CARACTERIZACIÓN QUÍMICA
DE LAS DEPOSICIONES ATMOSFÉRICAS
EN EL VALLE DE PUCHUNCAVÍ
Y
ANÁLISIS DEL POTENCIAL IMPACTO DE LA
CONTAMINACIÓN SOBRE TEJIDOS VEGETALES
Campaña 1. Período 2016 13 de abril al 11 de mayo de 2016
Prof. Dr. rer. nat. Francisco Cereceda Balic Director
Centro de Tecnologías Ambientales (CETAM) Laboratorio de Química Ambiental
Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM)
Valparaíso, Chile
Resumen
El estudio de los fenómenos de deposición atmosférica ya sea en forma lluvia, nieve, niebla o partículas, es relevante por los efectos adversos sobre los ecosistemas y la salud humana.
La producción de ácidos fuertes a partir de la presencia de gases atmosféricos como SOx y NOx son los principales causantes de la lluvia ácida, al ser
transformados en la atmósfera, hasta formar los respectivos ácidos, sulfúrico (H2SO4) y nítrico (HNO3). La deposición seca y la deposición húmeda son dos
mecanismos naturales que eliminan elementos y compuestos químicos contaminantes desde la atmósfera. La forma más simple de deposición seca es la caída de las partículas por gravedad hasta la superficie terrestre, este proceso se llama sedimentación y normalmente afecta a las partículas de tamaño mayor a 10 μm (MPS), por eso las partículas más grandes se encuentran siempre cerca de la fuente donde se producen.
El Valle de Puchuncaví ha sido por años una zona fuertemente afectada por emisiones atmosféricas provenientes de un importante complejo industrial donde se encuentran alrededor de 14 empresas de diferente rubro. Estas industrias emiten una serie de contaminantes hacia la atmósfera, destacándose entre otros: material particulado y gases inorgánicos como SOx y NOx (Báez et al., 2007) que
son importantes precursores de lluvia ácida.
En el presente informe se da cuenta de los resultados obtenidos durante la primera campaña de monitoreo del 2016, comprendida entre el 13 de abril y el 11 de mayo, cuya finalidad fue evaluar el impacto de la contaminación atmosférica generada en el sector por vía natural y/o antropogénica, y en este caso particular, aquélla debida a la actividad industrial permanente de la zona.
Se incluyen tanto los resultados de la caracterización física y química de las deposiciones atmosféricas (seca y húmeda) del valle de Puchuncaví, como los resultados de la determinación de elementos trazas en muestras de tejidos vegetales. Los sitios monitoreados corresponden a las localidades de La Greda, Los Maitenes, Puchuncaví y Valle Alegre. Además, se incluyó en el monitoreo de tejidos vegetales un Sitio Control, lugar ubicado camino a Colmo.
En resumen, la mayor cantidad de material particulado sedimentable (MPS) recolectado en la deposición total (DT) se observó en La Greda, con un flujo promedio de 1,27 (gm-2mes-1), y el menor flujo se presentó en la localidad de Puchuncaví con un valor de 0,69 (gm-2mes-1). En el caso de la conductividad eléctrica (CE) en DT, el mayor valor promedio de la campaña se registró en la localidad de La Greda (48,13 µScm-1) y el menor valor promedio, se registró en la localidad de Valle Alegre (39,63 µScm-1). En el caso de la CE registrada en deposición húmeda (DH), el mayor registro correspondió a la estación de Valle Alegre (66,1 µScm-1) y el menor en Los Maitenes (54,6 µScm-1). En el caso del pH en DT, los valores promedios registrados oscilaron entre 5,68 en Los Maitenes y
5,97 en Valle Alegre, lo que indica que no se presentaron eventos de deposición total de carácter ácido en la zona, ya que están por sobre el valor umbral de pH=5,6. En el caso particular del pH promedio en DH, fue de 5,28 en La Greda, 5,41 en Los Maitenes y de 5,51 en Valle Alegre, indicando la presencia de lluvia ácida durante este período de muestreo (pH<5,6). El estudio de los iones NO3- y
SO42- contenido en la DT, mostró que la mayor cantidad se registró en la localidad
de La Greda con 36,72 µEqL-1 para NO3- y 352,62 µEqL-1 para SO42-. Durante la
realización de esta campaña se presentaron 3 eventos de deposición húmeda y la mayor concentración promedio de NO3- se registró en Valle Alegre con 10,76
µEqL-1 y en el caso de SO42-, la mayor concentración se registró en La Greda con
82,25 µEqL-1. Los resultados obtenidos dan cuenta que durante la presente campaña la localidad más impactada por las emisiones del complejo industrial fue La Greda.
En muestras de tejidos vegetales, hojas de un año de Cupressus macrocarpa, se analizó la concentración de los elementos Ti, Al, K, Fe, Ca, Mn, Zn, As, Pb, Cr, Hg, Sr, Cu, Sb, Cd y S, la técnica utilizada para la identificación y cuantificación de estos elementos fue ICP-MS. A través de la utilización de herramientas estadísticas multivariadas aplicadas a muestras de tejidos vegetales se observaron 3 agrupamientos de elementos, que es concordante con las características del área de estudio evaluada. En el primer grupo se encuentran los elementos Ti, K, Al y Fe que se relacionan entre sí debido a su origen crustal o de la fracción mineral del suelo. Por otro lado, se agrupan Ca, Mn, Zn, As, Pb, Cr, Hg y Sr, es posible que, el origen de estos elementos provenga de diversas fuentes de contaminación antropogénica, por un lado, Ca, Mn y Zn pueden derivar de las emisiones de automóviles, además Zn y Ca se emiten como resultado del uso de aceite de motor y otra posibilidad es que los elementos de este grupo se originen como resultado de las fundiciones del complejo industrial. Finalmente, el tercer grupo, conformado por el Cu, Sb, Cd y S provienen posiblemente de la contaminación directa de la fundición de Cobre, ya que estos elementos presentan como característica común una alta correlación entre la distancia de la fuente y la concentración del elemento en las muestras de material vegetal. También se observó la presencia de Arsénico en todas las muestras de material vegetal, donde los sitios más próximos al complejo industrial registraron las mayores concentraciones.
INTRODUCCION
Descripción del Problema
El fenómeno de la deposición atmosférica ácida ya sea en la forma de lluvia, nieve, niebla o partículas, ha sido ampliamente estudiado durante los últimos años en diferentes sitios y lugares del mundo debido a su efecto adverso sobre los ecosistemas y la salud del ser humano.
La producción de ácidos fuertes a partir de la presencia de gases atmosféricos como SOx y NOx son los principales causantes de la lluvia ácida. Los óxidos de
azufre y de nitrógeno una vez formados son oxidados por radicales hidroxilos (OH -) con lentitud (horas o días-) en la atmósfera, hasta formar los respectivos ácidos, sulfúrico (H2SO4) y nítrico (HNO3), en una proporción de 2:1. Este fenómeno ha
sido identificado en muchas zonas del mundo y está asociado principalmente a los procesos industriales de alta temperatura tales como combustión de petróleo, gasolina y carbón; tostación y fundición de minerales; plantas de producción de cemento; generación de energía, entre otras. Por otro lado, estos tipos de procesos productivos de alta temperatura también se encuentran asociados a otro tipo de emisiones hacia la atmósfera, tales como los metales traza, que posteriormente son depositados en la superficie terrestre vía deposición húmeda (eventos de precipitaciones) y/o deposición seca (ver Figura 1).
La deposición seca y húmeda son dos mecanismos naturales que eliminan elementos y compuestos químicos contaminantes desde la atmósfera. Sin embargo, antes de que las partículas alcancen la superficie de la tierra por procesos naturales, su tamaño, concentración y composición química puede cambiar a través de diversos mecanismos. La deposición seca se define como el mecanismo en que las partículas pueden ser eliminadas desde la atmósfera cayendo sobre la superficie terrestre debido a su tamaño y masa, atraídos por la fuerza de gravedad, sin la intervención de los hidrometeoros (agua de lluvia, rocío, neblina, nieve, etc.). Mientras que la deposición húmeda se describe como la transferencia de partículas atmosféricas hacia la superficie terrestre asociadas a los hidrometeoros en la forma, por ejemplo, de gotas de agua de lluvia que favorecen su descenso y eliminación.
