil su interpretación porque

muchas veces se puede presentar también contaminación externa.

25

MUESTRA NORMAL EXPOSICIÓN

EXCESIVA

Sangre total 10ug/1 Hasta 50ug/L

Orina <50ug/L >100ug/L

Cabello 0,5-2,1 ppm

Uñas 0,82-3,5ppm

Agua de consumo 0,025ppm

TABLA 412

La ingesta de 70 a 180 mg puede ser mortal

Se calcula que la ingesta diaria es >0,3 mg/d. (Casarett 1999)

La leche humana contiene cerca de 3μg de Arsénico por litro.

En el grupo identificado con HACRE se encontró que el arsénico en orina

fue > 200 µg/L (ppm), mientras que en el grupo control fue < de 80 µg/L

(ppm).13

Los casos confirmados de afección por HACRE presentan las

manifestaciones clásicas de intoxicación crónica. Produciendo una serie de

síntomas digestivos, caracterizados por vómitos, nauseas y diarrea; síntomas

respiratorios como coriza, catarro bronquial, problemas hemáticos con anemia

y agranulocitosis; sobre el sistema nervioso es frecuente la polineuritis, que

suele comenzar por los miembros inferiores.

Lo más característico de las intoxicaciones crónicas arsenicales son las

alteraciones cutáneas en las cuales se destacan las queratodermias y las

melanodermias, que se acompañan casi siempre de carcinoma. La

queratodermia, o sea, el espesamiento córneo palmo-plantar, puede ser difusa,

pero habitualmente es punteada a la manera de verrugas. La melanodermia, es

decir el aumento del pigmento melánico de la piel, puede tener aspecto

12 CORDOBA P. Darío, Toxicología, 4ª edición, El Manual Moderno 250 p. 13 Departamento de Medicina física y rehabilitación, HGZ No 16, IMSS. Torreón Coahuila.

26

reticulado difuso o punteado. El aspecto reticulado del tronco es el más común.

La piel cargada con Arsénico predispone al cáncer epitelial. Es importante

señalar la coexistencia con cáncer de tipo visera, de laringe, pulmón, digestivo,

etc.

Además los efectos carcinogénicos, se han informado también efectos

mutagénicos y teratogénicos, que se manifiestan por abortos espontáneo,

muerte fetal y malformaciones. Además hay riesgo de vejez prematura,

esterilidad y transmisión hereditaria de malformaciones.

En la intoxicación arsenical subaguda el cáncer cutáneo y visceral es

menos observado y en las uñas se pueden ver las denominadas bandas o

“estrías de Mess”, que consisten en líneas transversales blancas de depósito

de Arsénico, que aparecen generalmente seis semanas después de la

exposición.

2.2.3 Posibles alternativas para solucionar el problema

Existe una gran variedad de métodos para remover el Arsénico del agua;

tales como Osmosis inversa, Adsorción, Intercambio Iónico, Separación de

membrana, Precipitación química, Coagulación, Filtración, Oxidación y otros

más. 14

Las soluciones al problema pasan por desarrollar las obras de

infraestructura necesarias que produzcan resultados eficaces, como es el caso

de las realizadas en el año de 1990, sin embargo no se ataca el problema de

fondo el cuál consistiría en utilizar esta agua contaminada proporcionándole un

tratamiento químico eficiente para poder proporcionar resultados, no posibles

soluciones que como ya se observó solo tienen un cierto tiempo de vida.

Estas soluciones integrales y de escala regional deben encarase

prioritariamente si se tiene en cuenta el exceso de cáncer cutáneo y visceral de

14 GARCIA- SÁNCHEZ, Comparación y selección de los métodos de eliminación de Arsénico presente en aguas subterráneas, Tesis, 1998, 30 p.

27

las poblaciones afectadas, irreversible luego de una larga exposición al

Arsénico y con períodos de latencia.

Si los niveles de contaminación de agua son altos tarde o temprano,

aunque sea lentamente, se desarrollan problemas cardio-vasculares, cutáneos

o neoplásicos. Y aunque el HACRE fue descrito hace 86 años, y sus efectos

graves (hasta mortales) han sido y son bien conocidos por las diferentes

autoridades sanitarias, el hidroarsenicismo crónico es una enfermedad

olvidada, quizás porque afecta a zonas alejadas de la populosa ciudad de

México, quizás porque muchas de las personas expuestas al consumo de agua

contaminada son pobres. Una lógica perversa que se repite en un país que

hace como si no existiera lo que no se ve.

