Estudio de la toxicidad en muestras de agua y sedimentos de la cuenca del Río San Pedro en el Estado de Aguascalientes, empleando pruebas de toxicidad :integración de estudios de campo y laboratorio

Abstract

En el presente trabajo de investigación se desarrolló la implementación de pruebas de toxicidad aguda a 48 h con elutriados de sedimentos y agua residual de descargas, así como con efluentes de algunas plantas de tratamiento de agua residual que tuvieron al Río San Pedro como cuerpo de agua receptor. Las pruebas de toxicidad aguda a 48 h se realizaron de manera comparativa empleando dos organismos diferentes: Daphnia magna y Lecane quadridentata. Se realizaron estas pruebas comparativas, ya que existe norma mexicana que establece el método de prueba con Daphnia magna, a pesar de que este organismo no se ha encontrado como habitante natural en cuerpos de agua superficiales en México y no existe norma que establezca el empleo de Lecane quadridentata como organismo para pruebas de toxicidad aguda, aunque este último es habitante natural de los cuerpos de agua dulce encontrados en el territorio mexicano. La mayoría de las descargas de agua residual que se vertieron en el río San Pedro en las épocas de sequía y lluvia del año 2006 generaron toxicidad aguda a 48 h sobre ambos organismos biomonitores, resultando en un mayor porcentaje de mortalidad sobre L. quadridentata. De las 72 descargas muestreadas, 70 dieron toxicidad aguda positiva en las pruebas realizadas con L. quadridentata en la época de sequía del año 2006, representando el 97.22 %. De manera similar, en la época de lluvia, 68 descargas originaron toxicidad aguda sobre L. quadridentata, representando el 94.44 % de los sitios. En las pruebas llevadas a cabo con D. magna, en época de sequía del año 2006, 62 descargas generaron toxicidad aguda, representando el 86.11 % de dichas descargas. Así mismo, cuando se empleó D. magna en época de lluvia, 56 descargas generaron efecto tóxico agudo sobre este organismo, siendo el 77.77 % de las descargas de agua residual hacia el río San Pedro. Los parámetros de campo monitoreados en 71 sitios descargas del Río San Pedro en la época de sequía del año 2005 mostraron un promedio de oxígeno disuelto de 0.953  1.225, pH de 7.57 0.73, temperatura del agua de 22.32 “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. ii 5.27 ºC, conductividad eléctrica de 1868.83  1191.51 μS/cm. En la época de lluvia estos parámetros fueron: oxígeno disuelto 1.161 1.131, pH 7.70 0.63, temperatura del agua 22.34 3.43 ºC y conductividad eléctrica 1452.41 732.25 μS/cm. Los parámetros fisicoquímicos registrados en este año 2005, para la época de sequía fueron: DBO5 598.20 2096.34 mg/L, DQO 1672.89 4431.00 mg/L, nitrógeno total 196.866 210.04 mg/L, fósforo total 20.40 21.07 mg/L; mientras que para la época de lluvia fueron: DBO5 448.43 1191.70 mg/L, DQO 1272.74 2645.99 mg/L, nitrógeno total 217.56 254.10 mg/L, fósforo total 79.39 210.27 mg/L. Algunos contaminantes que se registraron en la época de sequía fueron sustancias activas al azul de metileno 37.81 30.67 mg/L y anilinas 66.60 145.26 mg/L. Para la época de lluvia fueron sustancias activas al azul de metileno 34.06 27.21 y anilinas 43.91 47.08 mg/L. También para el año 2005 se registraron concentraciones de varios metales como aluminio, hierro, cromo, zinc, arsénico, mercurio, manganeso y cobre (6.77 27.53, 2.41 4.64, 0.099 0.534, 0.539 1.95, 0.013 0.012, 0.003 0.007, 0.210 0.586 y 0.077 0.256 mg/L respectivamente) para la época de sequía y (2.52 4.98, 1.41 1.53, 0.082 0.304, 0.182 0.171, 0.009 0.004, 0.002 0.002, 0.154 0.211 y 0.032 0.034 mg/L respectivamente) en la época de lluvia. Los sedimentos (elutriados) del río San Pedro generaron toxicidad sobre L. quadridentata en un 27.5 % de los casos, en la época de sequía del año 2006; mientras que en la misma época y año la toxicidad aguda generada sobre D. magna fue de un 2.5 %. En las pruebas correspondientes a la época de lluvia del año 