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
2020;5(4):149-155.
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 Funes
1
, Hernán Santa Cruz
2
, Guillermo Blasón
2
, Héctor Raúl Zanoni
2
.
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.
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de arsénico y flúor en agua
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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, respectivamente
1
.
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 mundo
2
.
Particularmente, la contaminación de agua
provocada por As es un serio problema de salud
pública mundial, debido al poder carcinógeno y
neurotóxico del elemento
3
. La presencia de As en
el agua impacta negativamente sobre todo en las
regiones más pobres, afectando globalmente a más
de 226 millones de personas expuestas
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
México
2
.
Figura 1. Aguas subterráneas con elevadas
concentraciones de arsénico en una perspectiva global
2
.
En Argentina, las provincias más afectadas son
Córdoba, Santiago del Estero, Chaco, Salta,
Tucumán, Santa Fe y La Pampa, siendo las tres
primeras las provincias con las más altas
concentraciones de As (Figura 2)
2
.
Figura 2. Distribución de arsénico en la República
Argentina
2
.
Se pueden distinguir tres fuentes de As: la capa de
cenizas volcánicas del Holoceno, las trizas de
150
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vidrio volcánico dispersos en los sedimentos
loésicos y el resto de los sedimentos derivados de
rocas metamórficas y magmáticas ácidas. Dichas
fuentes pueden ser lixiviadas con la infiltración de
aguas de lluvias y de irrigación a través de la zona
no saturada, por las aguas subterráneas que
alcanzan temporalmente el nivel de la capa de
cenizas volcánicas, y por capilaridad hacia estos
mismos niveles
5
.
Al presente, puede estimarse que la población en
riesgo que habita en áreas con agua contaminada
con As en Argentina alcanza alrededor de 4
millones de personas
2
.
El As puede provocar una intoxicación aguda
cuando el individuo está expuesto a una dosis
elevada en 24 hs siendo los síntomas: náuseas,
vómitos, diarrea, efectos cardiovasculares y
encefalopatía. La dosis tóxica de As inorgánico en
el adulto es de 0,5 mg/Kg y la potencialmente
mortal de 2-3 mg/Kg, aunque existe una gran
variabilidad individual
6
.
Las concentraciones de As que se encuentran
naturalmente en las aguas subterráneas pueden
producir intoxicaciones crónicas, debido a la
ingesta durante períodos de tiempo prolongados
(años) de pequeñas cantidades de As a través del
agua y de alimentos cultivados o cocinados con esa
agua
2
. Los efectos sobre la salud debido a la
toxicidad crónica del As se consideran actualmente
dentro del término arsenicosis, patología que
incluye una serie de manifestaciones clínicas
causadas por la exposición prolongada a As. Estos
incluyen una variedad de problemas como cáncer
(piel, pulmón, vejiga, hígado, riñón y próstata),
enfermedades neurológicas al disminuir la
velocidad de conducción, gastrointestinales,
hematológicos al inhibir la hematopoyesis,
patologías perinatales y otras manifestaciones
clínicas, inmunológicas, efectos vasculares que
incluyen infarto de miocardio, hipertensión,
diabetes, aborto, bajo peso al nacer,
hiperqueratosis e hiperpigmentación. Además de
la polineuropatía por afección del sistema nervioso
periférico, hay fuerte evidencia de compromiso del
desarrollo neurocognitivo, afectando de manera
particular a niños, niñas y adolescentes, causando
disfunción cognitiva, incluido el aprendizaje y
déficits de memoria y trastornos del estado de
ánimo
7-9
. El engrosamiento palmoplantar, la
hiperqueratosis, el aumento de la pigmentación de
la piel y el desarrollo principalmente de cáncer de
piel, pulmón y vejiga, además de vincularse a otros
cánceres como de riñón, hígado y próstata, son los
problemas de salud más frecuentemente
reportados en la literatura
2,10-15
.
El Centro Internacional de Investigaciones sobre el
Cáncer (IARC) clasifica al As dentro del grupo IA
por las evidencias clínicas de su acción
carcinogénica
3
.