28

CAPITULO 3

PROPUESTA PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA DE HIDROARSENICISMO

3.1 Planteamiento del Problema

El agua potable es uno de los índices con los que se mide las

necesidades básicas de los pueblos. Para que no haya más HACRE, es

necesario que el agua sea potable, es decir, que no tenga niveles no aptos de

Arsénico. La solución es la realización de grandes obras de ingeniería, es decir,

de plantas potabilizadoras; sin embargo se plantea una propuesta también de

ingeniería pero con el objetivo a quienes va dirigido, que es a personas con

escasos recursos.

Se trata del uso de un reactor casero de fácil manipulación , económico

y con el uso de reactivos de adquisición sencilla con los que se propone el

método de eliminación de Arsénico por “ precipitación química”15.

La precipitación química lleva consigo la adición de productos químicos

con la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en

suspensión y facilitar su eliminación por sedimentación. En algunos casos la

alteración es ligera y la eliminación se logra al quedar atrapados dentro de un

precipitado voluminoso constituido principalmente por el propio coagulante.

Otro resultado de la adición química es un incremento neto en los

constituyentes disueltos del agua residual.

A lo largo de los años se han utilizado varias o diversas sustancias

como agentes de precipitación. El grado de clarificación obtenido depende de

la cantidad de productos químicos utilizados y el cuidado con que se controle el

proceso. Por medio de la precipitación química es posible obtener un efluente

limpio, substancialmente exento de materia en suspensión o en estado coloidal.

Mediante la precipitación química llega a eliminarse del 80 al 90% de la materia

15 Op. Cit. 52 p.

29

total suspendida, del 40 al 70% de la DBO del 30 al 60% de la DCO y del 80 al

90% de las bacterias.

La reacción correspondiente al sulfato férrico y cal es:

Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH2) 3 CaSO4 + 2Fe(OH)3

En la precipitación química es muy importante la formación de un floculo

gelatinoso insoluble de Fierro debido a que sedimenta lentamente en el agua,

adhiriéndose a él las partículas suspendidas. La eliminación de Arsénico por

iones metálicos es la técnica más conocida y frecuentemente la más aplicada,

el Arsénico pentavalente se elimina mejor con sales férricas si se maneja un

PH de 7.2 a 7.5 dentro de las dosis óptimas de fiero +3 y PH, la eficiencia de

eliminación de Arsénico presente en el agua esta comprendida entre

0.1a1ppm; el Arsénico residual contenido después de la eliminación de los

sólidos es menor a 0.01ppm.

3.2 Diseño del reactor casero 3.2.1 Bases de diseño

El reactor deberá tener la capacidad para proporcionar agua libre de

Arsénico a familias de por lo menos 6 miembros en su consumo diario.

El tamaño del reactor debe ser considerado ya que no puede ocupar

mucho espacio pues tendrá que estar siempre en alguna parte de la cocina

preferentemente.

Se le adaptará una base metálica para que este quede fijo y pueda

precipitar el Arsénico por completo, sin riesgo de movimiento y posible

volcadura de los sedimentos.

Además se le deberá colocar un agitador el cuál servirá para la remover

las aguas en su totalidad e incorporar perfectamente los reactivos en esta, para

que así se logre una mejor eficiencia.

30

Se piensa en un garrafón de uso cotidiano por la forma de embudo que

tiene en la parte superior, que utilizada hacia abajo servirá de tolva y esta

facilitara la acumulación de los sedimentos, de la misma manera la base puede

ser cortada para que sirva como tapa y ahí colocar el agitador.

Así mismo cuenta con la capacidad de 20 litros ideal para abastecer

agua de consumo a una familia diariamente

A este se le colocará una llave en la parte inferior para extraer el agua

cómodamente después de la reacción.

