Investigadores buscan alternativas para purificar mantos acuíferos

En esta edición de Gaceta UAEH abordaremos el trabajo del Doctor en Ciencias de la Tierra, Julián Núñez Benítez, y su equipo de investigación quienes crearon un filtro natural para la remoción de arsénico en las aguas subterráneas del municipio de Zimapán.

El trabajo del investigador adscrito al Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales (AACTyM) del Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería (ICBI), de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH), se presentó durante la edición número 13 del Encuentro de Investigación realizado el 23 y 24 de septiembre bajo la modalidad virtual.

Descubrimiento del contenido de las aguas

Zimapán es un municipio enclavado en la Sierra Gorda hidalguense. Por su extensión territorial de 144 kilómetros cuadrados se posiciona como el municipio más grande de Hidalgo y se ha caracterizado por la actividad minera, debido a la alta presencia de zinc, plata, vanadio, plomo y fosfato en la tierra.

Sin embargo, en Zimapán existen altos niveles de arsénico (As) inorgánico de manera natural en las aguas subterráneas del municipio, las cuales alimentan a cinco pozos que suministran a 38 mil 516 habitantes, de acuerdo con el censo de población INEGI 2010.

Los límites permitidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) de este elemento semi metálico en el agua es de 0.010 miligramos por litro, mientras que la norma oficial mexicana marca una concentración de 0.025 miligramos por litro.

El problema del As fue detectado en 1992 mientras se realizaba un estudio sobre la presencia de la bacteria del cólera en la región. Las pruebas incluían un análisis químico de metales pesados, las cuales arrojaron altos niveles en los pozos y el agua potable que llegaba a los domicilios.

La investigadora María Aurora Armienta Hernández, quien en ese año trabajaba para el Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se encargó de realizar las investigaciones posteriores sobre la presencia del elemento en el sistema acuífero subterráneo de la zona.

De acuerdo con la OMS las principales de vías de intoxicación crónica de arsénico son a través del consumo o uso de agua contaminada, comida preparada y cultivos alimentarios regados con el elemento.

Los primeros síntomas de la prolongada exposición se observan generalmente en la piel con cambios de pigmentación, lesiones cutáneas, durezas y callosidades en las palmas de las manos y los pies.

Una larga exposición del elemento puede causar cáncer de piel, vejiga y pulmón; neurotoxicidad, enfermedades pulmonares y cardiovasculares; conjuntivitis, acrocianosis, hiperpigmentación e hipopigmentación, disfunción renal, polineuritis, diabetes, cambios hepáticos como cirrosis, hipertensión portal de origen no cirrótico, degeneración grasa y neoplasia hepática primaria.

A su vez, la ingesta de arsénico durante el embarazo desemboca en mortalidad infantil, el desarrollo cognitivo, bajo peso al nacer, la obstaculización de la función autoinmune y la modificación del genoma.

Creación de un filtro

Desde los primeros estudios en 1992, la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo ha realizado investigaciones sobre el impacto del arsénico en seres vivos y el desarrollo de métodos para la purificación de los mantos acuíferos, que permitan solucionar la problemática en la zona.

Las investigaciones de Julián Núñez Benítez, Julio Cesar Reyes de la Cruz y Misael Eduardo Cruz Sánchez buscan crear un filtro natural a bajo costo que permita la remoción del arsénico en las aguas subterráneas de Zimapán con la finalidad de hacerla apta para consumo humano.

Se estudiaron aproximadamente 30 puntos de agua (pozos profundos, manantiales, pozos tipo minoría y ríos), en los cuales se encontró niveles de As (arsénico) elevados en más del 56 por ciento del muestreo.

Uno de los pozos con más presencia del metaloide en Zimapán se encuentra en la comunidad del Muhi, el cual fue clausurado en 1996 tras hallarse la presencia de arsénico 40 veces arriba de lo permitido por las normas oficiales, sin embargo, fue hasta 2011 que se reabrió el pozo al instalarse una planta purificadora de agua que utiliza un sistema de floculación, con sales de hierro.

