DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS Y SALES SOLUBLES ENSUELOS DE CULTIVO ACONDICIONADOS CON LODOS RESIDUALES

Q.F.B. Silvia Ruth Paredes ReyesCatedrático

Departamento de Ingeniería Química y BioquímicaInstituto Tecnológico de Aguascalientes

M.C. José Aniceto Aguilar NietoInvestigador

Instituto Tecnológico Agropecuario N° 20Patricia Navarro Quintero

Tesista del Instituto Tecnológico de AguascalientesTel: (014) 910 50 02, fax (014) 97 00 23, e-mail: login.'a seit.it a.mx

RESUMEN

Este proyecto tiene por objeto realizar unadeterminación de metales pesados (Pb, Cd, Cr, Zn) ysales solubles de Na , K, Mg y Ca en suelos de cultivodel rancho "La Xaropa " acondicionados con lodosresiduales de la Planta de Tratamiento Municipal deAguascalientes. De la misma manera realizar lasmismas determinaciones en tierras de cultivo que nohan sido reactivadas con lodos , esto es con elpropósito de comparar dos condiciones diferentes. Esimportante conocer la presencia de metales pesadosporque son tóxicos para los organismos, ya quealteran su metabolismo y pueden provocar su muerte.Los metales pesados , pueden pasar de la tierra haciael organismo del hombre , a través de la cadenaalimenticia provocando graves problemas de salud.La utilización de los lodos puede contribuir aaumentar la salinidad del mismo y disminuir sufertilidad . Las determinaciones se llevaron a caboutilizando el método espectrofotométrico deabsorción atómica . Los resultados muestran que seencontró un incremento en el contenido de cromo yzinc. En tierras de cultivo sin lodos adicionados seencontraron 627.43 Kg/ha y en las tierrasacondicionadas con lodos 780 . 95 Kg/ ha. Losresultados de zinc en tierras sin lodo adicionadomuestran 394.27 Kg/ha. Y en tierras con lodos398. 1 1 K/ha. Los resultados de la determinación desales solubles también muestran incremento en laconcentración de las mismas.

Palabras clave: Acondicionamiento de suelos,química de suelos, lodos residuales, metales pesados,regeneración de suelos.

INTRODUCCIÓN

El clima en el estado de Aguascalientes es semiárido,con una temperatura media anual de 17.4 °C y unaprecipitación pluvial media de 526 mm. 1n las

regiones con predominio de clima semiárido, selocalizan los suelos con mayor contenido de sales, enlos cuales se llevan a cabo actividades agrícolasdiversas.

La salinización de los suelos ocurre no solamenteporque hay menos precipitación adecuada para lavar ytransportar las sales , sino también a consecuencia de laelevada evaporación característica de clima árido, quetiende a concentrar las sales en los suelos y en las aguassuperficiales . Los principales elementos que seencuentran en el suelo , como el potasio, sodiomagnesio , calcio etc., se presentan en forma desolubles, estos elementos juegan un papel muyimportante en las relaciones suelo - planta. El sodioconstituye una apreciable fracción de la cortezaterrestre (2,63%), su presencia en los suelos , aunque seencuentra en muy pequeñas cantidades , es restringida aaquellos suelos de regiones áridas y semiáridas.

Estos suelos tienen que acondicionarse y abonarse cadaciclo agrícola para favorecer el crecimiento de lasplantas y se utilizan por lo común, fertilizantesquímicos . Los ranchos aledaños a la planta detratamiento Municipal de Aguascalientes se estánutilizando para el acondicionamiento de las tierras decultivo lodos residuales generados en el tratamiento deaguas residuales en este lugar.

Esta planta procesa aguas de origen urbano , agricola,ganadero e industrial , procedentes de la ciudad deAguascalientes y poblaciones situadas en la rivera delRío San Pedro en el que arrojan sus desechos. Loslodos residuales están considerados como residuospeligrosos de acuerdo a la Norma Oficial MexicanaNOM-CRP-001-ECOL/93. Antes de ser utilizados deberealizarse un estudio CRETIB para investigar si no soncorrosivos, reactivos , explosivos , tóxicos o biológicoinfecciosos.

