VARIACIONES EN LA CONCENTRACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS AROMÁTICOS EN AGUA RESIDUAL POR EFECTO DE DILUCIÓN

VARIACIONES EN LA CONCENTRACIÓN DE

COMPUESTOS ORGÁNICOS AROMÁTICOS EN AGUA

RESIDUAL POR EFECTO DE DILUCIÓN

Changes in the Concentration on Organic Aromatic Compounds in Wastewater by

Dilution Effect

Miguel Palomo Rodríguez

_{, Jesús Arcadio Muñoz Villalobos}

_Miguel

Ri-vera González

_{, Hilario Macías Rodríguez}

_{y Rodolfo Faz Contreras}

1_{Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias; Campo}

Experimen-tal La Laguna. Matamoros Coahuila.

2_{INIFAP-Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relación Agua Suelo Planta}

At-mósfera, Gómez Palacio Durango.

e-mail: palomo.miguel@inifap.gob.mx

RESUMEN

Los compuestos orgánicos aromáticos (BTEX) tienen como origen a los hidrocarburos y constitu-yen una forma de contaminación para los recursos del suelo y superficie del agua; casos de contami-nación por hidrocarburos aromáticos para el agua subterránea, se atribuyen a residuos industriales, basureros, fugas de depósitos subterráneos de al-macenamiento de combustibles, residuos comer-ciales y domésticos. El objetivo del presente estu-dio fue valorar el comportamiento de compuestos orgánicos aromáticos en agua residual y agua re-sidual mezclada por efecto de dilución a lo largo del DR-009. Fueron colectadas muestras de agua residual cruda y residual mezclada donde progre-sivamente se incorporan pozos de bombeo pro-fundo y agua del Río Bravo. Fueron determinados doce compuestos orgánicos aromáticos (BTEX). La mayor presencia de compuestos orgánicos aro-máticos en agua residual cruda, fue para o-Xileno y Estireno seguidos por m-Xileno y p-Xileno. Un se-gundo grupo de importancia relativa para agua re-sidual cruda corresponde para Benceno, Tolueno, Clorobenceno, Etilbenceno, así como Dicloroben-ceno en las modalidades 1,3-1,4 y 1,2 respectiva-mente. Se encontraron dos grupos de compuestos orgánicos que tienen un mismo comportamiento o presencia, tal como ocurre con m-Xileno y

p-Xile-no; de igual manera se agruparon o-Xileno y Esti-reno ya que se presentaron de manera similar en la frecuencia de resultados. Para las concentracio-nes de m-Xileno y p-Xileno menores a 200 ppb, se observa una tendencia decreciente en las concen-traciones hacia el final del DR-009. Las concentra-ciones de m-Xileno y p-Xileno menores a 100, 40 y 20 ppb, registran una continuidad decreciente en las concentraciones hacia la parte final del Distrito. Se conformó un grupo de compuestos orgánicos con menores concentraciones y que presentan el mismo comportamiento, como corresponde para m-Xileno, p-Xileno, Benceno, Clorobenceno, Etil-benceno, Tolueno, los cuales presentan un efecto de dilución a lo largo de las localidades que confor-man el área de estudio.

Palabras clave: Contaminación, calidad del

agua, BTEX.

SUMMARY

The aromatic organic compounds (BTEX) have as a source to hydrocarbons and constitute a form of pollution to soil and surface water resour-ces; cases of pollution by aromatic hydrocarbons in groundwater, are attributed to industrial waste dumps, leaks from underground fuel storage tanks, commercial and domestic waste. The objective of

this study was to evaluate the behavior of aroma-tic organic compounds in waste water and sewage mixed by dilution effect along the DR-009. Sam-ples of raw residual and mixed residual wastewater were collected where progressively deep pumping wells and water from the Bravo River are incorpora-ted. Twelve aromatic organic compounds (BTEX) were determined. The increased presence of aro-matic organic compounds in raw wastewater was for o-xylene and styrene followed by m-xylene and p-xylene. A second group of relative importance for raw material corresponds to benzene, toluene, chlorobenzene, ethylbenzene and Dichloroben-zene in forms 1.3-1.4 and 1.2 respectively. Two groups of organic compounds having the same behavior or presence were found, such as with m-xylene and p-xylene; similarly they were pooled o-xylene and styrene which behaved as similarly in the frequency results. For concentrations of m-xylene and p-m-xylene under 200 ppb, a decreasing trend was observed in concentrations towards the end of DR-009. The concentrations of m-xylene and p-xylene less than 100, 40 and 20 ppb, regis-ter a decreasing continuity in the concentrations towards the end of the District. A group of organic compounds are formed with lower concentrations and that exhibit the same behavior, as corresponds to m-xylene, p-xylene, benzene, chlorobenzene, ethylbenzene, toluene, which have a dilution effect along the localities located at the study area.