De acuerdo con notas periodísticas de medios nacionales, la planta no ha dado solución al problema del arsénico, debido a que la red de suministro lleva un largo tiempo impregnada con diversos metales pesados por lo cual se vuelve a contaminar el agua tratada, llegando a los hogares de los zimapenses en niveles poco óptimos para el consumo humano.

El equipo interinstitucional de la UAEH y la Universidad de Veracruz creó en los laboratorios de química del Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías un prototipo de filtro que buscan implementar en las comunidades de Zimapán.

Se implementaron arcillas provenientes del municipio de Pahuatlán en el estado de Puebla, debido a su característica de intercambio catiónico, absorción y filtración; tierras de diatomeas de la localidad de Loma Larga en Acatlán, Hidalgo, las cuales son utilizadas en filtros de aguas por su capacidad de absorber líquidos como aceites e hidrocarburos; también agrega carbón activado por su propiedad de atrapar químicos, líquidos, gases, metales pesados, proteínas, deshechos y toxinas; así como un material filtrante.

El prototipo está compuesto por dos válvulas de bola para el paso de agua, dos reducciones de campana, dos reducciones bushing, dos tapas con orificio en el centro y un tubo de PVC hidráulico con una ranura.

Para comprobar su eficacia, los investigadores recolectaron agua contaminada de la planta tratadora antes de pasar por el proceso de purificación; vertieron en el filtro cada dos horas en un promedio de dos litros de agua para que, mediante un proceso por gravedad, el líquido atravesara los diferentes materiales filtrantes utilizados.

Los análisis químicos en laboratorio arrojaron que antes del proceso la concentración de arsénico se encontraba en 0.935 miligramos por litro, tras el primer tratamiento se removió a 0.037 miligramos por litro, mientras que al realizar un segundo tratamiento se alcanzó 0.010 miligramos por litro, el limite aceptado que marcan las normas de salud.

“A comparación con otros filtros este es muy barato, ronda en un total de 150 pesos y los materiales se pueden recolectar en el campo”, declaró el investigador Benitez durante su participación en la 13 edición del Encuentro de Investigación en Ciencias de la Tierra y Materiales.

La siguiente fase del experimento es instalar en varios domicilios de Zimapán el prototipo para comprobar su efectividad en la práctica, donde intervienen otros factores como la presión hidráulica.

Estudios a la vegetación

Otro estudio emprendido por Julián Núñez Benítez y Misael Eduardo Cruz Sánchez, ambos adscritos al Área Académica de Ciencias de la Tierra y los Materiales, gira sobre la presencia de arsénico en hojas, frutos y suelo, donde crece el árbol de pirul en el transecto al río Tolimán.

Se recolectaron siete muestras de suelo y 19 de pirul que consistieron en cinco de frutos verdes, siete de hojas y siete de frutos maduros. Dicha recolección se realizó de plantas ubicadas en tres puntos encima, al pie de y distantes a las escombreras o jales de la actividad minera.

Las muestras fueron sometidas a análisis químicos en laboratorios de Ontario, Canadá y Barcelona, España, cuyos resultados arrojaron la presencia de 23 elementos en hojas verdes, frutos maduros y frutos verdes, así como en suelo, donde se destacan altos niveles en arsénico, plomo, cadmio, zinc, oro y plata.

De acuerdo con los estudios, la mayor concentración de As puede encontrarse en los suelos donde crecen los árboles, cuyo valor se encuentra en un rango de a 65.8 a 15 mil ppm, mientras que en los órganos hay una presencia de 0.9 y 200 ppm, excediendo los límites permitidos.

“Los análisis del pirul pueden se extrapolados a otras plantas dentro del ciclo de alimentación, donde se pueden determinar los niveles de contaminación y su efecto negativo en la salud de la población”, expuso el catedrático de la UAEH, quien sostiene que los fuertes vientos de la zona esparcen las partículas toxicas a zonas de cultivos.

El doctor Julián Núñez Benítez destacó los estudios sobre presencia de arsénico en hortalizas, árboles frutales y plantas medicinales, realizados por su colega, el investigador Francisco Prieto García, del Área Académica de Química, en los cuales arroja que plantas como la mazanilla, té limón, toronjil, rábano, chayote o chilacayote contienen índices considerables del elemento en tallos y pulpas, por lo cual su uso no es recomendable.