3.3 Esquema del reactor casero 3.3.1 Esquema general

PLANO 1

31

3.3.2 Alzado lateral por piezas

PLANO 2

32

3.4 Materiales de construcción

Los materiales utilizados para la construcción del reactor son:

3m de tubo de PVC de 19mm de diámetro

1m de tubo de PVC de 50mm de diámetro

llave nariz para agua de paso con tuercas y roldana

codos de PVC de 90° por 19mm de diámetro

un adaptador tipo hembra de PVC con cuerdas de 19mm de diámetro

un adaptador tipo macho de PVC con cuerdas de 19 mm de diámetro

conexión tipo T de PVC de 19mm de diámetro

un tanque o garrafón de polietileno de 20 L

un adaptador macho de PVC de 50mm de diámetro

un adaptador hembra de PVC de 50mm diámetro

una tapa ciega de 50mm de diámetro

una tapa ciega de 19mm de diámetro

dos baleros para tubo de 50mm de diámetro

un tramo de tubo de PVC de 50mm de diámetro

una bisagra

un columpio fijo metálico para base de garrafón

3.5 Construcción del reactor casero

3.5.1Cortes del garrafón

Se corta la base para que sirva como tapa del reactor; así mismo pueda

desprenderse.

Se hace una perforación en el centro de esta y se le adapta una tira de

solera alrededor de la tapa, para posteriormente poder fijar la manivela, con

ayuda de los baleros.

33

IMAGEN 5

3.5.2 Construcción del agitador.

Se unen las piezas de tubos PVC; utilizando los codos, para darle una

forma de manivela.

Posteriormente abajo se forma un agitador con las paletas haciendo un

corte en cada una de ellas para su mejor agitación, siempre cuidando sea en

eje recto.

IMAGEN 6

34

3.5.3 Construcción de la base

En solera se hace un triangulo como base para sostener el garrafón con

la boca de este hacia abajo, para que este quede fijo.

Se colocan tres tiras para abrazar el cuerpo del garrafón, unidas a un

círculo de solera que se ubica en la boca del garrafón; de igual manera serán

unidas a la parte de arriba que abraza el garrafón, donde será adaptada la tapa

de este.

IMAGEN 7

3.5.4 Ensamble completo del reactor casero.

Primeramente se coloca el garrafón en la base de solera.

Se le coloca la llave nariz y en la boca del garrafón se le adapta un PVC

para ahí sea el depositó de los lodos contaminados con Arsénico y pueda

desprenderse del reactor cuando deba purgarse después de cada operación.

35

IMAGEN 8

Se ensambla la manivela formada de tubos PVC a la tapa , por ultimo se

coloca una visagra para la fijación de la tapa al cuerpo del garrafón.

IMAGEN 9

36

“Reactor casero”

IMAGEN 10

3.6 Procedimiento y manejo del equipo

En un garrafón con un volumen de 20 litros de agua contaminada:

A) Se agrega 4.8 gramos de sulfato férrico (FeSO4)

B) Se agitó la solución durante 15 minutos para provocar la

reacción química con el Arsénico presente,

C) Se deja reposar 15 minutos más,

D) Se le adicionaron 2.2 gramos de hidróxido de Calcio

E) Se agita la solución 5 minutos; en estos momentos se

lleva a cabo la reacción de floculación, la cuál consiste en

37

precipitar el Arsénico presente en el agua y la formación

de pequeños flóculos grumos donde se encuentra

presente el Arsénico. Que por el efecto de la floculación o

grumo que lo rodea aumenta su masa por lo que precipita

a la boca del garrafón que dada su forma sirve de tolva

para que sedimenten dichos flóculos y se separen del

agua.

F) Después de un período de sedimentación de 4 horas, el

agua que permanece libre de flóculos es agua que ha

sufrido la remoción de un 85% en promedio de Arsénico.

G) Transcurridas las cuatro horas, los flóculos sedimentados

se extraen por la boca del garrafón al quitar el tapón al

quitar el tapón, estos lodos se recogen en una pequeña

cubeta para ser depositados en un recipiente mayor

dónde de alguna manera se pensará en su disposición

final, ya que estos contienen Arsénico. Los cuales se

pueden comercializar.

H) Separados los lodos se tapa el garrafón con una tapa

limpia.

I) Realizada esta actividad, el agua para consumo humano

puede ser extraída por la llave de nariz que se encuentra

instalada en la parte lateral y baja de garrafón.

J) Toda la actividad citada, se sugiere sea realizada por la

K) noche, para que en el curso de la madrugada se lleve a

cabo la sedimentación completa de los floculos; de ésta

forma se tendrá una agua con ausencia de grumos apta

para el consumo.