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DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS

Silvia Ruth Paredes R , losé A. Aguilar N Y Patricia Navarro

Por lo tanto el problema que se planteó en esteproyecto , es la posibilidad de que pudieran existir enlos lodos utilizados como acondicionador de suelos,elementos como metales pesados (cromo, plomo,cadmio y zinc ) que pueden ser un factor de riesgopara la salud de las personas que habitan el lugar, yque estén ligadas a las actividades agrícolas delrancho , además de todos los seres vivos que puedenver afectados sus organismos por estos elementostóxicos . Tomando en cuenta los antecedentes yaplanteados anteriormente se hizo patente la necesidadde investigar también la posible contribución de loslodos a la salinización de los suelos.

Para dar solución al planteamiento del problema seestablecieron objetivos. El primero de ellos fuedeterminar metales pesados (Pb, Cd, Cr y Zn),utilizando la técnica de espectrofotometría porabsorción atómica , en suelos de cultivo del rancho"La Xaropa", acondicionados con lodos residualesprovenientes de la Planta de tratamiento Municipal deAguascalientes . También fue necesario conocer elcontenido de sales solubles (Na, K, Ca y Mg) en lastierras de cultivo adicionadas de lodos . Estos dosobjetivos , de la misma manera se establecieron paratierras de cultivo que no han sido acondicionadas conlodos residuales , con el propósito de tener un puntode comparación entre estas dos condiciones del suelo.

Este trabajo es importante porque la presencia demetales pesados en las tierras de cultivo puede ser unfactor de riesgo para la salud de todos los organismos_ya que los metales pesados son tóxicos, puesto quealteran su metabolismo y pueden provocar hasta sumuerte . Metales como el cromo y el zinc sonutilizados por los organismos en cantidades pequeñasy se les conoce como oligoelementos , pero sinembargo en grandes cantidades se convierten enelementos altamente perjudiciales . Estos elementospueden ingresar a los organismos a través de lacadena alimenticia , en la cual se pueden concentrar amedida que ésta avanza.

Las sales solubles del suelo consisten principalmenteen varias proporciones de los cationes sodio , calcio ymagnesio, y de los aniones cloruros y sulfato; elcatión potasio y los aniones bicarbonato , carbonato ynitrato, que se encuentran generalmente en cantidadesmenores . Los suelos que contienen concentracionesexcesivas de sales solubles , sodio intercambiable oambos : para fines agrícolas , representan un problemaal igual que los que contiene metales pesados, ya quelas sales solubles producen efectos dañinos en lasplantas, al aumentar el contenido de sal de la solucióndel suelo y el grado de saturación de los materialesintercambiables del suelo, con sodio intercambiable.

La presencia de sales solubles puede contribuir a lasalinización del suelo y por lo tanto a la disminución dela fertilidad del mismo.

Hipótesis de investigación H1 : Las tierras decultivo del rancho " La Xaropa" que han sidoacondicionadas con lodos residuales de la planta detratamiento municipal, tienen una mayor concentraciónde metales pesados (Cr, Cd, Pb, Zn) y sales solubles(Na, K. Ca, Mg) que las tierras que no han sidoadicionadas de lodos.

H1:Y1^X2

METODO EXPERIMENTAL

Universo: Tierras de cultivo del rancho "La Xaropa"que han sido acondicionadas con lodos residualesprovenientes de la "Planta de Tratamiento de AguaResidual del Municipio de Aguascalientes", y tierrasque no lo han sido.El rancho " la Xaropa" colinda al norte con la PTMA.Tipo de muestreo : Método de Zig - Zag y CuarteoArea de muestreo: 2 HectáreasTécnicas para el análisis de suelos

a) Técnica para la determinación de Na,K, Mg y Ca por el método deespectrofotometría de absorciónatómica

El Na, K. Ca y Mg. solubles se determinan porabsorción atómica en los extractos acuosos . Duranteesta determinación se utiliza La y Cs corno supresantes,la dificultad es la concentración de estos cationes en elextracto , es muy variable por lo que es común realizardiluciones del extracto.

