Impacto ambiental por metales pesados en suelos y plantas del entorno de un depsito

de chatarra procedente de automviles de desguace

A. Chicharro^ ;, V. Cala1 ;, M.T. MarV ; y M.T. Larrear ;

Resumen Se evala el impacto contaminante de cadmio, cromo, cobre, nquel, plomo y cinc en suelos y vegeta-cin del entorno de un depsito de chatarra de automviles, a diferentes distancias del mismo, toman-do como referencia muestras control no contaminadas. Los contenidos totales de dichos elementos en muestras de suelos y plantas se determinan mediante ICP-AES, y su presencia en suelos mediante an-lisis de partculas por SEM-EDXRA. En los suelos, se detectan contenidos muy superiores a los de una muestra control para todos los elementos, que decrecen de forma gradual desde el foco contami-nante. Estos contenidos en las plantas tambin son muy superiores a los valores de la muestra control, siendo especialmente elevados en las partes areas. Esta alta contaminacin de las partes areas, junto con la gran capacidad de retencin en estos suelos debido a sus caractersticas edficas y la presencia de gran cantidad de partculas no minerales, puede ser un indicativo de que la va de acceso ms pro-bable de estos contaminantes metlicos a las plantas sea la dispersin atmosfrica de partculas gene-radas por las actividades de combustin y transformacin de la chatarra en el depsito.

Palabras clave: Contaminacin. Metales pesados. Desguace de automviles. Partculas slidas. Biodisponibilidad.

Environmental impact of heavy metis on soils and plants in the surroundings of a vehicles scrapyard

Abstract The contaminant impact of cadmium, chromium, copper, nickel, lead and zinc on soils and vegetation in the surroundings of a scrapyard of discarded vehicles, taken at several distances of the contaminant source, is evaluated and compared with control samples free of contamination. The total metal contents of these elements in the soils and vegetation samples are determined by ICP-AES and their presence in soils is detected by particles analysis with SEM-EDXRA. The contents of the affected soils are remarkably higher than the ones of a control sample for the all elements and gradually decrease from the contaminant source. These contents in plants are also relevantly higher than the vales of the control sample, and are especially high for the aereal parts. This remarkable contamination, moreover the great retention capacity of these soils, due to their edaphical characteristics, and the presence of a great quantity of not-mineral particles, may indicate that the probable access path of the metal contaminants to the plants could be the atmospherical dispersin of the particles generated by the scrapyard activities (burning and transformation of the vehicles scrap).

Keywords: Contamination. Heavy metis. Vehicles scrapyard. Solid particles. Bioavailability.

1. INTRODUCCIN (' Centro de Espectrometra Atmica. Fac. de Geologa.

A. Chicharro et al. / Impacto ambiental por metales pesados en suelos y plantas del entorno ...

se encuentran las relacionadas con el tratamiento y almacenamiento de chatarra. El sector automovils-tico es uno de los principales implicados en la gene-racin, acumulacin y transformacin de chatarra, debido al importante nmero de residuos generados por el casi un milln de vehculos anuales fuera de uso en Espaa (1), y al alto potencial de peligrosi-dad medioambiental que poseen sus componentes. Los principales contaminantes asociados a las acti-vidades de transformacin y separacin mecnica de los vehculos de desguace son de naturaleza orgnica (aceite, lquido de frenos, lubricantes, car-burantes y disolventes) e inorgnica (metales pesa-dos). Las actividades desarrolladas en los enclaves de desguace de vehculos que afectan ms directa-mente al suelo son las derivadas de la transforma-cin mecnica del automvil (liberacin de fluidos del vehculo y produccin de virutas y recortes de mecanizado), el posterior almacenamiento de sus productos que puede provocar la infiltracin de taladrinas y aceite de mecanizado, y la eliminacin de algunas fracciones del vehculo por combustin incontrolada (2). Las actividades pueden afectar no solamente al suelo sobre el que est ubicado el depsito, sino tambin al entorno circundante mediante dispersin de los subproductos originados en el mismo (3). El impacto ambiental provocado por esta fuente de contaminacin en el medio ambiente circundante est relacionado muy directa-mente con la respuesta del suelo ante dicha agre-sin, tal el es el caso especfico de la incidencia de metales pesados. El suelo puede ser considerado, dependiendo de sus caractersticas, una importante barrera geoqumica de los mismos, en virtud de diversos mecanismos de interaccin (adsorcin, precipitacin, intercambio inico...) con los compo-nentes ms reactivos del suelo (minerales de la arci-lla, xidos, hidrxidos y oxihidrxidos de hierro y manganeso, materia orgnica y carbonatos). El potencial txico de estos contaminantes y el posible impacto generado por los vehculos fuera de uso ha suscitado una preocupacin a nivel europeo, como se refleja en la Waste European Strategy 1996 y la Propuesta de directiva sobre vehculos fuera de uso, que tienen como principales objetivos asegurar la recuperacin y reutilizacin de los materiales de los automviles desechados y evitar o reducir el impacto ambiental derivado de la eliminacin de los materiales no reutilizables.