2006, los sedimentos del río fueron tóxicos para L. quadridentata en un 22.5 % de los casos, mientras que la toxicidad aguda generada sobre D. magna fue de un 12.5 % (n=40). De los metales evaluados en los sedimentos de las descargas de agua residual en la época de lluvia del año 2006, la correlación más significativa que se encontró fue la de 0.64, p<0.05 siendo la establecida entre aluminio y cromo. Otra “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. iii correlación estadísticamente significativa fue la calculada entre aluminio e hierro con un valor de 0.50, p<0.05 y n=41. Se registraron las concentraciones de Al, Fe y Zn en 40 sitios de muestreo a lo largo del Río San Pedro en el estado de Aguascalientes, México en las épocas de sequía y lluvia de los años 2005 y 2006. Las concentraciones para aluminio fueron de ND (No Detectable) a 62.6 mg/L en la época de de sequía 2005, de ND a 5.85 mg/L en la época de lluvia 2005, de ND a 9.05 mg/L en la época de sequía del 2006 y de ND a 7.86 mg/L en la época de lluvia 2006. Las concentraciones encontradas para hierro, fueron de ND a 22.6 mg/L para la época de sequía del 2005, ND a 6.59 mg/L para la época de lluvia 2005, de ND a 9.42 mg/L para la época de sequía 2006 y ND a 10.5 mg/L para la época de lluvia 2006. Las concentraciones encontradas para cinc fueron de ND a 10.3 mg/L para la época de sequía 2005, de 0 a 0.72 mg/L para la época de lluvia 2005, de ND a 0.34 para la época de sequía 2006 y de ND a 4.3 mg/L para la época de lluvia 2006. El porcentaje de muestras de agua residual que excedieron los límites máximos permisibles para Al, Fe y Zn de acuerdo a la comparación realizada entre la concentración registrada para cada sitio muestreado y los límites permisibles que marcan para estos metales (0.05, 1.0 y 10.0 mg/L, respectivamente) los criterios ecológicos de calidad del agua mexicanos, para protección de la vida acuática, fue el siguiente: en la época de sequía del año 2005, los sitios que superaron el límite permisible de Al, Fe y Zn fueron 89.5, 55.3 y 2.6 %, respectivamente, mientras que en la época de lluvia de 2005, el porcentaje de sitios que superaron los límites permisibles fueron 36.8, 28.9, y 0 % para Al, Fe y Zn. En el año 2006, los sitios que superaron los límites permisibles en cuanto a concentración de Al, Fe y Zn en la época de sequía fueron 81.6, 23.7 y 0 %, respectivamente, en cambio en la época de lluvia los porcentajes fueron 71.0, 23.7 y 0 %, respectivamente para los metales mencionados. El Al fue el metal mas abundante en las descargas de agua residual (promedio = 4.028 mg/L, n = 40), seguido por el Fe (promedio 3.260, n = 40) y el Zn (promedio 0.570, n = 40). Con “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. iv respecto a la variación espacial, prácticamente todo el río y sus afluentes presentaron niveles altos de Al (muchos de ellos con valores superiores al límite máximo permisible) durante la época de sequía del año 2005. Los valores más altos se registraron en el sitio de muestreo CH-10. En el caso del Fe, las principales descargas con concentraciones altas de este metal, también vinieron del río Chicalote durante todo el año 2005. Las descargas con las concentraciones más altas de este metal fueron las descargas CH-10 y CH-15. Las mayores concentraciones de Zn provinieron de PIVA (CH-10). Mediante la realización de pruebas de toxicidad con Lecane quadridentata se encontró una concentración letal media para aluminio de 0.16 mg/L, para hierro fue de 0.54 mg/L y para cinc fue de 0.12 mg/L. Las normas de la FAO/UNESCO/WHO establecen que una concentración letal media menor a 1.0 mg/L se clasifica como “muy tóxica”. La CL50 encontrada en este trabajo para Al, Fe y Zn fue menor a 1.0 mg/L, por lo tanto es muy tóxica. La CL50 del Zn igual a 0.12 mg/L, hizo de este metal, el más tóxico para Lecane quadridentata. Se encontraron concentraciones elevadas de estos tres metales en el Río San Pedro en la época de sequía del año 2005, especialmente