38

CAPITULO 4 EFICIENCIA DEL REACTOR CASERO

4.1 Análisis Químico (cualitativo)

4.1.1 Prueba de Marsh

La prueba de Marsh, llamada así por su inventor, el químico ingles

James Marsh, proporciona un método simple para detectar trazas de Arsénico

tan mínimas que no podrían descubrirse con un análisis ordinario. El método

es sólo una curiosidad, que en su día, permitió descubrir los casos de

envenenamiento por el Arsénico. Su principio es el siguiente: el Arsénico, al

estar oxidado, en presencia del hidrógeno naciente, se reduce a arsenamina, la

cual se descompone por el calentamiento dando Arsénico metaloideo de un

color pardo negro característico. 16

A menudo es importante contar con un test. fiable que detecte la

presencia de cantidades pequeñas de Arsénico , porque el Arsénico, aún

siendo un veneno violento, es ampliamente usado y por tanto es un

contaminante muy difundido. La sustancia a analizar se coloca en un generador

de Hidrógeno y el Arsénico presente se convierte arsenamina (AsH3), que se

mezcla con el hidrógeno. Si el flujo de hidrógeno se calienta mientras pasa por

un tubo de vidrio, la arsenamina se descompone, y el Arsénico metálico se

deposita en el tubo.

Cantidades mínimas producen una mancha apreciable. Utilizando la

prueba de Marsh se pueden detectar cantidades tan mininas como 0.1mg de

Arsénico o de Antimonio.

16GISBERT Calabuig Juan Antonio, Medicina legal y Toxicología, 4ª edición, Salvat editores 715 p.

39

4.1.2 Detección del Arsénico

El As3+ no existe en el agua como ión libre, en soluciones básicas y

neutras adquiere la forma de un hidroxicatión As(OH)2+. En medios ácidos

existe en forma de oxidación deshidrogenoarsenito (OH)2AsO-.

El Arsénico puede detectarse por medio del análisis de Marsh. Los

hidrocarburos de los átomos pesados son inestables y al calentarse se

descomponen en Hidrógeno y Arsénico.

El método de Marsh es muy preciso para analizar As.

La prueba consiste en descomponer la arsina (AsH3) que es un gas muy

venenoso.

AsH3 2As + 3H3

4.1.3 Procedimiento

1.- En un matraz de bola con el fondo plano, se coloca la muestra de un litro de

agua con 0.5mg de Arsénico.

2.-Se agrega 1.0 g de Zinc y 0.5 ml de HCl concentrado. Los compuestos de

Arsénico presentes se reducen a arsina gaseosa, AsH3 donde ocurre la

reacción.

Zn3As2 + 6HCl 3ZnCl 2 + 2 AsH3

3.- Posteriormente al continuar produciéndose el gas (AsH3), pasa a través de

un tubo empacado con cloruro de Calcio (CaCl2) donde se elimina la humedad.

4.- El gas llega a la zona de calentamiento donde se lleva acabo la reacción de

descomposición de las arsinas e Hidrógeno.

2 AsH3 2As + 3H2

40

5.- El As se deposita en un tubo al llegar a las partes frías con la formación de

un espejo gris.

6.- El hidrógeno es liberado al ambiente ( se puede probar con un cerillo

encendido, el cuál aumentara su flama por la presencia de el gas).

7.- Debido a que la arsina es muy venenosa, el análisis deberá realizarse bajo

una campana de eliminación de gases.

4.2 Análisis Químico (cuantitativo)

4.2.1 Método de espectroscopia de absorción atómica.

Es el método más usado hoy en día para la investigación de elementos

minerales por reunir la doble condición de la sensibilidad y precisión de las

medidas. Es un método que comúnmente utiliza un nebulizador pre-quemador

(o cámara de nebulización) para crear una niebla de la muestra y un quemador

con forma de ranura que da una llama con una longitud de trayecto más

larga.17

IMAGEN 11

17 DOUGLAS A. Skoog, Análisis Instrumental, 4ª edición, Mc Graw Hill, 238 p

41

El haz radiante especifico para el Arsénico se corresponde con las

longitudes de onda correspondientes a 193.7 y 197.2 nm; la longitud de 189.0

es menos usada, excepto en casos especiales, por el mayor numero de

interferencias que se dan con esta banda espectral.