Preparación de soluciones patrón: Se prepararonsoluciones patrón de las siguientes concentraciones:Solución patrón de 1000 mg/L de calcio; Soluciónpatrón de 1000 mg/L de sodio; Solución patrón de1000 m/L; de magnesio; Solución patrón de 1000 mg/Lde potasio

Preparación de soluciones supresantesSolución supresante de La al 1% para Ca y MgSolución supresante de Cs al 0.2% para Na y KPreparación de soluciones estándar Ca y Mg solublessolución estándar de Ca de 250 mg/L.-Solución estándar de Mg. de 25 mg/L

Preparación de soluciones estándar K y Na solublesSolución estándar de K de 100 mg/L.- Soluciónestándar de Na de 250 mg/L.De las soluciones estándar de 100 mg/L de K y 250mg/L de Na, pipetear series de 0, 5, 10, 15, 20, y 25 mL

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DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS

Silvia Ruth Paredes R., José A. Aguilar N. Y Patricia Navarro

en matraces de 250 mL , para el Na , y para el K lasdiluciones son : 0, 12.5, 25, 37.5. 50, 62.5.A cada matraz adicionar 125 ml de la soluciónsupresante de Cs. Aforar con agua , la serie deestándares que contienen O. 5, 10, 15, 20 y 25 mg[Lde Na.

adición, con 10 ml de HF Y 10 ML de HCl y evaporar asequedad . Disolver el residuo en una cantidad mínimade HC combinando este con el extracto ácido(sobrenadante), filtrar la mezcla con papel filtro No. 42,y aforar a volumen hasta que el volumen final seaaproximadamente del 5% (v I v) de HC1.

Digestión de la muestraLa digestión de la muestra consistió en un proceso deincineración de 1.00 ± 0.05 g de suelo seco a 900°C.La extracción se realizo con HCl 1+1 disolver poradición, con 10 ml de HF Y 10 ML de HCl yevaporación a sequedad.Procedimiento de análisis de la muestra en elespectrofotómetro.Preparar un blanco o matriz volumen a volumen (1 +1), 50% de solución extractante y 50% de soluciónsupresante.Realizar una serie de diluciones para la corrida en elespectrofotomero de absorción atómica , la muestra seprepara dependiendo la dilución requerida , con 50%de solución supresante más el volumen requerido porla dilución de la muestra , y el resto con solución delextracto.

b) Técnica para la determinación demetales pesados (Pb, Cd , Cr y Zn),por espectrofótometria de absorciónatómica

Preparación de solución patrón de Pb, Cd, Cr yZnPara la preparación de las soluciones patrón de Cd,Cr, Pb y Zn se parte de una solución de concentraciónconocida ( 1000 ppm ) de cada elemento, de lascuales se toman 2 .5 ml y se aforar a 250 ml con lamatriz ( HCl al 5 % ) para obtener una concentraciónde 10 ppm . A partir de estas preparar los estándares.A partir de la solución patrón de cada elementopreparar la serie de estándares de concentracionesdiferentes.

Estándares de CdEstándar No 1, concentración 3 ppm Estándar No2. concentración 1 ppm.Estándar de PbEstándar No 1. concentración 5 ppm . Estándar No 2.concentración 2 ppm.Estándar de ZnEstándar No 1. concentración 0.20 ppm. Estándar No2. concentración 1.2 ppm.Digestión de la muestraIncinerar una muestra de 1.00 ± 0.05 g de suelo secoen un crisol de platino o porcelana a 900°C. Añadir10 ml de HCl y 10 ml de agua desionizada (1+1) poruna hora, manteniendo una temperatura aproximada alos 60-80 ° C. Decantar el sobrenadante , disolver por

Procedimiento : Técnica analítica de absorción atómica

Cálculos:Para K, Na, Mg , Ca, Pb, Cd, Cr y Znppm del elemento x ml de solución x 2= 1 Lb elemento(lectura del espectro) extráctanteacregramos de suelo gramos de suelo

Variables determinadasM 1,M2, M3 = Muestra

x= Tierra patrón1=Pb2= Cr

5=Na6= K

Y= Tierra con lodo3= Cd4= Zn

7= Mg8= Ca

RESULTADOS

Tabla 1.- Resultados de las corridas de muestra, enel espectrofotómetro de absorción atómica.

