ARTICULO DE REVISION Rev. Methodo 2020;5(4):149-155

https://doi.org/10.22529/me.2020.5(4)06

Recibido 11 Mar. 2019 | Aceptado 28 Abr. 2020 |Publicado 05 Oct. 2020

Filtro de tecnología sencilla y bajo costo para remoción de arsénico y flúor en agua

Easy and low-cost technology filter for the removal of arsenic and fluoride from water

María S Juaneda Ruiz Funes1, Hernán Santa Cruz2, Guillermo Blasón2, Héctor Raúl Zanoni2.

1 Universidad Católica de Córdoba. Facultad de Ciencias de la Salud.

2 Universidad Católica de Córdoba. Facultad de Ingeniería Correspondencia: Hernán Santa Cruz. Universidad Católica de Córdoba. Facultad de Ingeniería. Córdoba. Argentina Email: miskiyacu.ing@ucc.edu.ar.

Resumen

La exposición crónica al arsénico (As) favorece el desarrollo de enfermedades como hidroarsenicismo o HACRE, hipertensión y cáncer, especialmente de piel, pulmón y vejiga. Asimismo, el flúor (F) produce fluorosis esquelética y dental.

Desde 2006 la Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda una concentración máxima de As en agua potable de 0,01 mg/L; mientras en Argentina el valor continúa en estudio, aceptando 0,05 mg/L (si bien el Código Alimentario Argentino (CAA) indica 0,01 mg/L). La concentración máxima de F

recomendada por la OMS es 1,5 mg/L; mientras CAA la regula según la temperatura media de la región.

Este trabajo se localiza en caseríos dispersos en el monte a los alrededores de San José de Boquerón (Santiago del Estero). La zona carece de servicios básicos como energía eléctrica o agua potable. Sus pobladores consumen agua de pozo contaminada con As y F.

Se busca proveer una solución, mediante el desarrollo e implementación de un filtro sustentable, con materiales económicos, que permita disminuir el contenido de As y F en agua para consumo.

El filtro propuesto consiste en 4 baldes plásticos de 20 L, 1 Kg de clavos, arena, carbón de hueso-leña y granza. Tras el filtrado del agua contaminada con este sistema, se cuantificaron concentraciones de: As entre 0,025-0,05 mg/L y F entre 0,73-0,98 mg/L, conteniendo inicialmente 0,25 y 3,1 mg/L, respectivamente. Así, se lograron tratar 140 L (en 7 batches) de agua apta para consumo. Se evidenció la necesidad de acompañamiento durante la implementación del dispositivo en la zona.

Palabras claves: arsénico, flúor, HACRE, fluorosis, agua potable, contaminación del agua.

Abstract

Chronic exposure to arsenic (As) favors the development of human diseases such as hydroarsenicism, hypertension and cancer, especially of the skin, lung and bladder. Likewise, fluorine (F) produces skeletal and dental fluorosis.

Since 2006 the World Health Organization (WHO) recommends a maximum concentration of As in drinking water of 0.01 mg/L, while in Argentina the value is still under study accepting 0.05 mg/L (although the Argentine Food Code (CAA) indicates 0.01 mg/L). The maximum concentration of F recommended by the WHO is 1.5 mg/L, while CAA regulates it according to the average temperature of the region.

Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

Jacinto Ríos 571 Bº Gral. Paz. X5004FXS. Córdoba. Argentina. Tel.: (54) 351 4517299 / Correo: methodo@ucc.edu.ar / Web: methodo.ucc.edu.ar | ARTICULO DE REVISION Rev. Methodo 149

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Data for this work was gathered from scattered farmhouses in the forest around San José de Boquerón (Santiago del Estero). The area lacks basic services such as electricity or drinking water. Its inhabitants consume well water contaminated with As and F.

The aim of this work is to provide a solution, through the development and implementation of a sustainable filter with inexpensive materials, that allows reducing As and F in drinking water.

The proposed filter consists of 4 plastic buckets of 20 L, 1 Kg of nails, sand, charcoal-wood and pebbles.

After filtering the contaminated water with the system, concentrations of: As between 0.025-0.05 mg/L and F between 0.73-0.98 mg/L, initially containing 0.25 and 3.1 mg/L, respectively, were quantified. Thus, it was possible to treat 140 L (in 7 batches) of water suitable for consumption. The need for accompaniment was evident during the implementation of the device in the area.