Esta técnica tiene una gran importancia, ya que mediante esta se puede

obtener un análisis que proporcione información elemental, al hacer incidir

radiación de la región Ultravioleta del espectro electromagnético con átomos en

estado elemental.

El átomo esta, de hecho, constituido por un núcleo rodeado por

electrones. Los electrones ocupan posiciones orbitales en una forma predecible

y ordenada. La configuración más estable y de más bajo contenido energético,

es conocido como “estado fundamental” y es la configuración orbital normal

para el átomo.18

En la emisión atómica, la muestra es sometida a una alta energía y

temperatura, con el objeto de producir átomos al estado excitado, capaces de

emitir luz. La fuente de energía puede ser un arco eléctrico, una llama o más

recientemente un plasma.

Las técnicas de emisión también pueden usarse para determinar

“cuanto” de un elemento esta presente en una muestra. Para un análisis

“cuantitativo” se mide la intensidad de la luz emitida a la longitud de onda del

elemento por determinarse. Si la luz de una determinada longitud de onda

incide sobre un átomo libre en estado fundamental , el átomo puede absorber

energía y pasa al estado excitado, en un proceso conocido como absorción

atómica. La propiedad de un átomo de absorber luz de longitud de onda

especifica, es utilizada en la espectrofotometría de absorción atómica.

La característica de interés en las medidas por absorción atómica, es el

momento de luz, ala longitud de onda resonante, que es absorbida, cuando la

luz pasa a través de una nube atómica. Conforme el numero de átomos se

incrementa en el paso de la luz, la cantidad de esta será absorbida y se 18 AGUILAR R. Ma del Rosario, Espectroscopia de absorción atómica, Apuntes de Química Analítica III, 2003

42

incrementara en una forma predecible. Se puede efectuar una determinación

cuantitativa del analito presente, midiendo la cantidad de luz absorbida.

La nube de átomos requerida para las mediciones en absorción atómica,

es producida por la adición de suficiente energía térmica a la muestra, dentro

de una llama alineada con el rayo de luz, sirve para este propósito. Bajo

condiciones apropiadas de llama, muchos de los átomos permanecerán en

estado fundamental y son capaces de absorber luz de longitud de onda

apropiada proveniente de una fuente de luz. La facilidad y la velocidad a la cual

se pueden hacer determinaciones exactas y precisas , ha hecho que esta

técnica sea una de los métodos mas populares para la determinación de

metales.

La instrumentación básica para absorción atómica por flama requiere de:

fuente de luz, monocromador, sistema detector, amplificador y un atomizador.

La radiación de la fuente se dirige a través de la muestra atomizada

hacia el monocromador, donde se aíslan las líneas de resonancia analítica de

las otras longitudes de onda y se envía al detector. El amplificador convierte la

señalen absorbancia o concentración y muestra la lectura en un valor atómico.

En el nebulizador y cámara de mezcla ocurren tres pasos:

A) La muestra es convertida en aerosol.

B) La muestra se mezcla con los gases, combustible y oxidante en la

cámara de premezclado.

C) Los gases con las finas gotas de la muestra emergen por la cabeza

del quemador con un flujo hacia la flama en donde se evaporan y

decomponen en átomos del analito.

43

4.2.2. Procedimiento

1) Se toman 100ml de la muestra y se adiciona 10 ml de HNO3 para su

preservación

2) Se calienta la muestra hasta reducir su volumen

3) Se filtran las muestras con papel filtro watman, para eliminar

cualquier impureza.

4) Se trasladan a matraces aforados de 100ml y llevan a un aforo.

5) Se procede a tomar las lecturas en el equipo de Absorción atómica

utilizando lámpara de cátodo hueco y llama aire-acetileno

6) Se preparan previamente tres estándares de concentración conocida,

para formar la curva de calibración en la computadora de

Concentración vs % de Absorbancia.

7) Posteriormente se empiezan a tomar las lecturas de las muestras

problema.