En Argentina, desde el comienzo del siglo XX, el
conjunto de síntomas y signos asociados al
consumo de agua o alimentos contaminados con
As ha sido denominado Hidroarsenicismo Crónico
Regional Endémico (HACRE). Está documentado
que hasta un 30% de los pacientes con HACRE en
Argentina podrían desarrollar cáncer,
especialmente de piel y órganos internos (hígado,
pulmones, vejiga, estómago y páncreas)
2,10-15
.
Debido a estas problemáticas de salud, en el año
2006 la Organización Mundial de la Salud (OMS)
redujo la concentración máxima permitida de As
en el agua potable a 10 μg/L (0,01 mg/L)
16
. Esta
regulación fue seguida rápidamente por la Agencia
de Protección Ambiental de los EE.UU. (US EPA)
que trajo aparejada una necesidad urgente para el
desarrollo de sensores de As y la mejora de los
sistemas de tratamiento de agua. En Argentina, en
el caso de regiones con suelos de alto contenido de
As, la autoridad sanitaria competente admite
valores mayores a 0,01 mg/L con un límite
máximo de 0,05 mg/L cuando la composición
normal del agua de la zona y la imposibilidad de
aplicar tecnologías de corrección lo hicieran
necesario; ello hasta contar con los resultados del
estudio “Hidroarsenicismo y Saneamiento Básico
en la República Argentina”
17
.
El As normalmente está acompañado por altas
concentraciones de F, dado su origen mineral, y
cuando éste supera 1 mg/L (dependiente al
consumo de agua, dada la temperatura ambiente de
la zona), deja de ser beneficioso para la salud,
siendo causante también de graves enfermedades,
como la fluorosis ósea, sobre todo para los niños
en sus primeros años de crecimiento
1
.
La fluorosis, puede afectar huesos y dientes. La
fluorosis esquelética aguda puede producir la
fluorosis invalidante con exceso de calcificación.
La fluorosis esquelética crónica los hace
quebradizos y a nivel dental puede producir una
hipoplasia del esmalte si se ingirió F durante el
período de formación del diente, dando un aspecto
moteado
18-19
.
El nivel recomendado por la OMS para F es ≤ 1,5
mg/L
16
. En el CAA las concentraciones máximas
para los F en el agua potable de suministro público
y uso domiciliario se fijan en función de la
temperatura promedio de la zona, teniendo en
cuenta el consumo diario del agua de bebida,
pudiendo variar desde 1,7 mg/L a temperaturas
medias anuales de 10-12 °C, hasta 0,8 mg/L a
temperaturas medias superiores a 26 °C.
Este estudio está vinculado con la localidad de San
José del Boquerón, que se ubica en la región norte
de la provincia de Santiago del Estero - Argentina,
sobre la ruta provincial 2, en el margen izquierdo
151
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del Río Salado. El ejido municipal de Boquerón
abarca un área aproximada de 60 por 60
kilómetros, con una población que se encuentra
distribuida en 96 caseríos, siendo 30 los más
importantes. Muchos de ellos están insertos en el
monte, sin acceso a los servicios básicos de agua
corriente, red eléctrica, etc. Estas comunidades
recurren al agua de pozo para consumo, siendo que
sus dos napas presentan altas concentraciones de
As y F. Debido a que la población en cuestión se
caracteriza por sus bajos recursos económicos y
además la zona es de difícil accesibilidad, los
habitantes se ven obligados a consumir agua de las
napas contaminadas sin posibilidad alguna de
tratamiento previo de potabilización. En este
contexto, resulta sumamente necesario encontrar
materiales de bajo costo que permitan la
eliminación de As y F de las diversas fuentes de
agua.
Las técnicas convencionales para remover As son
difíciles de poner en práctica en áreas sin sistemas
centralizados de energía y potabilización de agua,
sumado a los bajos recursos económicos y
generales de estas poblaciones.