La forma más simple de deposición seca es la caída de las partículas por gravedad hasta la superficie terrestre, este proceso se llama sedimentación y normalmente afecta a las partículas de tamaño mayor a 10 μm y se denomina material particulado sedimentable (MPS), mientras que las partículas más pequeñas son capaces de mantenerse suspendidas en la atmósfera, por eso las partículas más grandes se encuentran siempre cerca de la fuente donde se producen.
Es importante mencionar que las nubes se forman gracias a la presencia de los aerosoles atmosféricos (pequeñas partículas que están suspendidas en una fase gaseosa y/o líquida), que actúan como núcleos de condensación formando las
pequeñas gotas iniciales del agua de lluvia, las cuales van creciendo por coalescencia hasta alcanzar un tamaño que las hace caer por su propio peso. De esta forma, la deposición húmeda se produce siempre que exista la presencia de agua atmosférica, ya sea en el interior de las nubes o por debajo de ellas y las mencionadas partículas o núcleos de condensación. La deposición húmeda constituye uno de los mecanismos más importantes y eficientes para la limpieza natural atmosférica, permitiendo la remoción de compuestos químicos contaminantes asociados tanto a gases como a partículas. Por ejemplo, en algunas zonas de Europa, entre el 20% y 30% de la deposición ácida total está asociada a la deposición húmeda. Estos estudios han establecido que el lavado por efecto del agua de lluvia es mucho más eficiente que el producido por los procesos de deposición seca (Rubio et al. 2001).
Figura 1. Proceso de formación del fenómeno de lluvia ácida y el impacto de la deposición
atmosférica (Deposición seca y húmeda), sobre los ecosistemas.
Para el caso de los metales trazas que son removidos desde la atmósfera mediante procesos de deposición seca y húmeda, este último proceso es más importante que el primero, sin embargo la proporción entre un proceso y otro depende además del tipo de elemento o contaminante, de una serie de factores como por ejemplo la cantidad de agua caída, dirección y velocidad de los vientos, características geográficas de la zona en estudio, distancia desde la fuente de emisión de contaminantes o elementos trazas, entre otros (Querol et al., 1998), y es por esta serie de factores que se hace fundamental el estudio de ambos tipos de deposición atmosférica.
Además, la importancia de caracterizar tanto la deposición seca y húmeda (la suma corresponde a la deposición total) reside en el hecho que los ecosistemas reciben la carga de contaminantes atmosféricos tanto por vía seca como húmeda, por lo tanto, para determinar de manera representativa el impacto de la contaminación atmosférica sobre el valle de Puchuncaví, el estudio de ambos tipos de deposición adquiere relevancia fundamental. Por ejemplo, estudios reportan que el Cl- se deposita en un 65% por vía húmeda y el 35% restante por vía deposición seca; mientras que un 37% del SO42- atmosférico se deposita por
vía húmeda y el 63% restante lo hace mediante deposición seca (Anatolaki et al., 2007). De esta manera, el análisis de la deposición húmeda y seca es esencial para la comprensión de las variaciones regionales y locales, ya que la deposición seca se relaciona generalmente con emisiones locales, mientras que la deposición húmeda refleja mejor el fenómeno de transporte de gases y partículas hacia lugares distantes, alejados de las zonas de emisión (Tsitouridou et al., 2007). En relación al fenómeno de la deposición ácida, ésta aumenta la acidez de las aguas de ríos y lagos, lo que se traduce en importantes daños y/o efectos sobre la flora y fauna acuática. También aumenta la acidez de los suelos, lo que trae consigo cambios en la composición debido principalmente a la lixiviación de nutrientes importantes para las plantas, tales como el calcio; además de metales tóxicos, tales como el aluminio, cadmio, níquel, manganeso, plomo, mercurio, los cuales de esta forma adquieren la capacidad de introducirse en los cuerpos de agua o ser absorbidos por los vegetales. Los efectos de esta mayor acidez en el suelo también producen un deterioro en los microorganismos del suelo, afectando fuertemente a la rizósfera y la base del equilibrio del suelo. La vegetación expuesta directamente a la lluvia ácida sufre además no sólo las consecuencias del deterioro del suelo, sino también un daño directo que puede llegar a ocasionar incluso la muerte de muchas especies. En estos fenómenos juega un rol muy importante la capacidad tampón que tenga el suelo, en otras palabras, la capacidad de neutralizar los iones H+ en solución acuosa, los cuales forman realmente los denominados iones hidronios (H3O+), que pudieran ser aportados
por la deposición (lluvia) ácida. En general los suelos alcalinos, o sea con presencias importantes de caliza (CaCO3), son capaces de neutralizar gran parte
de los iones hidronios que aporta la deposición ácida, por el contrario, suelos ácidos pobres en contenidos de caliza, estarán más propensos a sufrir los efectos adversos de la deposición ácida. De la misma forma, en aquellos lugares donde hay presencia de iones neutralizantes en el material particulado atmosférico, que dan cuenta de la presencia de carbonato (CO32-) en la atmósfera, como los contra
iones Ca2+, Na+, Mg2+ y NH4+, se puede esperar un efecto de neutralización
semejante al de los suelos básicos, producto esta vez de la neutralización directamente en la atmósfera, produciendo una disminución de la acidez de la lluvia y de la deposición seca y/o total, contrarrestando de esta manera los efectos negativos sobre los ecosistemas y el hombre. El origen (fuentes antropogénicas y/o naturales) y la forma en que estos iones neutralizantes se incorporan al material particulado (aerosol ácido) o directamente al agua de lluvia (u otros hidrometeoros), es algo que necesita ser estudiado en cada caso particular, ya
que no hay una única respuesta a esta pregunta. Finalmente, el grado de acidez resultante de la deposición atmosférica dependerá de todos estos factores concomitantes.
De esta forma, es importante realizar estudios que permitan caracterizar químicamente los aerosoles del agua lluvia (deposición húmeda) como también los aerosoles de la deposición seca para comprender los mecanismos antes descritos, esto con la finalidad de implementar modelos que permitan predecir el comportamiento de este fenómeno, permitiendo de esta forma la proyección de escenarios a mediano y largo plazo, y respecto de cuál será la evolución de la lluvia ácida en el valle de Puchuncaví en este caso concreto de estudio. Por otra parte, estos mismos modelos permitirán elaborar procedimientos de mitigación del fenómeno de lluvia ácida, transformándose en una poderosa herramienta de gestión ambiental, basada en el conocimiento científico actual y que permitiría mejorar las condiciones ambientales, y la calidad de vida de los habitantes de esta comuna.
Importancia de la deposición húmeda y seca en el Valle de Puchuncaví
Como se ha descrito antes, existen dos mecanismos naturales posibles para la remoción de elementos químicos contaminantes desde la atmósfera: la deposición seca y la deposición húmeda. Sin embargo y dado que antes de que las partículas alcancen la superficie de la tierra por procesos naturales, su tamaño, concentración y composición química puede cambiar a través de diversos mecanismos, por lo tanto, es necesario entender cuál es el rol de cada tipo de deposición atmosférica y cuál es el tipo de aporte, y las características de los contaminantes químicos que estas incorporan al ecosistema.
Por otro lado, y como se ha explicado, el impacto del fenómeno de la lluvia ácida, que está directamente asociado a la deposición húmeda, puede verse disminuido debido a la presencia de iones neutralizantes en la atmósfera como Na+, Ca2+ y Mg2+, por lo que se hace relevante el estudio del agua de lluvia en forma separada de la deposición seca, esto permitirá la implementación de procedimientos de mitigación del fenómeno de lluvia ácida que afecta actualmente al valle de Puchuncaví.