IMAGEN 12

4.3 Eficiencia del reactor casero

En la tabla 5 se reportan las concentraciones antes y después del agua;

así como la eficiencia del reactor para la remoción del Arsénico empleando el

método de precipitación química. Mediante la prueba de Marsh

(cualitativamente) y por el método de absorción atómica (cuantitativamente),

44

respecto a 7 muestras tomadas en diferentes poblados pertenecientes a la

Comarca lagunera, donde les llega agua proveniente de pozos contaminados;

los cuales se detectaron primeramente y posteriormente se realizó el muestreo

simple de tomas de la red domestica, ya que no hubo acceso a los pozos

directamente, por lo cual se anexa la ubicación de las zonas muestreadas en

cuadros de color rojo en el mapa 1 en el primer capitulo. Señalando 3 pozos

del sistema interestatal tales como el P10a , P9 y P6a ; de igual manera en el

mapa 3 se citan 2 Pozos propios del municipio de Fco. I. Madero de nombre El

Fresno, Virginias y 2 del municipio de San Pedro de las Colinas , llamados

Rep. Gatto y Marraneras.

Con los cuales se completan las siete muestras usadas para la

experimentación correspondiente, con las que podemos afirmar que la

remoción inicialmente de Arsénico es de 85% en promedio.

Así mismo en la tabla 6 se reporta un promedio de las muestras antes y

después del tratamiento, en su análisis de PH, Fiérro y dureza comprobando

así que estén dentro de de la norma NOM-127-SSA1-1994 y por consiguiente

verificar la viabilidad del procedimiento.

45

PORCIENTO DE REMOCIÓN DE ARSÉNICO19

Numero de

muestra

Gasto20

LPS

Agua con

Arsénico

antes del

tratamiento

mg/L

Agua después

del tratamiento

mg/L

(cualitativo)

Agua después

del tratamiento

mg/L

(cuantitativo)

Eficiencia

%

1

P10a

28.0

0.108

N.D

0.020

81.48

2

P9

27.0

0.035

N.D

0.005

85.71

3

P6a

40.0

0.203

N.D

0.031

84.72

4

El Fresno

25.0

0.051

N.D

0.006

88.23

5

Virginias

20.0

0.195

N.D

0.032

83.58

6

Rep. Gatto

55.0

0.231

N.D

0.046

80.00

7

Marraneras.

23.0

0.061

N.D

0.009

85.24

TABLA 5

19 Laboratorio de Análisis Metalúrgicos. Ed. Z, 6, marzo 2007 20 COMISION Nacional del agua, Programa de red de monitoreo, Dirección de agua potable, Infraestructura hidráulica urbana, Torreón, Coahuila, 2006.

46

CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DEL AGUA ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO CON ARSENICO

Características

Fisicoquímicas

Norma Nacional Agua con

Arsénico

Agua sin

Arsénico

PH 6.0-8.0 6.5 7

Fierro 0.30 0.6 0.2

Dureza 500,00 109 170

TABLA 6

47

CAPITULO 5

ANÁLISIS DE COSTOS

5.1 Costos de la propuesta 5.1.1 Costo del material para la construcción del reactor casero

Material

Costo

3m de tubo de PVC de 19mm

de diámetro

$12.00

1m de tubo de PVC de 50mm

de diámetro

$10.00

llave para agua de paso de

nariz con tuercas y roldanas

$30.00

codos de PVC de 90° por 19mm

de diámetro

$4.50

un adaptador tipo hembra de

PVC con cuerdas de 19mm de

diámetro

$2.00

un adaptador tipo macho de

PVC con cuerdas de 19 mm de

diámetro

$2.00

conexión tipo T de PVC de 19mm de

diámetro

$30.00

Continúa.

48

un tanque o garrafón de polietileno

de 20 L

$35.00

un adaptador macho de PVC

de 50mm de diámetro

$6.00

un adaptador hembra de PVC

de 50mm diámetro

$10.50

una tapa ciega de 50mm de

diámetro

$4.50

una tapa ciega de 19mm de

diámetro

$2.00

Total

$148.5

TABLA 7

5.1.2 Costo de los reactivos químicos

Producto Químico

Costo

2.2gr de Sulfato férrico

$ 0.708

4.8 gr. de Hidróxido de Calcio

$ 0.288

Total

$ 0.996

TABLA 8

49

5.2 Análisis de ingresos de la población

5.2.1 Principales actividades de la región

La extracción de grandes yacimientos de oro, plata, plomo, cobre,

zinc, fluorita y minerales no metálicos que responden a esta zona

semidesértica: mármol, celestita, bentonita y demás arcillas.