Key words: arsenic, fluorine, hydroarsenicism, fluorosis, drinking water, water contamination.

Introducción

La exposición ambiental al arsénico (As) y flúor (F) es un problema de salud pública ya que pueden producir

enfermedades

tales

como

hidroarsenicisimo y fluorosis, respectivamente1.

El As es uno de los contaminantes inorgánicos más tóxicos, presente fundamentalmente en agua subterránea, y detectado en una amplia escala de concentraciones

en

todo

el

mundo2.

Particularmente, la contaminación de agua Figura 1. Aguas subterráneas con elevadas concentraciones de arsénico en una perspectiva global2.

provocada por As es un serio problema de salud pública mundial, debido al poder carcinógeno y En Argentina, las provincias más afectadas son neurotóxico del elemento3. La presencia de As en Córdoba, Santiago del Estero, Chaco, Salta, el agua impacta negativamente sobre todo en las Tucumán, Santa Fe y La Pampa, siendo las tres regiones más pobres, afectando globalmente a más primeras las provincias con las más altas de 226 millones de personas expuestas2.

concentraciones de As (Figura 2)2.

La presencia de este elemento en las fuentes de agua suele asociarse con eventos naturales (ascenso de fluidos magmáticos e hidrotermales, emisiones volcánicas a la atmósfera, desorción y disolución de minerales con As durante la meteorización) aunque puede asociarse a eventos antropogénicos (uso de ciertos plaguicidas que contienen As, procesos metalúrgicos, combustión de combustibles fósiles, uso de preservantes de la madera -arseniato de cobre y cromo-, en industrias papeleras, o por la actividad minera)4.

Las concentraciones más altas de As y, consecuentemente, los problemas de salud más importantes en el mundo están localizados en Bangladesh, Nepal, Chile, China, Hungría, India, México, Rumania, Taiwán, Vietnam, EE.UU.

(Figura 1). En América Latina, el problema afecta al menos 14 países (Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Colombia, Cuba, Ecuador, El Salvador, Guatemala, Honduras, México, Nicaragua, Perú y Uruguay), y el número de personas expuestas podría estimarse en alrededor de 14 millones. Las áreas más críticas están en Argentina, Chile y México2.

Figura 2. Distribución de arsénico en la República Argentina2.

Se pueden distinguir tres fuentes de As: la capa de cenizas volcánicas del Holoceno, las trizas de Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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vidrio volcánico dispersos en los sedimentos por las evidencias clínicas de su acción loésicos y el resto de los sedimentos derivados de carcinogénica3.

rocas metamórficas y magmáticas ácidas. Dichas En Argentina, desde el comienzo del siglo XX, el fuentes pueden ser lixiviadas con la infiltración de conjunto de síntomas y signos asociados al aguas de lluvias y de irrigación a través de la zona consumo de agua o alimentos contaminados con no saturada, por las aguas subterráneas que As ha sido denominado Hidroarsenicismo Crónico alcanzan temporalmente el nivel de la capa de Regional Endémico (HACRE). Está documentado cenizas volcánicas, y por capilaridad hacia estos que hasta un 30% de los pacientes con HACRE en mismos niveles5.

Argentina

podrían

desarrollar

cáncer,

Al presente, puede estimarse que la población en especialmente de piel y órganos internos (hígado, riesgo que habita en áreas con agua contaminada pulmones, vejiga, estómago y páncreas)2,10-15.

con As en Argentina alcanza alrededor de 4

Debido a estas problemáticas de salud, en el año millones de personas2.

2006 la Organización Mundial de la Salud (OMS) El As puede provocar una intoxicación aguda redujo la concentración máxima permitida de As cuando el individuo está expuesto a una dosis en el agua potable a 10 μg/L (0,01 mg/L)16. Esta elevada en 24 hs siendo los síntomas: náuseas, regulación fue seguida rápidamente por la Agencia vómitos, diarrea, efectos cardiovasculares y de Protección Ambiental de los EE.UU. (US EPA) encefalopatía. La dosis tóxica de As inorgánico en que trajo aparejada una necesidad urgente para el el adulto es de 0,5 mg/Kg y la potencialmente desarrollo de sensores de As y la mejora de los mortal de 2-3 mg/Kg, aunque existe una gran sistemas de tratamiento de agua. En Argentina, en variabilidad individual6.