Biomonitoreo de hojas de Cupressus macrocarpa
Las plantas pueden acumular elementos trazas en sus hojas debido a su gran habilidad para adaptarse a las variabilidades químicas del medio ambiente, de esta manera las plantas se convierten en reservorios de elementos trazas del suelo, agua y atmosfera (Gonzales et al., 1996). Los contaminantes traza entran a los tejidos vegetales principalmente a través de los estomas y raíz, además pudiendo depositarse en la cutícula de las hojas (Rodriguez et al., 2015; Melati et
al., 2004). Los contaminantes pueden introducirse en las distintas vías metabólicas
de las plantas o almacenarse en forma de compuestos inactivos en células y membranas. Independiente de la forma en la cual se depositen estos
contaminantes, pueden afectar la composición química de la planta causando diversos daños tanto a nivel biológico como fisiológico (Melati et al., 2004). Es importante destacar, que la acumulación de elementos contaminantes en las plantas es un proceso dinámico, que depende de una serie de factores como los procesos metabólicos que ocurren en las plantas, condiciones ambientales, sitio, tiempo de exposición, estación del año, entre otras (Giertych et al., 1997).
Las hojas de algunas plantas, como las de Cupressus macrocarpa, se han utilizado como indicadores de contaminación por metales pesados, mostrando una positiva relación entre la deposición atmosférica de metales pesados y la concentración de estos elementos en las hojas (Rodríguez et al., 2015). Melati y
col. (2004) sugieren que los mecanismos de toxicidad en Cupressus sempervirens, se deben básicamente a la absorción de contaminantes desde el
material particulado a través de la interrupción de la cutícula y de los estomas, lo que conduce a la interferencia de la función enzimática, acción anti metabólica y formación de precipitados estables o quelatos con los metabolitos esenciales, lo que da lugar a una acción catalítica sobre la descomposición de metabolitos esenciales, alteraciones en la permeabilidad celular y sustitución en las células con elementos contaminantes. Además, en sitios con alta carga de contaminantes, se reportaron alteraciones morfológicas tanto en las hojas como en el polen de
Cuppressus sempervirens, observándose cambios morfológicos a nivel celular,
reportándose en los sitios contaminados la presencia de polen deforme y/o dividido, además de cutícula irregular en las hojas (Melati et al., 2004).
Estudios realizados por Rodríguez y col. (2015), muestran los cambios en la concentración de metales pesados, producto del impacto de 70 años de crecimiento en un sitio urbano, observándose en hojas de Cupressus macrocarpa un incremento en la concentración de Mg, Mn, Cd, Cr, Cu y Ni debido a la deposición atmosférica producto de la actividad antropogénica.
Características del lugar del estudio
El Valle de Puchuncaví ha sido por años una zona fuertemente afectada por emisiones atmosféricas provenientes de un importante complejo industrial donde se encuentran alrededor de 14 empresas de distinto rubro. Estas industrias emiten una serie de contaminantes hacia la atmósfera, destacándose: material particulado (PM), metales pesados, compuestos orgánicos y otros gases inorgánicos como SOx y NOx (Báez et al. 2007) que son importantes precursores de lluvia ácida, por
lo que su monitoreo y control se hace indispensable. Desde el punto de vista de los efectos y en particular el de la lluvia acida hay suficiente evidencia científica que demuestra el efecto nocivo de este fenómeno atmosférico sobre los materiales, la flora y fauna, los cultivos y los suelo (Menza y Seip, 2004).
Tanto el Municipio de la comuna de Puchuncaví como la comunidad en general están constantemente preocupados por conocer la situación ambiental y los efectos en la salud de la población de dicho sector. Los organismos del Estado como los servicios de Salud, Ministerio del Medio Ambiente (ex CONAMA), así
como también el Servicio Agrícola y Ganadero (SAG) están preocupados por los efectos de esta contaminación en el valle, en particular respecto a las actividades agrícolas, las cuales han sido progresivamente deterioradas a lo largo de los años, desde la instalación de la actividad industrial en la zona.
Con ello también se han deteriorado los recursos naturales como la flora, la fauna y el suelo del sector, esto justifica una preocupación preventiva permanente por parte de las autoridades del Estado. Considerando las expectativas de desarrollo y crecimiento del Polo Industrial de Puchuncaví-Ventanas, programadas para los próximos años, se hace necesario cuanto antes levantar una línea de base que considere los contaminantes más probables de encontrar, tanto en este momento (asociados a las industrias hoy día instaladas), como aquellos que posiblemente podrían ser emitidos en el futuro. La importancia en la obtención de esta información no solo reviste interés específicamente asociado a la protección y prevención de la Salud de la Población o del Medio Ambiente, sino que adicionalmente permitiría determinar futuras responsabilidades en las emisiones de contaminantes específicos, por lo que será de vital importancia para las industrias, tanto para planificar sus cargas ambientales y medidas de mitigación, como para la autorización de nuevas instalaciones industriales en una zona determinada. Por los motivos anteriormente expuestos, este proyecto pretende proporcionar una base de información útil y necesaria respecto de la calidad del aire de la zona de Puchuncaví-Ventanas, mediante la implementación de una red de monitoreo de deposición seca, húmeda utilizando algunas de las estaciones ya establecidas de las redes privadas de las empresas de la zona, así como otras, que se estimen necesarias para complementar la información que se desea recopilar.
De acuerdo a la resolución de calificación ambiental (RCA) 275 del 26 de febrero del año 2010, se realizó un monitoreo con el fin de evaluar el efecto y evolución de la lluvia ácida y su potencial impacto en los tejidos vegetales.
Los parámetros que se consideraron en el estudio fueron pH, conductividad y los iones nitrato y sulfato en deposición húmeda, seca, así como el análisis multielemental en tejidos vegetales.
Las mediciones se realizaron en las estaciones de La Greda, Puchuncaví, Los Maitenes, y Valle Alegre, instalándose un equipo colector de deposición total (CPDT) y uno de deposición húmeda (WOC). Adicionalmente se realizaron 2 campañas de recolección de muestras de tejido vegetal en torno a las estaciones de monitoreo antes señaladas, así como también en forma adicional en un Sitio Control, lugar alejado del complejo industrial Puchuncaví-Ventanas.
Las mediciones se realizaron con equipos y protocolos según lo descrito en la metodología del proyecto.
El monitoreo se realizó con una frecuencia de 2 veces durante el año de estudio y el periodo de colección de datos fue de 1 mes durante cada monitoreo, para
muestras de material particulado sedimentable y agua lluvia. Este monitoreo se realizó en forma semanal. En el caso particular de muestras de tejido vegetal la toma de muestras se realizó dentro del periodo del mes que se llevó a cabo el estudio.
Las variables ambientales a las cuales se les realizó seguimiento son las siguientes: flujo material particulado sedimentable (MPS o DT), pH, conductividad eléctrica (CE), concentración de NO3- y SO42- en deposición total (DT) y deposición
húmeda (DH) y elementos trazas en tejidos vegetales.
El seguimiento de las variables ambientales anteriormente mencionadas se realizó durante las fechas comprendidas entre 13 de abril y el día 11 de mayo del año 2016.
El seguimiento de las variables ambientales fue realizado por el Centro de Tecnologías Ambientales, CETAM, de la Universidad Técnica Federico Santa María, dirigido por el Profesor Dr. Francisco Cereceda Balic.
OBJETIVO GENERAL
Caracterización y estimación de la calidad química de las deposiciones atmosféricas (seca y húmeda) y análisis del potencial impacto de la contaminación sobre los tejidos vegetales en la especie Cupressus macrocarpa en algunas zonas rurales y urbanas del valle de Puchuncaví, para evaluar el impacto de la contaminación atmosférica generada en el sector por vía natural o antropogénica y en este último caso, aquélla derivada de la actividad industrial permanente de la zona.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Recolectar y caracterizar químicamente el material particulado sedimentable en estaciones de monitoreo seleccionadas de la red AES-Gener/Codelco ubicadas en el valle de Puchuncaví, utilizando metodologías reconocidas internacionalmente. • Recolectar y caracterizar químicamente el agua de lluvia en estaciones de monitoreo seleccionadas de la red AES-Gener/Codelco ubicadas en el valle de Puchuncaví, utilizando metodologías reconocidas internacionalmente.
• Caracterizar los elementos presentes en hojas de ciprés ubicados en las cercanías de las estaciones de monitoreo seleccionadas de la red AES-Gener/Codelco ubicadas en el valle de Puchuncaví
• Analizar el alcance y la magnitud del fenómeno de lluvia ácida en el sector estudiado.