En el presente trabajo se evala el impacto de los principales contaminantes metlicos generados por un depsito de chatarra procedente de desguace de vehculos, a travs de la determinacin de los contenidos totales de cadmio, cromo, cobre, nquel, plomo y zinc, determinados por espectrometra de emisin con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-AES), en suelos y vegetacin natural del entorno del mismo. As mismo, se ha realizado un

estudio de las partculas slidas presentes en dichos suelos, como conseccunecia de dichas actividades contaminantes, mediante caracterizacin de las mis-mas por microscopa electrnica de barrido y anli-sis por energa dispersiva de rayos X (SEM-EDXRA).

2. PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

El rea de estudio se encuentra en la zona cir-cundante a un desguace de vehculos, en el polgo-no industrial de San Martn de la Vega (Madrid), ubicado sobre plataforma de hormign y rodeado por valla metlica. Los suelos se muestrearon en superficie (0-15 cm) siguiendo un trayecto longitu-dinal a intervalos regulares de 5 m desde el depsi-to hasta una distancia mxima de 30 m (muestras 1 a 7). As mismo se tom una muestra considerada control a unos 2 km del depsito, en una zona no sometida aparentemente a ninguna fuente contami-nante, y con las mismas caractersticas edficas. Se tomaron muestras de la vegetacin ms representa-tiva (vegetacin herbcea de la familia cruciferas) tanto en un punto prximo al depsito como en la zona considerada control, diferencindose para su estudio entre raz y parte area.

Las caractersticas fisicoqumicas de los suelos estudiados se determinaron por procedimientos pro-puestos por el Soil Conservation Service (4) y se llev a cabo sobre las muestras secas y pasadas por tamiz de 2 mm. Los xidos de hierro de diferente grado de cristalinidad se extrajeron siguiendo un procedimiento secuencial; los xidos de hierro amorfos se extrajeron utilizando una solucin 1 N de oxalato amnico tamponada con cido oxlico de pH 3,2 en oscuridad (5); a continuacin, los xi-dos de hierro de mayor grado de cristalinidad se extrajeron con soluciones de citrato sdico y bicar-bonato sdico 0,3 M, utilizando ditionito sdico como agente reductor (6).

Las muestras de suelos fueron puestas en solu-cin mediante digestin a reflujo con mezcla de cidos (HN03, H202 y HCl), segn procedimiento EPA (7), para la determinacin del contenido met-lico total. Las muestras de vegetacin se digirieron siguiendo metodologa de Munilla (8). Los reacti-vos utilizados en todos los procedimientos han sido de calidad Suprapur.

Para el estudio de partculas por la tcnica SEM-EDXRA se seleccionaron las muestras de suelo 1 y 7 (correspondientes a la ms prxima y a la ms alejada del depsito de chatarra) y en ellas se rea-liz un fraccionamiento sedimentolgico, median-te dispersin y centrifugacin, recogiendo la frac-cin arena, correspondiente a partculas con un di-metro entre 50 jxm y 2 mm. Dichas muestras fueron

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tratadas con H202 30 %, en bao de agua a 98 C, con objeto de eliminar la materia orgnica y, poste-riormente, con HC1 1 % para disolver los carbona-tos. A continuacin, se sometieron a separacin magntica segn metodologa propia de Mattigod y Ervin (9 y 10) y las fracciones as separadas fueron metalizadas con oro para hacerlas conductoras. La determinacin de los contenidos metlicos totales de las muestras de suelos y vegetacin se realiz por la tcnica de ICP-AES, con un equipo Jobin-Yvon JY-70 secuencial/multicanal. El estudio de partculas por SEM-EDXRA se realiz con un equi-po Philips 500. La precisin y la exactitud de los contenidos totales para las muestras de suelos y plantas se evaluaron con los materiales de referen-cia CRM SO-3 y CRM n 279, respectivamente. Los lmites de deteccin (L.D.) se obtuvieron expe-rimentalmente, definidos como la concentracin que proporciona una emisin igual a tres veces la producida por la desviacin estndar del ruido de fondo de un blanco.