el caso de regiones con suelos de alto contenido de Las concentraciones de As que se encuentran As, la autoridad sanitaria competente admite naturalmente en las aguas subterráneas pueden valores mayores a 0,01 mg/L con un límite producir intoxicaciones crónicas, debido a la máximo de 0,05 mg/L cuando la composición ingesta durante períodos de tiempo prolongados normal del agua de la zona y la imposibilidad de (años) de pequeñas cantidades de As a través del aplicar tecnologías de corrección lo hicieran agua y de alimentos cultivados o cocinados con esa necesario; ello hasta contar con los resultados del agua2. Los efectos sobre la salud debido a la estudio “Hidroarsenicismo y Saneamiento Básico toxicidad crónica del As se consideran actualmente en la República Argentina”17.

dentro del término arsenicosis, patología que El As normalmente está acompañado por altas incluye una serie de manifestaciones clínicas concentraciones de F, dado su origen mineral, y causadas por la exposición prolongada a As. Estos cuando éste supera 1 mg/L (dependiente al incluyen una variedad de problemas como cáncer consumo de agua, dada la temperatura ambiente de (piel, pulmón, vejiga, hígado, riñón y próstata), la zona), deja de ser beneficioso para la salud, enfermedades neurológicas al disminuir la siendo causante también de graves enfermedades, velocidad de conducción, gastrointestinales, como la fluorosis ósea, sobre todo para los niños hematológicos al inhibir la hematopoyesis, en sus primeros años de crecimiento1.

patologías perinatales y otras manifestaciones La fluorosis, puede afectar huesos y dientes. La clínicas, inmunológicas, efectos vasculares que fluorosis esquelética aguda puede producir la incluyen infarto de miocardio, hipertensión, fluorosis invalidante con exceso de calcificación.

diabetes,

aborto,

bajo

peso

al

nacer,

La fluorosis esquelética crónica los hace hiperqueratosis e hiperpigmentación. Además de quebradizos y a nivel dental puede producir una la polineuropatía por afección del sistema nervioso hipoplasia del esmalte si se ingirió F durante el periférico, hay fuerte evidencia de compromiso del período de formación del diente, dando un aspecto desarrollo neurocognitivo, afectando de manera moteado18-19.

particular a niños, niñas y adolescentes, causando El nivel recomendado por la OMS para F es ≤ 1,5

disfunción cognitiva, incluido el aprendizaje y mg/L16. En el CAA las concentraciones máximas déficits de memoria y trastornos del estado de para los F en el agua potable de suministro público ánimo7-9. El engrosamiento palmoplantar, la y uso domiciliario se fijan en función de la hiperqueratosis, el aumento de la pigmentación de temperatura promedio de la zona, teniendo en la piel y el desarrollo principalmente de cáncer de cuenta el consumo diario del agua de bebida, piel, pulmón y vejiga, además de vincularse a otros pudiendo variar desde 1,7 mg/L a temperaturas cánceres como de riñón, hígado y próstata, son los medias anuales de 10-12 °C, hasta 0,8 mg/L a problemas

de

salud

más

frecuentemente

temperaturas medias superiores a 26 °C.

reportados en la literatura2,10-15.

Este estudio está vinculado con la localidad de San El Centro Internacional de Investigaciones sobre el José del Boquerón, que se ubica en la región norte Cáncer (IARC) clasifica al As dentro del grupo IA de la provincia de Santiago del Estero - Argentina, sobre la ruta provincial 2, en el margen izquierdo Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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del Río Salado. El ejido municipal de Boquerón Fundamentos del Abatimiento del As y F

abarca un área aproximada de 60 por 60

kilómetros, con una población que se encuentra La eliminación del As por medio de técnica de distribuida en 96 caseríos, siendo 30 los más Hierro Cero-Valente es ampliamente conocida2,16.

importantes. Muchos de ellos están insertos en el Esta tecnología tiene como ventaja que es de fácil monte, sin acceso a los servicios básicos de agua implementación, de bajo costo y utiliza materiales corriente, red eléctrica, etc. Estas comunidades que son relativamente benignos para el medio recurren al agua de pozo para consumo, siendo que ambiente. Por medio de esta técnica el As se sus dos napas presentan altas concentraciones de remueve por adsorción o es co-precipitado, As y F. Debido a que la población en cuestión se ocurriendo ambos fenómenos en simultáneo20.