• Analizar el impacto de la contaminación por elementos/metales sobre los tejidos vegetales en el sector estudiado, específicamente hojas de Cupressus
macrocarpa.
METODOLOGÍA DEL PROYECTO
A continuación, se detallan las actividades por etapas que conformaron la ejecución del proyecto:
ETAPA 1. Selección de los sitios de monitoreo
1.1 Definición de criterios para emplazamiento de los sistemas de recolección.
1.2 Visita y evaluación de los lugares seleccionados. 1.3 Selección de los puntos definitivos de muestreo.
ETAPA 2. Instalación de los colectores
2.1 Habilitación del espacio físico, seguridad y necesidades de energía eléctrica para la instalación de los distintos tipos de colectores.
2.2 Instalación de colectores de deposición total (DT) y húmeda (DH), según equipos normados y usados en la red “National Atmospheric Deposition Program/National Trends Network” (NADP/NTN), USA.
Etapa 3. Período de monitoreo
3.1 Definición de los 2 periodos de monitoreo (año 2016). 3.2 Preparación de los diversos tipos de colectores 3.3 Retiro y cambio periódico de los colectores
3.4 Traslado de colectores a laboratorios de la UTFSM.
Etapa 4. Determinación de pH, conductividad e iones (NO3- y SO42-) en
deposición total
4.1 Lavado de muestra en CPDT.
4.2 Medición de pH y conductividad en pre-extracción. 4.3 Gravimetría.
4.4 Extracción mediante microondas.
4.5 Medición de pH y conductividad post-extracción. 4.6 Filtrado y enrasado de muestras.
4.7 Análisis de muestras mediante cromatografía iónica.
Etapa 5. Determinación de pH, conductividad e iones (NO3- y SO42-) en
deposición húmeda
5.1 Medición de pH y conductividad en pre-lavado. 5.2 Lavado de muestra en WOC.
5.3 Gravimetría.
5.4 Extracción mediante microondas.
5.5 Medición de pH y conductividad post-extracción. 5.6 Filtración y enrasado de extractos.
5.7 Análisis de muestras mediante cromatografía iónica.
Etapa 6. Determinación de elementos trazas en muestras de tejido vegetal de Cupressus macrocarpa
6.1 Selección de los puntos de monitoreo. 6.2 Definición de los 2 periodos de muestreo. 6.3 Definición de los criterios de muestreo.
6.4 Determinación de elementos trazas en tejido vegetal, hojas de 1 año de
Cupressus macrocarpa. Etapa 7. Elaboración de informe
DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS DE LA METODOLOGIA
ETAPA 1. Selección de los sitios de monitoreo
1.1 Definición de criterios para emplazamiento del colector
La selección inicial de los lugares de muestreo se realizó basándose en una grilla de cuatro puntos trazada en un estudio de emisiones de SO2 en el valle de
Puchuncaví, posteriormente se tomaron en consideración criterios tales como:
Dirección del viento: la dirección del viento es un criterio esencial, por lo que los equipos se instalaron de forma que reciban el máximo de impacto de las emisiones en la dirección predominante del viento.
Carácter rural del sitio: El estudio pretende determinar el efecto de la contaminación atmosférica sobre los cultivos, flora de la zona afectada, por lo tanto, los puntos seleccionados incluyeron sitios de carácter rural.
Carácter urbano-industrial del sitio: El estudio pretende determinar también el efecto de la contaminación atmosférica en las cercanías a los sitios urbanos representativos del valle, por lo tanto, los puntos seleccionados incluyeron sitios de carácter urbano-industrial.
Representatividad de las estaciones: El estudio pretende determinar tanto los efectos de la contaminación atmosférica sobre ecosistemas naturales como de sectores urbanos cercanos a las instalaciones industriales del valle, por lo tanto, los puntos seleccionados fueron representativos de la realidad de los sitios de monitoreo.
1.2 Visita y evaluación de los lugares seleccionados
Una vez definidos los lugares se realizaron visitas a terreno para corroborar la factibilidad de la instalación de los colectores en los sitios seleccionados como factibles y así reunir más antecedentes para la toma de decisión.
1.3 Selección de los puntos de muestreo
Los sectores del valle de Puchuncaví que fueron utilizados para este monitoreo son los siguientes:
La Greda: Estación rural ubicada a 7 Km de Puchuncaví, 1.363 habitantes. Coordenadas geográficas de la estación de monitoreo en coordenadas UTM 268185 E 6373910 N, huso horario 19.
Puchuncaví: Lugar indicado como urbano-industrial, 2.800 habitantes y principal pueblo del valle. Coordenadas geográficas de la estación de monitoreo en coordenadas 274379 E 6377331 N, huso horario 19.
Los Maitenes: Estación rural ubicada a 9 Km de Puchuncaví, 168 habitantes. Coordenadas geográficas de la estación de monitoreo en coordenadas UTM 270073 E 6372171 N, huso horario 19.
Valle Alegre: Sitio supuestamente sin impacto ambiental aparente proveniente del complejo industrial que puede ser utilizado como referencia, situado a 10 Km de Puchuncaví, 266 habitantes. Coordenadas geográficas de la estación de monitoreo en coordenadas UTM 271889 E 6367413 N, huso horario 19.
Figura 2. Localización geográfica de las 4 estaciones de monitoreo en el valle de Puchuncaví y su
cercanía con el complejo industrial Ventanas.
ETAPA 2. Instalación de los colectores
2.1 Habilitación del espacio físico, seguridad y necesidades de energía eléctrica para la instalación de los colectores
Una vez seleccionados los lugares, se utilizaron las estaciones de monitoreo de la red de monitoreo de AES-Gener/Codelco que existen en los sitios seleccionados e instalación de los colectores CPDT y WOC; para esto se han considerado aquellas interferencias que pueden afectar las mediciones: altura, dirección del viento, presencia de árboles, murallas, etc. También se realizaron instalaciones eléctricas y otros aspectos de importancia para la seguridad de los colectores.
2.2 Instalación de colectores de deposición seca y húmeda
Luego de la definición de los sitios de muestreo se procedió a la instalación de dos colectores por punto de muestreo, 1 de deposición húmeda (WOC), excepto en la estación de Puchuncaví y 1 colector pasivos de deposición total (CPDT),
equipados con filtro de poliamida para el análisis de iones, pH, CE y gravimetría en material particulado sedimentable (DT).
Los instrumentos utilizados fueron colectores pasivos de deposición total (CPDT) y colector activo para deposición húmeda, ambos del tipo Forschungszentrum Jülich de procedencia alemana, modificados en el laboratorio de Química Ambiental de la UTFSM; éstos cumplen con especificaciones del “National Atmospheric Deposition Program/National Trends Network” (NADP/NTN), USA, y poseen las siguientes características (Figura 3):
Figura 3. Colector pasivo de deposición total (CPDT).
(1) Botella receptora de polietileno.
(2) Contenedor de polipropileno para filtro de teflón. (3) O-ring.
(4) Filtro de poliamida (0,45 µm diámetro de poro)
(5) Porta filtro de teflón de 40 mm de diámetro (0,5 mm de diámetro de poro).
(6) Adaptador de polipropileno.
(7) Filtro de teflón de 25 mm de diámetro (0,5 mm diámetro de poro).
(8) Anillo de polietileno.
(9) Embudo colector de polietileno de 115 cm de diámetro y 30 cm de altura.
ETAPA 3. Período de monitoreo
3.1 Definición de los períodos de monitoreo
Durante la campaña se realizó el monitoreo en las 4 estaciones antes descritas durante un período de 4 semanas en las estaciones del valle de Puchuncaví, con la finalidad de obtener información respecto a la situación actual de contaminación atmosférica del valle. En este caso se privilegiaron los meses de abril-mayo.
En cada caso se han analizado, pH, conductividad, iones (NO3- y SO42-) para cada
muestra recolectada por estación de monitoreo. Las muestras de deposición total se tomaron semanalmente los días miércoles, las muestras de deposición húmeda se tomaron en forma automática cada vez que se presentaron lluvias (el resto del tiempo el colector permanece cerrado para evitar la contaminación con la DT), recolectándose también los días miércoles al igual que las muestras de DT.