3. RESULTADOS Y DISCUSIN 3.1. Muestras de suelos

Los suelos estudiados presentan pHs bsicos, de acuerdo con su naturaleza carbonatada; las conducti-vidades elctricas son bajas, lo que confirma el esca-so contenido en sales solubles. Los contenidos de materia orgnica son apreciables y, en algunas mues-tras, superiores al 10 %. El anlisis granulmetrico revel que la textura de estos suelos es franco areno-sa (11). El suelo control presenta propiedades edfi-cas similares a los suelos estudiados (3). Las mues-tras de suelo ms prximas al depsito presentan mayores contenidos en xidos de hierro, especial-mente amorfos, observndose una disminucin de estos contenidos con la distancia (Tabla I), si bien las muestras de suelos ms alejadas del depsito presen-tan niveles superiores que los del suelo control. La buena concordancia entre los resultados certificados y obtenidos para los Materiales de Referencia confir-man la bondad de la metodologa analtica empleada en este estudio (Tabla II). Los contenidos metlicos totales de las muestras de suelos cercanas al depsito son muy superiores a los del suelo control para todos los elementos estudiados, mostrando, asimismo, una tendencia de decrecimiento progresivo con la distan-cia al foco contaminante (Fig. 1). Todo ello podra indicar el origen humano de estos contenidos, debido a las actividades de transformacin de la chatarra realizadas en el depsito de vehculos de desguace. Los contenidos totales de cadmio, cromo, cobre, plomo y cinc determinados para los suelos ms pr-ximos al depsito de chatarra son muy superiores a los valores de concentracin lmite de metales pesa-

TABLA I.- Contenido de Fe203 cristalino y amorfo de los suelos afectados y del suelo control

TABLE L- Contents of crystalline and amorphous Fe203 ofthe affected and control soils

Suelo

1 2 3 4 5 6 7

control

Distancia (m) 0 5 10 15 20 25 30

2000

Fe703 Amorfos (%)

2,94 1,42 0,53 0,22 0,27 0,18 0,26 0,04

Fe203 Cristalinos (%)

0,53 0,21 0,24 0,25 0,23 0,22 0,23 0,14

TABLA II.- Composicin de los materiales de refe-rencia SO-3 y Ulva lactuca

TABLE IL- Composition of the reference materials SO-3 and Ulva lactuca

Elemento (fg g"1)

Cd

Cr

Cu

Ni

Pb

Zn

Valores certificados

(SO-3)

-

26 3

17 1

163

14 3

52 3

Valores experi-

mentales (SO-3)

-

24 2

181

14 3

14 1

51 1

Valores certificados

(Ulva lactuca)

0,274 0,022

9,7 0,9* 13,14

0,37 -

13,48 0,36

51,3 1,2

Valores experi-

mentales (Ulva

lactuca)

7, establecidos en la Directi-va Comunitaria 86/181. El examen por SEM-EDXRA revela la existencia de diversos tipos de par-tculas, cuya morfologa indica un origen no natural en el suelo. En la muestra 1 de suelos, entre las frac-ciones no atradas magnticamente, destacan las par-tculas de forma alargada y con gran cantidad de cavidades (Fig. 2a), que presenta una asociacin ele-mental de Al-Ca-Fe-Zn-Si-S. En la muestra 7 de sue-los, entre las fracciones separadas magnticamente, se observa una gran proporcin de partculas de forma esfrica (Fig. 2b), con morfologa tpica de cenizas volantes (10), cuya composicin cuantitativa por EDXRA indica la presencia mayoritaria de hie-rro asociado en menor proporcin a azufre.

Rev. Metal. Madrid, 34 (mayo), 1998 423

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2000 -1800 -1600-1400 -

O) 1200 -% 1000 -E 800-

600-400 -200-

0 -(

700 y 600 | 500 |

S 400 | I 300 |

200 | 100 | 0 4 0

2500

2000

w 1500

E 1000

500

0

Zn

I j 1 3 10 20

m

Cu

A

/ N t * v -" j 10 20

m

Pb

K K I ^~^~ f """ T " I

0 10 20

m

30

""

30

+ -4

30

10 H

8 -O)

fb 6 ' 4 -

2 0 -

Cd

^

\

\ \

\ ^ .