en descargas cercanas a zonas industriales. Estos tres metales fueron contaminantes importantes del río y los responsables de la mayoría de la toxicidad letal encontrada en las muestras ambientales. Se desarrolló una prueba de inhibición de esterasas para evaluar el efecto de tres metales (Al, Fe y Zn) sobre L. quadridentata. La concentración efectiva 50 (CE50) encontrada para aluminio, fue de 1.204 mg/L, para hierro fue de 1.265 mg/L y para cinc fue de 0.894 mg/L. Se emplearon bioensayos de toxicidad aguda a 48 h con D. magna y L. quadridentata para realizar una evaluación comparativa de la sensibilidad de estos organismos de prueba al ser expuestos a influentes y efluentes de las siete principales plantas de tratamiento de agua residual del estado de Aguascalientes, México, en las épocas de sequía y lluvia del año 2006. Dichas plantas de “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. v tratamiento procesaron volúmenes de 1948.0, 93.76, 85.22, 59.08, 52.60, 36.21 y 28.78 L/s. La Temperatura, pH, Cond., O.D, DQO, SST, SAAM, fenoles y grasas y aceites (G y A) se encontraron dentro de los límites permisibles en los influentes, mientras que DBO5, N total, STT y SDT presentaron valores superiores a los límites permisibles en efluentes en época de sequía. Los valores registrados de DBO5, N Total y SAAM fueron superiores a los límites permisibles en influentes en la época de lluvia, mientras que STT y SDT se encontraron por arriba de los límites permisibles en efluentes en esa misma época. En la época de sequía, se encontraron valores superiores a los límites máximos permisibles de Al, Fe, Zn, Mn, Cr, Hg y Pb en influentes y de Fe, Mn y Pb en efluentes. En época de lluvia se registraron valores superiores al límite permisible de Mn, Cr y Hg en influentes y de Mn en efluentes. Los resultados de las pruebas de toxicidad demostraron una mayor sensibilidad de L. quadridentata (89.3 % de las muestras dieron toxicidad positiva) hacia los influentes y efluentes totales de las plantas de tratamiento de agua residual monitoreadas. Se realizaron pruebas de toxicidad aguda a 48 h con D. magna. La concentración letal media se transformó a unidades de toxicidad aguda (UTa). Las UTa de los influentes variaron de 0.3 a 4.5 en la época de sequía. Es decir, en escala de ligeramente tóxicos a muy tóxicos en la época de sequía del año 2006. Por otra parte, los influentes fueron más homogéneos en cuanto a la toxicidad que presentaron, durante la época de lluvia. Las UTa se encontraron en un intervalo de 1.9 a 2.8 y se clasificaron de moderadamente tóxicos a tóxicos. Con respecto a los efluentes en la época de sequía y de lluvia, las UTa variaron desde 0.1 a 0.4 y fueron considerados como ligeramente tóxicos. En las pruebas de toxicidad aguda a 48 h realizadas con L. quadridentata se encontró que las UTa fluctuaron entre 2.0 y 8.3 en influentes durante la época de sequía del año 2006, los cuales fueron clasificados como tóxicos o muy tóxicos. En la época de lluvia las UTa de los influentes fueron desde 3.9 a 8.3, siendo un solo influente tóxico y la mayoría de ellos muy tóxicos. De hecho, el valor de 8.3 “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. vi UTa, fue el mayor valor de toxicidad encontrado en este estudio. Por otra parte, los efluentes en la época de sequía y lluvia fluctuaron de 1.6 a 2.6 UTa, siendo moderadamente tóxicos a tóxicos. En la época de sequía, el porcentaje de las UTa removidas para las siete plantas de tratamiento de agua residual fluctuaron de 59.1 % a 98.0 % cuando se realizaron pruebas de toxicidad empleando D. magna. El valor de toxicidad removida, empleando L. quadridentata, se mostró en un intervalo de 22.1% a 74.6 % en la misma época. En la época de lluvia, las UTa removidas estuvieron en un intervalo de 80.2 % a 93.9 % cuando se empleó D. magna, y de 49.3 % a 75.6 % en las pruebas de toxicidad con L. quadridentata. Se realizó la evaluación de la toxicidad de los influentes y efluentes de