3.2 Preparación de los colectores CPDT y WOC
Para obtener óptimos resultados en los análisis de las muestras se debió seguir un estricto protocolo de preparación y lavado de los colectores antes de ser puestos en las respectivas estaciones. Inicialmente todas las partes del colector fueron dejadas en una solución de detergente libre de fosfato (Extran, Merck) por al menos 24 horas, posteriormente se enjuagaron con agua potable de manera abundante, y luego con agua milli-Q de calidad HPLC. Finalmente, el embudo colector se lavó con n-hexano (calidad HPLC, Fisher Sci.) y el resto de las partes con acetona (calidad HPLC, Fisher Sci.). El secado se realizó bajo campana de extracción. Al mismo tiempo, todos los filtros fueron acondicionados por 24 horas en una sala de balanza con temperatura y humedad relativa del aire controlado, donde fueron pesados en una balanza analítica digital de 0,01 mg de incerteza, que cuenta con eliminador de estática para evitar errores asociados a este fenómeno durante el pesado. Finalizado este proceso los colectores fueron debidamente identificados indicando el número de filtro, periodo de monitoreo y estación en la que fueron ubicados.
3.3 Retiro y cambio de colectores
Los implementos de monitoreo (colectores equipados con sus respectivos filtros) fueron reemplazados cada 7 días. Todos los materiales de muestreo fueron lavados con estrictos procedimientos explicados en el punto anterior antes de cada toma de muestra. Personal capacitado y dedicado a esta labor fue designado para llevar a cabo esta tarea oportunamente en cada estación de monitoreo, tanto para el monitoreo semanal como para el seguimiento de eventos específicos. Esta actividad requirió de una sincronización con las actividades de laboratorio, asociadas a los procedimientos de limpieza y pre-acondicionamiento de materiales de muestreo, destinadas a preparar el nuevo período de muestreo.
3.4 Traslado de colectores a laboratorios del CETAM-UTFSM
Una vez que los colectores fueron retirados de cada estación de monitoreo, éstos fueron tapados con película plástica para proteger la muestra de cualquier contaminante externo que ingrese por ejemplo al embudo colector y altere los
resultados. Finalmente, todas las muestras colectadas fueron trasladadas desde las estaciones de monitoreo hasta el Laboratorio de Química Ambiental del CETAM, ubicado en Valparaíso.
ETAPA 4. Determinación de pH y conductividad de la deposición total
4.1 Lavado de muestra en CPDT
Para que las muestras fueran representativas, el material de muestreo debió ser lavado cuidadosamente con 200 mL de agua milli-Q en forma de espiral, comenzando por el embudo colector, de esta forma las partículas adheridas en éste fueron arrastradas hacia el filtro. Luego se separó el embudo colector y el anillo de polietileno continuando este lavado, una vez escurrida toda el agua de lavado, se retiró el filtro de poliamida para estabilizarlo, ambientarlo en sala de temperatura y humedad controlada.
4.2 Medición de pH y conductividad en pre-extracción
A la solución de lavado obtenida se le midió el pH y la conductividad, posteriormente a solución se almacenó en envases de polietileno y se congelaron a -20°C. Cuando se encontró en el colector agua de lluvia se midió, sin previo tratamiento, pH y conductividad y luego de ser registrado se prosiguió con el lavado del colector. Posteriormente se midió nuevamente el pH y la conductividad a la muestra, después del lavado.
4.3 Gravimetría
El filtro con muestra se retiró del sistema de recolección después de la etapa de lavado y fue puesto en ambientación durante 24 horas, posteriormente se pesaron en una balanza analítica de 0,01 mg de incerteza equipada con sistemas de eliminación de estática, obteniendo así por diferencia gravimétrica el material particulado insoluble.
4.4 Extracción mediante microondas
Una vez pesado el filtro con el material particulado insoluble, éste se dispuso en un vaso de precipitado de 250 mL que contiene el agua de lavado del mismo filtro y se extrajo mediante la aplicación de calor por microondas durante 10 minutos aproximados, hasta ebullición. Finalmente, y después de esta extracción, las muestras se dejaron enfriar a temperatura ambiente.
4.5 Medición de pH y conductividad en post-extracción
Una vez extraído el filtro y a temperatura ambiente, se analizó el contenido de iones presentes en el extracto mediante cromatografía iónica, además se midió pH y conductividad (µScm-1) nuevamente.
4.6 Filtración y enrasado de extractos
Para el caso específico de la extracción del filtro, el material particulado presente y extraído en la etapa anterior, debe ser eliminado mediante ultrafiltración a vacío, utilizando sistemas especialmente diseñados para asegurar la calidad analítica del
proceso, evitando los procesos de contaminación intra-laboratorio y los efectos de memoria.
ETAPA 5. Determinación de pH y conductividad en la deposición húmeda
5.1 Medición de pH y conductividad en pre-lavado
Se midió el pH y la conductividad de la deposición húmeda recolectada previo a la etapa de lavado de la muestra, y en terreno, para lo cual, cada vez que se presentó muestra en el colector, su botella recolectora fue desmontada en terreno y se registró su pH y conductividad utilizando un equipo de medición de campo, posteriormente el colector fue nuevamente ensamblado para proceder a la etapa de lavado de muestra.
5.2 Lavado de muestra
Para que las muestras fueran representativas, el material de muestreo debió ser lavado cuidadosamente con agua milli-Q en forma de espiral, comenzando por el embudo colector, de esta forma las partículas adheridas en éste fueron arrastradas hacia el filtro.
5.3 Gravimetría
El filtro con muestra se retiró del sistema de recolección después de la etapa de lavado y fueron puestos en ambientación durante 24 horas, posteriormente se pesaron en una balanza analítica de 0,01 mg de incerteza equipada con sistemas de eliminación de estática, obteniendo así por diferencia gravimétrica el material particulado insoluble.
5.4 Extracción mediante microondas
Una vez pesado el filtro con el material particulado insoluble, éste se colocó en un vaso de precipitado de 250 mL que contiene el agua de lavado del mismo filtro y se extrajo mediante la aplicación de calor por microondas durante 10 minutos, hasta ebullición. Finalmente, y después de esta extracción, las muestras se dejaron enfriar a temperatura ambiente.
5.5 Medición de pH y conductividad en post-extracción
Una vez extraído el filtro y a temperatura ambiente, se registró el pH y la conductividad en los extractos nuevamente.
5.6 Filtración y enrasado de extractos
Para el caso específico de la extracción del filtro, el material particulado presente y extraído en la etapa anterior debe ser removido mediante ultrafiltración a vacío, utilizando sistemas especialmente diseñados para asegurar la calidad analítica del proceso, evitando los procesos de contaminación intra-laboratorio y los efectos de memoria.
Etapa 6. Determinación de elementos trazas en muestras de tejido vegetal de Cupressus macrocarpa
6.1 Selección de los puntos de muestreo:
Los puntos de muestreo para la recolección del material vegetal fueron los siguientes sectores del valle de Puchuncaví (Figura 4):
La Greda: Coordenadas geográficas UTM 268190 E, 6373904 N, huso horario 19, lugar de muestreo ubicado a 0,7 Km del complejo industrial (Figura 5).
Los Maitenes: Coordenadas geográficas UTM 268190 E, 6373904 N, huso horario 19, sitio de muestreo ubicado a 4 Km del complejo industrial (Figura 6).
Puchuncaví: Lugar indicado como urbano-industrial y principal poblado del
valle. Coordenadas geográficas UTM 274388 E, 6377375 N, huso horario 19, sitio de muestreo ubicado a 8,3 Km del complejo industrial (Figura 7).
Valle Alegre: Sitio supuestamente sin impacto ambiental aparente
proveniente del complejo industrial. Coordenadas geográficas UTM 271882 E, 6367394 N, huso horario 19, sitio de muestreo ubicado a 10,3 Km del complejo industrial (Figura 8).