El esfuerzo, empeño y dedicación que pone la laguna en el desarrollo de estas

actividades económicas, ha hecho de ellas una mina fértil de materias primas,

cuyo aprovechamiento constituye una base sólida que sustenta enormes

complejos industriales esenciales para la economía regional. Como son la

industria metal-mecánica, la confección de prendas de vestir y las industrias del

mármol, del mueble y alimentos, las cuales se han convertido en las

actividades industriales de mayor incidencia económica en la Comarca

Lagunera.

La ocupación de mano de obra en grandes cantidades,

particularmente la femenina, delata a la Industria de la Confección de Prendas

de Vestir. El incremento de la inversión en esta rama industrial ha traído

buenos resultados, pues además de sumar 204 empresas en este ramo, la

captación de divisas por concepto de maquila de exportación ha aumentado y

tiene 35 empresas exportadoras, la cuál es la mayor.

La importancia que tiene la Comarca Lagunera se debe a su

tradicional vocación agrícola y ganadera, de ahí que esta industria; está

directamente relacionada con la producción de lácteos y derivados, alimentos

balanceados, aprovechamiento de carne, elaboración de aceites, vinos y

licores, envasados de harina y refrescos entre otros.

La región cuenta con la cuenca lechera más importante del país, tanto

por su producción de leche como por su integración en una organización

corporativa que abarca desde el desarrollo de la actividad primaria hasta la

comercialización, de sus productos industrializados.

50

El sector de la mediana y pequeña industria de alimentos está integrado

por 195 empresas, de las cuales 17 son exportadoras.

5.2.2 Ingresos

La tabla que se muestra a continuación muestra los ingresos promedio,

en dólares que perciben los habitantes de esta región; según su actividad; así

mismo sólo consideramos los datos registrados por el INEGI, pero cabe

destacar que entre otras actividades predomina la agricultura la cuál no tiene

salario fijo.

Periodo

Alimenticias

Textiles,prendas

de vestir

Productosde

minerales

Industrias metálicas básicas

Otras industrias

manufactureras

Enero 2.6 2.0 3.0 3.2 2.0 Febrero 2.8 2.1 3.1 3.3 2.0 Marzo 2.7 2.1 2.9 3.1 2.1 Abril 2.7 2.3 3.0 3.2 2.1 Mayo 2.7 2.0 2.9 2.9 1.9 Junio 2.5 2.0 2.8 2.9 1.9 Julio 2.5 2.0 3.0 3.0 2.0

Agosto 2.6 2.1 3.0 3.5 2.0 Septiembre 2.6 2.0 3.0 3.6 2.0

TABLA 9

5.3 Comercialización del Arsénico recuperado (lodos de la

reacción).

5.3.1 Usos del Arsénico recuperado

En el ambiente domestico; El anhídrido arsenioso se ha venido

empleando como elemento básico e n la preparación de los papeles

matamoscas, hoy en desuso, y sobre todo, de diversos preparados formícidas

y raticidas (pastas matarratas).

En la agricultura; el arseniato diplúmbico y el arseniato tricálcico como

germicida y conservador que son base del tratamiento especifico de diversas

51

parasitosis de las viñas y cultivos de algodón, cereales, papa, soya, tabaco,

etc. Por su parte, el anhidrido arsenioso y el arseniato sódico forman parte de

herbicidas y xiloprotectores. En algunos lugares se ha empleado un arseniato

de estricnina como rodenticida y para preparar cebos envenenados. También

se usa en algunos pesticidas agrícolas y en algunos productos químicos que

sirven para conservar la madera

En la medicina su uso es muy antiguo. Se usaron como tónicos sus

sales orgánicas. Fowler (1786) lo utilizó en procesos febriles y como sedante

unido a mezclas bromuradas. Hutchinson lo preconizaba como antianémico. Se

utilizaba en el paludismo, la enfermedad de Hodgkin y la leucemia meloide. Los

dermatólogos lo usaron y aún los siguen usando en psoriasis, liquen, eczemas

y lupus eritematoso. Fue en su época antes de la aparición de la penicilina, el

remedio mas útil contra la sífilis. En otros usos médicos ha sido desplazado por

las sulfamidas o los antibióticos. En veterinaria los preparados inorgánicos y

orgánicos pentavalentes son empleados como estimulantes del metabolismo y

reconstituyentes.