Es por eso que en este estudio se propone
contribuir con la mitigación del HACRE y la
fluorosis mediante técnicas sencillas y de
materiales accesibles que permitan la eliminación
del As y F del agua para consumo. También es
claro que el sistema por sí sólo no va a solucionar
el problema, debiendo definir una estrategia de
implementación en cada comunidad, dentro de un
programa global de atención primaria, que incluya
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
sabor agradable, con una temperatura de 34 °C y
un pH alcalino de 8,5. No se observó la presencia
de hierro (Fe) naturalmente.
Fundamentos del Abatimiento del As y F
La eliminación del As por medio de técnica de
Hierro Cero-Valente es ampliamente conocida
2,16
.
Esta tecnología tiene como ventaja que es de fácil
implementación, de bajo costo y utiliza materiales
que son relativamente benignos para el medio
ambiente. Por medio de esta técnica el As se
remueve por adsorción o es co-precipitado,
ocurriendo ambos fenómenos en simultáneo
20
.
Por otro lado, la adsorción de F en carbón de hueso
también es conocido para el tratamiento de agua
para consumo debido a la alta eficiencia de
eliminación, la facilidad de operación y la
disponibilidad
21
. El carbón de hueso está
compuesto principalmente por hidroxiapatita,
material que posee una alta capacidad de adsorción
de F. Se plantean tres mecanismos posibles de
eliminación, intercambio de iones, precipitación e
interacción electrostática o una combinación de
estos mecanismos
21
.
Materiales del filtro
• 4 baldes plásticos de 20 L, 2 de ellos con tapa
• 1 Kg de clavos, de tipo obra
• arena gruesa
• carbón de hueso (caprinos, porcinos o vacunos) y
de leña (se obtiene una mezcla de ambos debido a
que se calcinan en parva a fuego directo)
• granza.
Reingeniería del dispositivo filtrante (Figura 3)
Figura 3. Reingeniería del dispositivo filtrante para la
remoción de arsénico y flúor. Las flechas rojas indican
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
4); los círculos pequeños rojos indican dónde se deben
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realizar los orificios con un clavo caliente y el círculo
rojo grande representa el hueco de 10 cm que se debe
hacer en una de las tapas.
Armado del filtro (Figura 4)
Figura 4. Pasos a seguir para el armado del filtro para la
eliminación de arsénico y flúor del agua para consumo
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
tanto la arena, los clavos y el carbón fueron
lavados con abundante agua en sus respectivos
contenedores (baldes de 20 L agujereados) previa
filtración.
Es importante destacar que el elemento filtrante
(complejo formado por los clavos y la arena),
quede sumergido en agua durante la vida útil del
mismo, para evitar la excesiva oxidación de los
clavos (Figura 5).
Análisis de Laboratorio
Las muestras fueron analizadas con los Kits de
tiras Quantofix y de reactivos Nanocolor
StandarTest para la determinación de As
3+/5+
y de
F
1-
, respectivamente (MACHEREY-NAGEL
GmbH & Co.KG). El Fe
3+
se midió en el
Laboratorio Central de la Universidad Católica de
Córdoba (APHA 3500Fe-D). Para la
determinación espectrofotométrica de F
1-
se utilizó
un equipo UV/Visible Perkin-Elmer Lambda 35
(Massachusetts, USA). La curva patrón se preparó́
utilizando una solución acuosa de NaF.
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.
Tabla 1. Resultados del contenido de arsénico y flúor
antes y después del filtrado.
El filtro se utilizó hasta 7 ciclos de 20 L de agua
(total 140 L) disminuyendo As y F a niveles
recomendados.
Con los clavos de hierro se disminuyó 5-10 veces
el contenido de As del agua de pozo, de 0,25 a
0,025-0,05 mg/L, y se obtuvieron los valores
aceptados actualmente en Argentina (0,05 mg/L)
17
aunque no los valores más exigentes
recomendados por OMS (0,01mg/L)
2
.