Sitio Control: Área que al igual que Valle Alegre, no tiene impacto
ambiental aparente proveniente del complejo industrial, pudiendo ser utilizado como lugar de referencia. Para la elección del Sitio Control se realizó la evaluación de lugares que se encontraran en dirección opuesta a la pluma de contaminación del complejo industrial y alejado de fuentes directas de contaminación, llegando al lugar con coordenadas geográficas UTM 270726 E, 6362220 N, huso horario 19. Sitio de muestreo ubicado a 15,1 Km del complejo industrial (Figura 9).
Figura 4. Sitios de monitoreo de material vegetal, hojas de Cupressus macrocarpa.
Figura 6. Sitio de monitoreo Los Maitenes.
Figura 8. Sitio de monitoreo Valle Alegre.
6.2 Definición de los 2 periodos de muestreo
Se realizaron 2 muestreos de material vegetal durante el año 2016. Estos 2 muestreos representan diversos periodos vegetativos del árbol. El primero fue realizado el 12 de Abril de 2016 y corresponde al periodo vegetativo de crecimiento 2015. El segundo muestreo se realizó el 10 de Noviembre de 2016 y corresponde al periodo de crecimiento vegetativo 2016.
Además, estos 2 periodos de monitoreo representan en el árbol distintos momentos para la deposición de las partículas, antes de las lluvias (muestreo de Abril) en donde se ha acumulado la deposición atmosférica de todo el periodo estival, entre la primavera del 2015 y el verano 2016; y después de las lluvias (muestreo Noviembre), que corresponde a la acumulación de la deposición atmosférica de todo el periodo entre el otoño y el invierno del 2016, en donde el árbol ha sufrido sucesivos períodos de acumulación y limpieza (lavado por la lluvia) de la DT y DH, por lo que al final del período es muy factible que la carga de contaminantes presentes en el material vegetal sea menor que en el 1er período.
6.3 Toma de muestras
Para la toma de muestras, se eligieron árboles sanos y representativos del lugar, debido a que la presencia de hongos puede afectar la acumulación de algunos elementos e incrementar la concentración de material particulado sobre las hojas (Bertolotti y Gialanella, 2014). Las muestras de hojas se tomaron sólo del último crecimiento anual de los árboles, en esta especie el crecimiento anual es fácilmente observable debido a que presenta un color diferente (verde claro) respecto del crecimiento de años anteriores (Figura 10). Para esta esta labor, se utilizaron materiales no contaminantes como cuchillos de cerámica y guantes de nitrilo. Además, las muestras fueron almacenadas en bolsas de polietileno previamente limpiadas y tratadas con detergente libre de fosfatos (Extran, Merck) y lavadas exhaustivamente con agua milli Q para evitar la incorporación de elementos exógenos en las muestras.
Figura 10. Crecimiento anual de Cupressus macrocarpa.
6.4 Determinación de elementos trazas en muestras de tejido vegetal de Cupressus macrocarpa
Las muestras de tejidos vegetales una vez colectadas fueron almacenadas en envases de polietileno y congeladas a -20°C durante una semana. Luego, se liofilizaron utilizando el sistema de Labconco (Bulk Tray Dryers 7806030 y Freeze Dry System 7754031, MO, USA) durante 96 horas hasta alcanzar una presión constante de 0,002 mbar (Figura 11). Posteriormente, se disminuyó el tamaño de partícula de las hojas en un molino planetario de bolas de ágata (Retsch PM 100 CM, Alemania) (Figuras 12 y 13).
Para la determinación de la concentración de elementos trazas en las muestras de material vegetal, las muestras fueron previamente digeridas a través de microondas utilizando ácido nítrico y perclórico durante 15 minutos. Posteriormente, se llevó a cabo el análisis multielemental mediante Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS) en el equipo Agilent modelo 7900 (CA, USA) (Figura 14). Las condiciones de operación del equipo se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Condiciones de operación del ICP-MS.
Potencia RF (W) 1550
Palma Mode General Purpose
Omega Bias (V) -120
Omega lens (V) 9.3
Extract 2 (V) -245
Deflect Lens (V) 1.0
Energy discrimination (V) 5
Gas de Colisión (mL min-1) 5
Cell Entrance (V) -40
Figura 11. Liofilización de las muestras de Cupressus macrocarpa.
Figura 12. Molino Retsch PM 100 CM
(Alemania).
Figura 13. Molienda del material vegetal de Cupressus macrocarpa en el recipiente de
ágata.
Figura 14. Equipo ICP-MS (7900, Agilent, CA,
RESULTADOS OBTENIDOS
1. DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE LA DEPOSICIÓN TOTAL (DT)
La Tabla 2 muestra los valores de concentración de material particulado expresados en (gm-2mes-1) para DT campaña 1, realizada entre los días 13 de Abril y 11 de Mayo del año 2016.
Tabla 2. Flujo promedio de DT obtenido en cada estación de monitoreo en el Valle
de Puchuncaví durante campaña 1 del año 2016.
Flujo promedio de DT campaña 1, 2016 (gm-2 mes-1).
Estación Distancia desde del
complejo industrial Promedio (n=4)
Desviación
Estándar Mínimo Máximo
La Greda 1,7 Km (N) 1,27 0,47 0,66 1,78
Los Maitenes 2,4 Km (E) 0,76 0,37 0,45 1,26
Puchuncaví 8,3 Km (NE) 0,69 0,45 0,39 1,36
Valle Alegre 6,5 Km (SE) 1,11 0,99 0,25 2,06
En la Tabla 2 se observan los valores promedio de flujo para la DT. La estación de monitoreo de La Greda, presentó el mayor flujo de DT, seguida en orden decreciente por la estación de Valle Alegre, Los Maitenes, y finalmente. Puchuncaví. La menor cantidad de DT se registró en la estación de Puchuncaví, que es la más alejada del complejo industrial.
En la Figura 15 se observa la representación gráfica de lo expuesto en la Tabla 2 en donde se aprecia las diferencias en cantidad de MPS entre las distintas estaciones.
Figura 15. Flujo promedio de DT obtenidos en cada estación de monitoreo en el Valle de
Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre
gm
-2m
es
La variación semanal en el flujo de material particulado sedimentable sobre cada estación se presentan en la Tabla 3 y Figura 16. Se puede observar que, en la semana 1 de la campaña de monitoreo, el mayor flujo se presentó en la estación de Valle Alegre (1,88 gm-2mes-1), seguida en orden decreciente por La Greda (1,40 gm-2mes-1), Los Maitenes (0,52 gm-2mes-1) y Puchuncaví (0,49 gm-2mes-1). En la semana 2, el mayor flujo de MPS se registró en la estación de Los Maitenes (1,26 gm-2mes-1), seguida por la estación de La Greda (0,66 gm-2mes-1), Puchuncaví (0,50 gm-2mes-1) y Valle Alegre (gm-2mes-1). En la semana 3, el mayor flujo de MPS se presentó en la estación de La Greda (1,26 gm-2mes-1), seguida por Los Maitenes (0,45 gm-2mes-1), Puchuncaví (0,39 gm-2mes-1) y Valle Alegre [0,28 (gm-2mes-1). En la semana 4, el mayor flujo de MPS, nuevamente, se presentó en Valle Alegre (2,06 gm-2mes-1), seguida por la estación de La Greda (1,78 gm-2mes-1), Puchuncaví (1,36 gm-2mes-1) y finalmente Los Maitenes (0,81 gm-2 mes-1).
Tabla 3. Flujo semanal de DT obtenido en cada estación de monitoreo en el Valle
de Puchuncaví durante campaña 1 del año 2016.
Flujo semanal de DT campaña 1, 2016 (gm-2mes-1)
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre Observación
Semana 1 1,40 0,52 0,49 1,88 Lluvia
Semana 2 0,66 1,26 0,50 0,25 Lluvia
Semana 3 1,26 0,45 0,39 0,28 sin Lluvia
Semana 4 1,78 0,81 1,36 2,06 Lluvia
Figura 16. Flujo semanal de la DT obtenidos en cada estación de monitoreo en el Valle de
Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
La Greda Los Maintenes Puchuncaví Valle Alegre
gm
-2m
e
s
-1
2. DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA (CE)
2.1 Conductividad Eléctrica (CE) de la Deposición Total (DT)
La conductividad en solución acuosa se relaciona con la presencia de iones (aniones y cationes) capaces de transportar cargas eléctricas, por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración de iones presentes en solución, mayor será la conductividad (en un cierto rango de concentraciones). Una medida de la cantidad de contaminantes en la forma de iones de una determinada zona la representa la conductividad de las muestras de deposición atmosférica. Por ejemplo, la conductividad del agua pura (agua desionizada) presenta un valor de 0,055
Scm-1 mientras que la conductividad del agua de mar es de 52 mScm-1. La Tabla 3 señala los valores de conductividad promedio en Scm-1, desviación estándar y valores mínimos-máximos obtenidos de las muestras de DT de las estaciones de monitoreo evaluadas durante para la campaña 1, realizada entre 13 de Abril y 11 de Mayo del año 2016.