01.076

0

.:0:: O$

O

01200.

016.26 ::8j::i : 18.51O23 S 03571.131 1.3260.500 : 0.5384.666 ^6 S 4.6660.461 :0r 473.................................. 0.4701200. 1.3451.583 8 : 1.5925.766 & 5.766

Unidades : partes por millón (ppm) del elementodetectado por gramo de suelo

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DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS

Silvia Ruth Paredes R., José A. Aguilar N. Y Patricia Navarro

Resultados del análisis estadístico: promedio,desviación estándar y "T Student", para lacomprobación de hipótesis: en donde T^ > TSe rechaza la hipótesis HoSe acepta la hipótesis de investigación Hi

i Elei

me% nto^sii

% i

1

PbCr

15

titi

5 CdZn

UhK1KlL

Tabla 3.- Sales solubles

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los resultados que se obtuvieron a través del análisisespectrofotométrico de metales pesados permiteobservar que los niveles de concentración de cromo enlas tierras de cultivo incorporadas por los residualesmuestran una concentración de 1.1613 ppm y laconcentración de cromo en tierras no regeneradas conlodos es de 0.933 ppm. Por lo que se muestra unincremento 0.2283 ppm.. Este metal pesado afectatambién la salud de otros organismos como plantas yanimales. El análisis estadístico para este elemento nosdice que la Tc>Ts por lo tanto se rechaza la hipótesisnula Ho.El Zinc también se encuentra incrementado en su nivelde concentración en las tierras acondicionadas conlodos residuales. Estos elementos cuando se encuentranen la naturaleza son un factor de riesgo para la salud.En este caso también Tc>Ts

El Plomo y el Cadmio arrojan niveles de concentracióncero, se puede pensar que esto ocurre por el nivel deconcentración tan bajo que el aparato no alcanzó adetectar.

Existen métodos para la concentración de muestras almomento de las lecturas en el espectrofotómetro comoes la adición de patrón interno y externo.

Tabla 4.- Determinación de metalespesados en tierras de cultivo del rancho " LaXaropa"

(Kg/ha)

Por otra parte se sabe que la capacidad de intercambiocatiónico , es un indicador de la capacidad paraintercambiar cationes del suelo por el contenido de losresiduos que son aplicados. Junto con la materiaorgánica controlan la toxicidad de los materialespesados en las plantas. Estos elementos son estables yse constituyen como nutrientes para las plantas (Na+,K+, Mg++ y Ca++). Los resultados que se obtuvieronindican que hay un incremento en la concentración deestos elementos en las tierras acondicionadas de lodosresiduales.

CONCLUSIONES

• De acuerdo a la hipótesis planteada se puedecomprobar que las tierras de cultivo regeneradascon lodos residuales tienen una mayorconcentración de metales pesados como Cromo yZinc.

• Los niveles de concentración de Plomo y Cadmiono fueron detectados por el aparato.

• De acuerdo a la hipótesis de trabajo la presencia deestos elementos no fue comprobada.

• La sales solubles (Na+, K+, Mg++ y Ca++) seencuentran en un nivel de concentración mayor entierras de cultivos acondicionadas con lodos que enaquellas que no lo fueron.

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DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS

Silvia Rulh Paredes R., José A. AguilarN. Y Patricia Navarro

• La presencia de sales solubles en tierras decultivo es un factor que contribuye a lasalinización del suelo y como consecuencia a undecremento de la fertilidad del mismo.

BIBLIOGRAFIA

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