caracteriza por sus bajos recursos económicos y Por otro lado, la adsorción de F en carbón de hueso además la zona es de difícil accesibilidad, los también es conocido para el tratamiento de agua habitantes se ven obligados a consumir agua de las para consumo debido a la alta eficiencia de napas contaminadas sin posibilidad alguna de eliminación, la facilidad de operación y la tratamiento previo de potabilización. En este disponibilidad21. El carbón de hueso está contexto, resulta sumamente necesario encontrar compuesto principalmente por hidroxiapatita, materiales de bajo costo que permitan la material que posee una alta capacidad de adsorción eliminación de As y F de las diversas fuentes de de F. Se plantean tres mecanismos posibles de agua.

eliminación, intercambio de iones, precipitación e Las técnicas convencionales para remover As son interacción electrostática o una combinación de difíciles de poner en práctica en áreas sin sistemas estos mecanismos21.

centralizados de energía y potabilización de agua, sumado a los bajos recursos económicos y Materiales del filtro

generales de estas poblaciones.

Es por eso que en este estudio se propone

• 4 baldes plásticos de 20 L, 2 de ellos con tapa contribuir con la mitigación del HACRE y la

• 1 Kg de clavos, de tipo obra

fluorosis mediante técnicas sencillas y de

• arena gruesa

materiales accesibles que permitan la eliminación

• carbón de hueso (caprinos, porcinos o vacunos) y del As y F del agua para consumo. También es de leña (se obtiene una mezcla de ambos debido a claro que el sistema por sí sólo no va a solucionar que se calcinan en parva a fuego directo) el problema, debiendo definir una estrategia de

• granza.

implementación en cada comunidad, dentro de un programa global de atención primaria, que incluya Reingeniería del dispositivo filtrante (Figura 3) la vigilancia ambiental, sanitaria y biológica, para

seguir el resultado de estas intervenciones.

El objetivo de esta investigación es implementar un filtro sustentable, realizado con materiales de bajo costo, para la remoción de As y F en el agua de consumo proveniente de pozo en las zonas rurales de San José del Boquerón, Santiago del Estero, Argentina.

Materiales y Métodos

Agua Cruda

Las muestras de agua se recolectaron directamente en la zona de San José del Boquerón, Santiago del Estero; puntualmente en el pozo semi-surgente de Piruaj Bajo (mayor caserío localizado monte adentro), que tiene una profundidad de 220 m, de donde extraen el agua para consumo sus

pobladores. El agua cruda presentó en boca de

pozo una apariencia límpida, inodora e incolora, de Figura 3. Reingeniería del dispositivo filtrante para la sabor agradable, con una temperatura de 34 °C y remoción de arsénico y flúor. Las flechas rojas indican un pH alcalino de 8,5. No se observó la presencia como se deben introducir o apoyar los tachos, unos dentro de otros (1 en 2 y 2 en 3) o uno sobre otro (3 sobre de hierro (Fe) naturalmente.

4); los círculos pequeños rojos indican dónde se deben Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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realizar los orificios con un clavo caliente y el círculo determinación espectrofotométrica de F1- se utilizó rojo grande representa el hueco de 10 cm que se debe un equipo UV/Visible Perkin-Elmer Lambda 35

hacer en una de las tapas.

(Massachusetts, USA). La curva patrón se preparó́

utilizando una solución acuosa de NaF.

Armado del filtro (Figura 4)

Figura 5. Complejo adsorbente formado entre la arena y los clavos, responsable de la eliminación efectiva del arsénico del agua surgente de la zona de San José de Boquerón.

Resultados

Los resultados del contenido de As y F antes del filtrado y post filtrado se muestran en la Tabla 1.

Figura 4. Pasos a seguir para el armado del filtro para la Tabla 1. Resultados del contenido de arsénico y flúor eliminación de arsénico y flúor del agua para consumo antes y después del filtrado.

humano.