Los valores promedio registrados en la Tabla 4 y graficados en la Figura 17 muestran que la DT del valle de Puchuncaví es abundante en compuestos de naturaleza aniónica y catiónica, lo que no solo estaría asociado a la presencia de iones precursores de la lluvia ácida formados en la atmósfera por las emisiones provenientes de la alta actividad industrial, sino también por una suma carga local asociada, tanto a fuentes antropogénicas y/o naturales de la zona que, podrían jugar un papel fundamental en la generación (o neutralización) del fenómeno de lluvia ácida en el valle (Tsitouridou et al., 2007). En la campaña 1, destaca la mayor CE que presentó la estación de La Greda seguida en orden decreciente por la estación de Los Maitenes, luego por la estación de Puchuncaví y finalmente la estación Valle Alegre. Este resultado es concordante con la distancia de cada una de las estaciones estudiadas respecto del complejo industrial Codelco–AES Gener, siendo La Greda la estación más cercana, seguida de Los Maitenes, Puchuncaví y Valle Alegre.
Tabla 4. Valores promedio de conductividad obtenidos en las muestras de la DT
obtenidas en cada estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
CE promedio en DT campaña 1, 2016. [µScm-1]
Distancia desde del
complejo industrial Promedio (n=4)
Desviación
Estándar Mínimo Máximo
La Greda 1,7 Km (N) 48,13 30,23 28,5 93,2
Los Maitenes 2,4 Km (E) 44,47 36,38 21,8 98,5
Puchuncaví 8,3 Km (NE) 42,22 31,14 21,7 87,6
Figura 17. Valores promedio de conductividad (Scm-1) obtenidos en las muestras de la DT obtenidas en cada estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
La variación semanal de la CE en la DT se presenta en la Tabla 5 y la Figura 18. Se puede observar que en la semana 1, la mayor CE se registró en la estación de La Greda (35,20 µScm-1), seguida por la estación de Valle Alegre (32,9 µScm-1), Los Maitenes (24,0 µScm-1) y finalmente, Puchuncaví (22,1 µScm-1). En la semana 2, el mayor registro de CE se observó en la estación de Los Maitenes (98,5 µScm
-1
), seguida por la estación de La Greda (93,2 µScm-1), Puchuncaví (87,6 µScm-1) y finalmente Valle Alegre (57,7 µScm-1). En la semana 3 la mayor CE se registró en la estación de La Greda (28,5 µScm-1), seguida por la estación de Valle Alegre (26,2 µScm-1), finalmente Los Maitenes (21,8 µScm-1) y Puchuncaví (21,7 µScm-1). En la semana 4, el mayor registró fue en la estación de Valle Alegre (41,7 µScm-1), seguida por la estación de Puchuncaví (37,5 µScm-1), La Greda (35,6 µScm-1) y finalmente la estación de Los Maitenes (33,6 µScm-1). Destaca en la Figura 18, que la semana 2, presentó la mayor CE en todas las estaciones.
Tabla 5. CE semanal de la DT obtenido en cada estación de monitoreo en el Valle
de Puchuncaví durante campaña 1 del año 2016.
CE (µScm-1) semanal de la DT campaña 1, 2016
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre Observación
Semana 1 35,2 24,0 22,1 32,9 Lluvia
Semana 2 93,2 98,5 87,6 57,7 Lluvia
Semana 3 28,5 21,8 21,7 26,2 sin Lluvia
Semana 4 35,6 33,6 37,5 41,7 Lluvia 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre
µS/c
Figura 18. CE (Scm-1) semanal de la DT en cada estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
2.2 Conductividad Eléctrica (CE) de la Deposición Húmeda (DH)
Durante la realización de esta campaña se presentaron 3 eventos de deposición húmeda (DH), en las semanas correspondientes al 13 y 20 de Abril; y la semana correspondiente al 4 de Mayo. La Tabla 6 y la Figura 19 muestran los valores promedios obtenidos para la CE en DH, para las estaciones de La Greda, Los Maitenes y Valle Alegre, durante la realización de la campaña. Con respecto a los valores observados de CE en agua de lluvia, es decir, en la deposición húmeda, el mayor valor se registró en Valle Alegre, seguido en orden decreciente por la estación de La Greda y finalmente el menor valor se registró en la estación de Los Maitenes.
Tabla 6. Conductividad promedio (Scm-1) obtenidos en las muestras de DH obtenidas en cada estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
CE (µScm-1)en DH campaña 1, 2016.
Distancia desde del
complejo industrial Promedio (n=3)
Desviación
Estándar Mín. Máx.
La Greda 1,7 Km (N) 62,5 45,24 33,7 114,7
Los Maitenes 2,4 Km (E) 54,6 36,79 27,2 96,4
Valle Alegre 6,5 Km (SE) 66,1 45,77 36,7 118,8
0 20 40 60 80 100 120
La Greda Los Maintenes Puchuncaví Valle Alegre
C E en µ Sc m -1
Figura 19. Valores promedio de conductividad (Scm-1) obtenidos en las muestras de deposición húmeda DH, obtenidas en cada estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
La variación semanal de la CE en la DH se presenta en la Tabla 7 y Figura 20. Se puede observar que en la semana 1, la mayor CE se registró en la estación de Valle Alegre (118,8 Scm-1), seguida en orden decreciente de CE por la estación de La Greda (114,7 Scm-1) y finalmente Los Maitenes (96,4 Scm-1). Para la semana 2, la mayor CE se registró en la estación de Valle Alegre (36,7 Scm-1), seguida en orden decreciente de CE por la estación de La Greda (33,7 Scm-1) y finalmente Los Maitenes (27,2 Scm-1). En la semana 4, la mayor CE, se registró en la estación de Valle Alegre (42,7 Scm-1), seguida en orden decreciente de CE por la estación de Los Maitenes (40,2 Scm-1) y finalmente la estación de La Greda (39,2 Scm-1). Destaca en la Figura 20 que la semana 1, presentó la mayor CE en DH en las estaciones que cuentan con un sistema de colector activo de DH, (Wet Only Colector, WOC).
Tabla 7. CE semanal de la DH obtenido en cada estación de monitoreo en el Valle
de Puchuncaví durante campaña 1 del año 2016. (La semana 3 no se presenta debido a que no hubo evento de DH).
CE (µScm-1) semanal en DH campaña 1, 2016
La Greda Los Maitenes Valle Alegre Observación
Semana 1 114,7 96,4 118,8 Lluvia Semana 2 33,7 27,2 36,7 Lluvia Semana 4 39,2 40,2 42,7 Lluvia 0 20 40 60 80 100 120
La Greda Los Maitenes Valle Alegre
µSc
m
Figura 20. CE (Scm-1) semanal de la DH en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016. La semana 3 no se presenta debido a que no hubo evento de DH.
3. DETERMINACIÓN DE pH
3.1 Determinación de pH en Deposición Total (DT).
En la Tabla 8 se señalan los promedios de las mediciones de pH, desviaciones estándares, mínimos y máximos, de todas las muestras de DT correspondientes a las estaciones de monitoreo estudiadas durante la campaña 1 realizada en el año 2016.
Los valores promedio de pH para la DT, determinado para cada una de las estaciones de monitoreo se indican en la Tabla 8 y la Figura 21. Los resultados muestran, que en las estaciones de La Greda, Los Maitenes, Puchuncaví y Valle Alegre los valores promedio de pH son mayores al valor utilizado como referencia por la EPA para determinar la presencia de deposición (lluvia) ácida, es decir, pH < 5,6. Cabe mencionar, que a pesar el valor promedio de pH en las estaciones estudiadas, fue superior a 5,6, se presentaron episodios puntuales de deposición ácida en estas estaciones de monitoreo, tal como se puede aprecia al ver los valores mínimos registrados de pH en las estaciones de monitoreo antes mencionadas.