Con el carbón de hueso se disminuyó 3 veces el
contenido de F del agua de pozo, de 3,1 mg/L a
0,73-0,98 mg/L, y se obtuvieron los valores
recomendados por la OMS < 1,5 mg/L. Es
importante remarcar que dadas las altas
temperaturas medias que se registran en la zona y
la consecuente mayor ingesta de líquido, CAA
indica mantener dichas concentraciones de F por
debajo de 1 mg/L
16
.
En lo que respecta al Fe, tras el filtrado con clavos
de hierro (Tabla 1) se obtuvieron valores por
153
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debajo de lo recomendado por OMS (hasta 2 mg/L
teniendo en cuenta el 10% de la máxima ingesta
diaria; si bien CAA toma un valor < 0,3 mg/L por
cuestiones organolépticas y por manchar la ropa
lavada y los accesorios de fontanería)
16
.
Conclusión
Las muestras de agua de pozo analizadas en la
localidad de San José del Boquerón, Santiago del
Estero, y sus alrededores, presentan contenidos de
As y F superiores a los niveles aptos para el
consumo humanos según OMS. Esto implica un
riesgo de salud para la población que consume
dicha agua. Los valores iniciales de As y F
disminuyeron 5 y 3 veces, respectivamente, tras el
uso del filtro propuesto en este estudio. Esta
cuantificación motiva a continuar con el desarrollo
de dicho dispositivo y con su implementación
práctica para ayudar a mitigar la situación del agua
potable en Piruaj Bajo y otras comunidades como
ésta, que no tienen la necesidad básica cubierta, ni
un derecho humano gozado.
Se debe aclarar, sin embargo, que, si bien la técnica
resultó satisfactoria para la remoción de As y F en
el agua de esta zona estudiada, esto no indica que
el dispositivo pueda ser replicable con cualquier
matriz de agua. Es mandatorio hacer una prueba
con cada matriz de agua particular para corroborar
su funcionamiento, debido a la variabilidad de la
composición química de la misma.
La reducción del contenido de As usando clavos y
arena como dispositivo filtrante es apreciable,
llegando a valores del mismo por debajo a lo
establecido por las reglamentaciones vigentes de
agua para consumo humano. La eliminación
adicional de F a niveles aconsejados por la OMS,
por medio de carbón de hueso y leña, demuestran
utilidad del sistema. Más aún, el carbón permite
mejorar organolépticamente en producto final para
favorecer el nivel de aceptación de los usuarios. Es
de destacar la simpleza y economía del sistema
desarrollado.
Con el sistema propuesto se aspira lograr mitigar
el HACRE y la fluorosis promocionando de esa
manera la salud de distintas comunidades,
mejorando su calidad de vida y generando su
consecuente desarrollo social. Esto debe realizarse
tratando de no alterar significativamente las
costumbres de los habitantes afectados. Lo anterior
infiere también en la necesidad indiscutible de un
programa global de atención primaria y del
acompañamiento técnico en campo para la
implementación efectiva del sistema.
Se debe continuar con los análisis del dispositivo
para determinar su durabilidad y necesidad de
reemplazo de los elementos filtrantes, siendo por
el momento 140 L la capacidad analizada. Se cree
que mientras el óxido de hierro esté presente el As
será retenido, recomendando el cambio del
elemento filtrante una vez al mes, teniendo en
cuenta hasta dos filtraciones diarias de 20 L de
agua de pozo cada una.
La fijación del residuo de As y F del filtro podría
ser utilizado para la elaboración de ladrillos o
pastón de cemento para utilizar en fundación de
viviendas y así darle sustentabilidad al filtro para
guiar y replicar en otros proyectos de Salud
Pública.
Agradecimientos
Se agradece al Dr. Daniel E. Lerda. Facultad de
Ciencias de la Salud, Universidad Católica de
Córdoba, por su aporte durante la redacción del
artículo. De la misma forma, se gratifica la
colaboración del Dr. Ernesto Juaneda, Facultad de
Ciencias de la Salud, Universidad Católica de
Córdoba, y de la Dr. Marcela Ruiz-Funes,
Department of Foreign Languages, Georgia
Southern University, USA.
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