Experimentos de Filtración

De la muestra de agua recolectada, se tomaron alícuotas de 20 L y se procedió a su filtración con el equipo desarrollado, analizando en estos casos solamente As, F y Fe. Las filtraciones fueron realizadas bajo condiciones ambientales de presión y temperatura; cabe aclarar que la aplicación del dispositivo se basa en la habilidad de un habitante de la zona afectada, siendo las condiciones de ensamblado y filtración muy simples. Los elementos filtrantes no fueron reemplazados en ningún momento durante los ciclos analizados y El filtro se utilizó hasta 7 ciclos de 20 L de agua tanto la arena, los clavos y el carbón fueron (total 140 L) disminuyendo As y F a niveles lavados con abundante agua en sus respectivos recomendados.

contenedores (baldes de 20 L agujereados) previa Con los clavos de hierro se disminuyó 5-10 veces filtración.

el contenido de As del agua de pozo, de 0,25 a Es importante destacar que el elemento filtrante 0,025-0,05 mg/L, y se obtuvieron los valores (complejo formado por los clavos y la arena), aceptados actualmente en Argentina (0,05 mg/L)17

quede sumergido en agua durante la vida útil del aunque

no

los

valores

más

exigentes

mismo, para evitar la excesiva oxidación de los recomendados por OMS (0,01mg/L)2.

clavos (Figura 5).

Con el carbón de hueso se disminuyó 3 veces el contenido de F del agua de pozo, de 3,1 mg/L a Análisis de Laboratorio

0,73-0,98 mg/L, y se obtuvieron los valores recomendados por la OMS < 1,5 mg/L. Es Las muestras fueron analizadas con los Kits de importante remarcar que dadas las altas tiras Quantofix y de reactivos Nanocolor temperaturas medias que se registran en la zona y StandarTest para la determinación de As3+/5+ y de la consecuente mayor ingesta de líquido, CAA F1-,

respectivamente

(MACHEREY-NAGEL

indica mantener dichas concentraciones de F por GmbH & Co.KG). El Fe3+ se midió en el debajo de 1 mg/L16.

Laboratorio Central de la Universidad Católica de En lo que respecta al Fe, tras el filtrado con clavos Córdoba

(APHA

3500Fe-D).

Para

la

de hierro (Tabla 1) se obtuvieron valores por Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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debajo de lo recomendado por OMS (hasta 2 mg/L

que mientras el óxido de hierro esté presente el As teniendo en cuenta el 10% de la máxima ingesta será retenido, recomendando el cambio del diaria; si bien CAA toma un valor < 0,3 mg/L por elemento filtrante una vez al mes, teniendo en cuestiones organolépticas y por manchar la ropa cuenta hasta dos filtraciones diarias de 20 L de lavada y los accesorios de fontanería) 16.

agua de pozo cada una.

La fijación del residuo de As y F del filtro podría ser utilizado para la elaboración de ladrillos o Conclusión

pastón de cemento para utilizar en fundación de viviendas y así darle sustentabilidad al filtro para Las muestras de agua de pozo analizadas en la guiar y replicar en otros proyectos de Salud localidad de San José del Boquerón, Santiago del Pública.

Estero, y sus alrededores, presentan contenidos de As y F superiores a los niveles aptos para el consumo humanos según OMS. Esto implica un Agradecimientos

riesgo de salud para la población que consume dicha agua. Los valores iniciales de As y F

Se agradece al Dr. Daniel E. Lerda. Facultad de disminuyeron 5 y 3 veces, respectivamente, tras el Ciencias de la Salud, Universidad Católica de uso del filtro propuesto en este estudio. Esta Córdoba, por su aporte durante la redacción del cuantificación motiva a continuar con el desarrollo artículo. De la misma forma, se gratifica la de dicho dispositivo y con su implementación colaboración del Dr. Ernesto Juaneda , Facultad de práctica para ayudar a mitigar la situación del agua Ciencias de la Salud, Universidad Católica de potable en Piruaj Bajo y otras comunidades como Córdoba, y de la Dr. Marcela Ruiz-Funes , ésta, que no tienen la necesidad básica cubierta, ni Department of Foreign Languages, Georgia un derecho humano gozado.

Southern University, USA.

Se debe aclarar, sin embargo, que, si bien la técnica resultó satisfactoria para la remoción de As y F en Bibliografía

el agua de esta zona estudiada, esto no indica que el dispositivo pueda ser replicable con cualquier 1. Osicka, RM, Agulló, NS, Herrera Aguad, CE, matriz de agua. Es mandatorio hacer una prueba Giménez

MC.

Evaluación

de

las

con cada matriz de agua particular para corroborar concentraciones de fluoruro y arsénico en las su funcionamiento, debido a la variabilidad de la aguas subterráneas del domo central de la composición química de la misma.

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