Tabla 8. Valores promedio de pH obtenidos en DT para cada estación de
monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
pH promedio en DT campaña 1, 2016.
Distancia desde del complejo industrial
Promedio (n=4)
Desviación
Estándar Mínimo Máximo
La Greda 1,7 Km (N) 5,87 0,51 5,17 6,35
Los Maitenes 2,4 Km (E) 5,68 0,33 5,32 6,09
Puchuncaví 8,3 Km (NE) 6,13 0,11 6,01 6,27
Valle Alegre 6,5 Km (SE) 5,97 0,17 5,75 6,15
0 20 40 60 80 100 120 140
La Greda Los Maitenes Valle Alegre
CE e n µS c m -1
Figura 21. Valores de pH promedio de las muestras de DT obtenidas en cada estación de
monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016. La línea de color rojo representa el límite de pH bajo el cual se considera a las precipitaciones de aguas lluvia como ácidas.
La variación semanal del pH de la DT se presenta en la Tabla 9 y Figura 22. En la semana 1, el pH más básico se registró en la estación de La Greda (6,35) seguido por la estación de Puchuncaví (6,11), Valle Alegre y finalmente Los Maitenes. La semana 2, el pH más básico se registró en la estación de Puchuncaví, seguido en orden decreciente de pH, por la estación de Valle Alegre (5,96), La Greda (5,87) finalmente Los Maitenes (5,78). En la semana 3, el pH más básico se observó en la estación de Puchuncaví (6,27), seguido por la estación de Valle Alegre y finalmente La Greda (6,09) y Los Maitenes (6,09) que presentan valores similares. En la semana 4, el pH más básico se registró en la estación de Valle Alegre, seguido, en orden decreciente de pH, por la estación de Puchuncaví (6,01), Los Maitenes y finalmente La Greda. Se puede observar, en la Figura 19 que, en la estación de Los Maitenes, hay semanas en que el pH se presenta bajo el límite de 5,6, considerado por la EPA para determinar eventos de precipitación ácida. Misma situación se presentó en la semana 4 en la estación de La Greda.
Tabla 9. Valores semanales de pH en la DT obtenidas en cada estación de
monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
pH semanal de la DT campaña 1, 2016
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre Observación
Semana 1 6,35 5,52 6,11 5,75 Lluvia
Semana 2 5,87 5,78 6,14 5,96 Lluvia
Semana 3 6,09 6,09 6,27 6,15 sin Lluvia
Semana 4 5,17 5,32 6,01 6,03 Lluvia 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre
pH
Figura 22. Valores de pH semanal de las muestras de DT obtenidas en cada estación de
monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016. La línea de color rojo representa el límite de pH bajo el cual se considera a las precipitaciones como ácidas.
3.2 Determinación de pH en Deposición Húmeda (DH).
Durante la realización de la campaña, se presentaron tres eventos de DH, los valores de pH registrados se presentan en la Tabla 10 y la Figura 23. En las tres estaciones en la cuales se cuentan con colectores activos de deposición húmeda, el valor promedio del pH estuvo por debajo del criterio establecido por la EPA de pH <5,6 para considerar las deposiciones como ácidas. Resultados que indicarían que el agua de lluvia se encontraría acidificada en la zona de estudio.
Tabla 10. Valores promedio de pH observado en las muestras de DH obtenidas en
cada estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016.
pH promedio en DH campaña 1, 2016.
Distancia desde del
complejo industrial Promedio (n=3)
Desviación
Estándar Mínimo Máximo
La Greda 1,7 Km (N) 5,28 0,37 5,03 5,71
Los Maitenes 2,4 Km (E) 5,41 0,22 5,19 5,62
Valle Alegre 6,5 Km (SE) 5,51 0,40 5,25 5,97
0 1 2 3 4 5 6 7
La Greda Los Maitenes Puchuncaví Valle Alegre
pH
Figura 23. Valores de pH promedio obtenidos en las muestras de deposición DH en cada estación
de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016. La línea de color rojo representa el límite de pH bajo el cual se considera a las precipitaciones de aguas lluvia como ácidas.
Al comparar los valores promedio de pH en DT y DH, se puede comprobar que, cuando el agua de lluvia se mezcla con el MPS, los valores de pH aumentan y tienden hacia la basicidad, neutralizando los iones de carácter ácido, como se aprecia en los valores de pH de la DT (Tabla 8).
La variación semanal del pH de la DH se presenta en la Tabla 11 y Figura 24. En la semana 1, el pH más básico se registró en la estación de Los Maitenes (5,41), seguida en orden decreciente de pH, por la estación de Valle Alegre y finalmente la estación de La Greda (5,03). En la semana 2, el pH más básico se registró en la estación de Valle Alegre (5,97), seguida en orden decreciente de pH por la estación de La Greda (5,71) y finalmente Los Maitenes (5,62). En la semana 4, el pH más básico se registró en la estación de Valle Alegre (5,31), seguida en orden decreciente de pH por la estación de Los Maitenes (5,19) y finalmente la estación de La Greda (5,11).
Se puede observar, en la Figura 24 que, en las semanas 1 y 4, de las estaciones estudiadas para la DH, La Greda, Los Maitenes y Valle Alegre, el pH se encontró bajo el límite de 5,6, considerado por la EPA para determinar eventos de precipitación ácida.
Tabla 11. Valores semanales de pH en las muestras de DH obtenidas en cada
estación de monitoreo en el Valle de Puchuncaví durante la campaña 1 del año 2016. (La semana 3 no se presenta debido a que no hubo evento de DH).
pH semanal de la DH campaña 1, 2016
La Greda Los Maitenes Valle Alegre Observación
Semana 1 5,03 5,41 5,25 Lluvia Semana 2 5,71 5,62 5,97 Lluvia Semana 4 5,11 5,19 5,31 Lluvia 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
La Greda Los Maitenes Valle Alegre
Figura 24. Valores de pH semanal de las muestras de DH de la campaña 1 del año 2016. La línea
de color rojo representa el límite de pH bajo el cual se considera a las precipitaciones como ácidas. La semana 3 no se presenta debido a que no hubo evento de DH.
4. DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE IONES NO3- y SO4
2-4.1 Determinación de la concentración de NO3- y SO42- en DT
La Tabla 12 muestran las concentraciones promedio de los aniones NO3- y SO4
2-en DT. En la pres2-ente campaña, para el caso de NO3-, la mayor concentración se
observó en la estación de La Greda seguida en orden decreciente por las estaciones de Valle Alegre, Puchuncaví y finalmente Los Maitenes. En el caso de SO42-, la mayor concentración se registró en la estación de La Greda seguido en
orden decreciente por las estaciones, Los Maitenes, Valle Alegre y finalmente por la estación de Puchuncaví. La mayor concentración de NO3- y SO42- registrada en
la estación de La Greda con respecto a las otras estaciones es congruente con la cercanía de la estación al complejo industrial. Las Figuras 25 y 26, representan en forma gráfica lo mencionado anteriormente.
Tabla 12. Concentración promedio de los aniones NO3- y SO42- en muestras de DT
del Valle de Puchuncaví-Ventanas. Campaña 1, 2016.
Concentración de aniones en la Deposición Total (µEqL-1) campaña 1 NO3 -SO4 2-Promedio (n=4) Desviación
Estándar Mínimo Máximo
Promedio (n=4)
Desviación
Estándar Mínimo Máximo La Greda 30,39 17,95 11,40 53,62 352,62 304,05 107,03 762,10 Los Maitenes 20,42 15,19 4,80 39,62 285,62 205,28 90,31 483,55 Puchuncaví 20,92 11,98 7,40 35,93 189,25 131,86 69,58 329,44 Valle Alegre 23,21 22,86 5,31 56,51 219,44 176,27 78,03 460,02 *SD= Desviación estándar 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2
La Greda Los Maitenes Valle Alegre
pH