las siete principales plantas de tratamiento de agua residual del estado de Aguascalientes, antes y después de ser tratados con matrices de adsorción y de intercambio iónico, empleando L. quadridentata en la época de lluvia del año 2007. Los influentes de agua residual municipal y pluvial que ingresaron a las plantas de tratamiento estudiadas, fueron tratados con seis diferentes matrices antes de ingresar al proceso de tratamiento llevado a cabo en la planta. Las matrices empleadas disminuyeron la toxicidad de los influentes desde un 46.31 % (carbón activado) hasta un 81.61 % (IRA-420 y Zeolita). La mayor remoción de la toxicidad llevada a cabo por la amberlita IRA- 420, IRA-743, chelex-100, carboximetil celulosa, carbón activado y zeolita se observó en el influente de los Sauces con un 81.61 , 78.36, 79.08, 76.68, 79.08 y 61.00 % respectivamente. En los efluentes tratados en la época de sequía del año 2007, las matrices empleadas disminuyeron la toxicidad desde un 43.6 % (IRA-743) hasta un 89.68 % (IRA-420). La mayor remoción de la toxicidad llevada a cabo por la amberlita IRA- 420, IRA-743, chelex-100, carboximetil celulosa, carbón activado y zeolita fue de 89.68, 63.44, 78.67, 72.51, 81.04 y 83.96 % respectivamente. La zeolita fue la matriz que removió el mayor porcentaje de toxicidad en el influente de Rincón de Romos (72.22 %), el carbón activado y la zeolita en Pabellón (81.04 % en los dos casos), “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. vii IRA-420 en San Francisco de los Romo (67.2 %), la zeolita en Jesús María (83.96 %), IRA-420 en Los Sauces (89.68 %), la zeolita en Aguascalientes (77.65 %) y la zeolita en PIVA (65.4 %). El intervalo de remoción de la toxicidad en los influentes, llevado a cabo por la amberlita IRA-420 fue de 49.28 a 89.68 %, para amberlita IRA-743 fue de 43.6 % a 63.44 %, para chelex 100 fue de 51.61 a 78.67 %, para carboximetil celulosa fue 43.6 a 72.51 %, para carbón activado fue de 46.77 a 81.04 % y para Zeolita fue de 65.4 a 83.96 %, cuando se evaluó con el organismo de prueba L. quadridentata. En la época de sequía del año 2008, el intervalo de remoción de la toxicidad en los influentes, llevado a cabo por la amberlita IRA-420 fue de 41.98 a 89.07 %, para amberlita IRA-743 fue 36.64 a 86.39 %, para chelex-100 fue de 38.93 a 84.74 %, para carboximetil celulosa fue 31.67 a 85.15 %, para carbón activado fue de 39.31 a 88.24 % y para zeolita fue de 42.74 a 88.24 %, cuando se evaluó con el organismo de prueba L. quadridentata. Los efluentes de las plantas de tratamiento de agua residual, correspondientes a la época de sequía del año 2008 fueron tratados con las mismas matrices que para las muestras colectadas en la época de lluvia del año 2007, antes de ser vertidos al cuerpo de agua receptor (Río San Pedro). Las matrices empleadas disminuyeron la toxicidad de los efluentes desde un 18.13 % (celulosa) hasta un 81.92 % (zeolita). El intervalo de remoción de la toxicidad en los efluentes, llevado a cabo por la amberlita IRA-420 fue de 58.76 a 74.39 %, para amberlita IRA-743 fue 52.6 a 68.11 %, para chelex-100 fue de 59.24 a 77.1 %, para Carboximetil celulosa fue 18.13 a 75.3 %, para carbón activado fue de 62.55 a 81.92 % y para Zeolita fue de 36.27 a 81.92 %, cuando se evaluó con el organismo de prueba L. quadridentata. Las matrices removieron del 18.13 % al 81.92 % de las UTa. La carboximetil celulosa fue la matriz menos eficiente para remover la toxicidad del efluente de la planta Aguascalientes. La zeolita y el carbón activado fueron las matrices más eficientes, en este caso en la planta de tratamiento de agua residual de Rincón de Romos. “PRUEBAS DE TOXICIDAD EN EL RÍO SAN PEDRO” RESUMEN F . T.. G. viii Se propone el empleo de Lecane quadridentata para realizar pruebas confirmatorias de toxicidad aguda a 48 h, adicionales a la prueba de toxicidad aguda a 48 h establecida en la norma mexicana NMX-087-1995 que establece el método de prueba de toxicidad aguda con Daphnia magna.