En la disección de animales y conservación de pieles, en la industria de

la curtiduría y peletería.

El arsénico se usa en grandes cantidades en la fabricación de vidrio

para eliminar el color verde causado por las impurezas de compuestos de

hierro. Una carga típica en un horno de vidrio contiene un 0,5 % de trióxido de

arsénico. A veces se añade al plomo para endurecerlo, y también se usa en la

fabricación de gases venenosos militares como la lewisita y la adamsita.

Ciertos compuestos de arsénico, como el arseniuro de galio (GaAs), se

utilizan como semiconductores. El GaAs se usa también como láser. El

disulfuro de arsénico (As2S2), conocido también como oropimente rojo y rubí

arsénico, se usa como pigmento en la fabricación de fuegos artificiales y

pinturas.

52

5.3.2 Costos del Arsénico

Producto químicamente puro Costo por Kilogramo

Arsénico $ 55.00

TABLA 10

53

ANÁLISIS DE RESULTADOS

La tabla 3 demuestra la condiciones de los pozos tanto propios como del

sistema interestatal ubicados en la Comarca Lagunera; se observa mas

detalladamente en la grafica 1, donde podemos ver la situación de estos y que

de 16 pozos reportados solo tres están dentro de la norma, aunque estos

contengan pequeñas cantidades de Arsénico, significativas al paso del tiempo;

lo cual es preocupante.

En la tabla 5 se reportan las eficiencias del reactor con rango de 80% a

88.23%, observando que estas varían dependiendo de las concentraciones

iniciales de Arsénico, puesto que algunas son muy elevadas; por lo cual

algunas concentraciones finales quedan fuera de la especificación de

0.025ppm como lo marca la NOM-127-SSA1-1994; a lo que se sugiere dar un

segundo tratamiento para lograr que las concentraciones queden por debajo de

los limites permisibles.

En la tabla 6 se muestran los análisis en promedio de PH, Fierro y

dureza realizados a las muestras, para comprobar su efectividad; observando

que existe un incremento en su dureza por la adición del hidróxido de Calcio,

pero no es considerable, puesto que este es mínimo y cumple con la norma

NOM-127-SSA1-1994, con respecto del Fierro al inicio presenta un valor mas

alto , que al final; lo cual quiere decir que en la reacción precipita el que tiene

inicialmente, como el del sulfato ferrico incorporado, así mismo el PH

incrementa de 6.5 a neutro lo cual es aceptable.

54

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el presente trabajo según los resultados obtenidos utilizando la

prueba de Marsh, (cualitativamente) y el método de absorción atómica

(cuantitativamente) se concluye que es posible tener un 85% en promedio de

remoción de Arsénico por lo que si llegara a implementarse el uso de este

reactor casero siguiendo el método es posible que en los hogares de los

habitantes de las poblaciones rurales de la región Lagunera que padecen

hidroarsenicismo, la enfermedad se reduzca muy notablemente.

El reactor que se presenta es de fácil construcción, de reducido costo,

de alta eficiencia, sencilla operación y puede ser manipulado por cualquier

persona que desconozca todo tipo de proceso químico; ya que no requiere de

grandes inversiones o especialistas para su manejo. El reactor esta diseñado

para que sea utilizado a nivel rural y por familia. Sin embargo se puede diseñar

para una cantidad mayor de agua, quizá para abastecer a una comunidad o

municipio y el costo para tratar un metro cúbico sería de $55.38. Y para un

proceso industrial se puede determinar la carga y tamaño de los floculos del

compuesto de Arsénico obtenido, para así diseñar un sedimentador floculador,

para lo cuál se sugiere llevar a cabo la “ Prueba de Jarras”

El método reducirá la incidencia de hidroarsenicismo en los habitantes

de la Comarca Lagunera, lo que provocará un mejor nivel de vida; ya que los

beneficios que traería el reactor para flocular el Arsénico serían tan grandes

que es posible terminar con el hidroarsenicismo en la Comarca pues en la

actualidad afecta a un gran numero de habitantes.

Así mismo se sugiere para una tesis posterior, la posibilidad de que se

electro floculen los coloides y así reducir el costo de un poli electrolito.

55

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