1

0 10

'300

250

200

% 150

100

50

0

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50 -

0, 4 0" 1. 30-E 20-10 -0-

c

m

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20

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20

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30

! ! i I i 1 i

I

i 30

30

FIG. 1. Contenidos de metales pesados de las muestras de suelos (m = distancia en metros al foco contaminante).

FIG. 1. Heavy metis conten of soil samples (m = distance in meters to the contaminant source).

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4.2. Muestras de vegetacin

Los contenidos de metales pesados de las mues-tras de vegetacin estudiadas muestran la existencia de importantes diferencias entre los contenidos de las plantas ubicadas en las proximidades al depsito de chatarra y las muestras control, siendo especial-mente significativas las diferencias entre las partes areas (Tabla III). Al comparar los valores recopila-dos en la bibliografa como contenidos medios de metales pesados en vegetacin (12 y 13) se constata un alto grado de contaminacin, en las partes areas de estas especies vegetales, para plomo, cadmio, cinc, cobre y cromo. En las races de las muestras prximas al depsito, los contenidos de metales pesados son muy inferiores respecto a las partes areas, asemejndose en cierto grado a los corres-pondientes a la raz de las muestras control. Los bajos contenidos observados en las races de estas plantas pueden explicarse en base a la elevada capacidad de retencin de metales pesados de estos suelos, debido a su naturaleza carbonatada, sus pHs bsicos, que provocan un incremento en el poder adsorbente de sus constituyentes de carga variable, entre los que destacan los xidos de hierro, tan abundantes en estos suelos. Por tanto parece confir-marse que en estos suelos, la biodisponibilidad de los metales pesados estudiados se ve muy reducida. Los bajos contenidos de metales en las races y ele-vados en las partes areas pueden ser justificadas por dos posibles vas: Por un lado, la absorcin de metales por las races, translocacin de los mismos dentro de la planta y posterior acumulacin en las partes areas, o bien mediante fijacin directa por deposicin de partculas contaminantes sobre las partes areas de las plantas, tras dispersin atmosf-rica.

No es posible establecer, con los datos de que se dispone, cul de estos u otros mecanismos posi-bles de acumulacin, de los metales pesados estu-diados, ha tenido lugar en estas plantas. Sin embar-go, como se ha comprobado en otras zonas sometidas a fuentes contaminantes semejantes (14-

TABLA IIL- Contenidos de metales pesados de la muestra de vegetacin afectada y de la control TABLE IIL- Contents ofheavy metis ofajfected and control vegetation samples

Parte analizada y

muestra

Raz afectada P. area afectada

Raz control P. area control

Cd (n-gg-1)

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18) parece probable que la deposicin atmosfrica directa de partculas contaminantes sobre la vegeta-cin en el entorno de la chatarrera pueda contribuir de forma significativa a la contaminacin de esta rea.

5. CONCLUSIONES

Como consecuencia de las actividades desarro-lladas en el enclave de almacenamiento de chatarra, se ha observado una importante elevacin de los contenidos totales de cadmio, cobre, cromo, nquel, plomo y cinc, principalmente cadmio, plomo y cinc, as como un incremento de los contenidos de los xidos de hierro de diferentes grados de cristali-nidad. Tanto los contenidos metlicos totales como los de xidos de hierro decrecen acusadamente con la distancia al depsito, de forma que incluso a una distancia de 30 m del enclave los suelos afectados muestran contenidos superiores a los del suelo con-trol.

La tendencia de distribucin semejante de los contenidos metlicos totales y de los de xidos de hierro, confirmara la existencia de una va de dis-persin mecnica mediante deposicin atmosfrica de las partculas metlicas, originadas por las acti-vidades propias del depsito, sobre los suelos cir-cundantes, como mecanismo de contaminacin. Este hecho puede ser confirmado por la presencia de partculas de naturaleza no mineral en los suelos afectados, en cuya composicin predomina el hierro asociado a otros metales, y en las que su morfologa parece indicar que su origen sea las actividades de combustin y desguace de la chatarra. Este meca-nismo de dispersin puede justificar el alto grado de contaminacin por plomo, cadmio, cinc, cobre, nquel y cromo en las partes areas de la vegetacin prximas al depsito de chatarra.

REFERENCIAS

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