Keywords: Pollution, water quality, BTEX.

INTRODUCCIÓN

La contaminación del suelo, agua y aire por diversos compuestos químicos tóxicos constituye un problema en el mundo; actualmente la EPA cataloga como peligrosos al benceno, tolueno, etil-benceno y xileno (BTEX), según lo señalado por Hamman (2004); los hidrocarburos aromáticos (BTEX) son usados como solventes industriales y constituyen cerca del 30 por ciento de las gasolinas comerciales (Acuña et al., 2000), donde una gran proporción corresponde a tolueno. Adicionalmente

los BTEX más comunes se encuentran presentes en sitios contaminados con petróleo; los depósitos subterráneos, los sitios de producción y los derra-mes accidentales de petróleo son la fuente más importante de la contaminación de suelo y agua subterránea. Estos compuestos se incluyen en la lista de contaminantes regulados por la USEPA, dentro de los estándares de agua potable para consumo humano (Acuña-Askar et al., 2008).

Los compuestos orgánicos aromáticos cons-tituyen una forma de contaminación para los re-cursos del suelo y superficie del agua; casos de contaminación por hidrocarburos aromáticos para el agua subterránea, se atribuyen a residuos in-dustriales, vertederos o basureros, fugas de de-pósitos subterráneos de almacenamiento de com-bustibles, residuos comerciales y domésticos, sin embargo en algunos casos obedece a desagües ilegales que se incorporan a los sistemas de alcan-tarillado (APHA-AWWA-WPCF, 1992). Los BTEX son parcialmente solubles en agua, además en aguas residuales, salinas, campos petroleros y en otros ambientes (Nicholson y Fathepure, 2005).

Los hidrocarburos aromáticos son compues-tos cíclicos que guardan estrecha relación con el benceno (C6H6) y reciben este nombre porque la gran mayoría de ellos poseen olores fuertes y penetrantes. En la actualidad, el término aromático expresa que el compuesto es más estable de lo es-perado, es decir, menos reactivo. Dentro del térmi-no compuestos orgánicos volátiles se incluyen una amplia variedad, como por ejemplo: hidrocarburos aromáticos, alifáticos y halogenados, aldehídos y cetonas, alcoholes, éteres, fenoles y otros. En la actualidad los hidrocarburos aromáticos tienen nu-merosas aplicaciones industriales como disolven-tes, dieléctricos, plaguicidas y plastificantes (Bár-cenas, 1990).

En Valle de Juárez Chihuahua se cuenta con tres fuentes de abastecimiento para el riego agríco-la; por su importancia volumétrica se tiene a agua residual que se mezcla con agua del Tratado Inter-nacional entre México-Estados Unidos, además de

mezclarse progresivamente a lo largo del Distrito de Riego 009 (DR-009) con agua de bombeo que es de naturaleza altamente salina. La determina-ción de compuestos orgánicos en agua residual cruda, obedece al posible uso y/o emisión de ma-teriales volátiles y/o solventes en la industria fronte-riza local de Ciudad Juárez, así como su probable presencia en los sistemas de alcantarillado, donde finalmente pueden estar incorporados en el agua de irrigación; por lo anterior el objetivo del presente estudio fue valorar en el comportamiento de com-puestos orgánicos aromáticos en agua residual y agua residual mezclada por efecto de dilución a lo largo del DR-009.

MATERIALES Y MÉTODOS

La investigación se desarrolló en Valle de Juá-rez, localizado al norte del Estado de Chihuahua y ubicado entre los meridianos 105° 30’ y 106° 30’ de longitud oeste y los paralelos 30° 56’ y 31° 45’ de latitud norte; la zona indicada, constituye la porción de margen derecha de la planicie fluvial de inundación formada por el Río Bravo y se localiza

dentro de una fracción de la cuenca media del río, en la unidad fisiográfica de la República Mexicana denominada Altiplanicie Septentrional y es ocupa-da por los municipios Ciuocupa-dad Juárez, Guaocupa-dalupe y Praxedis G. Guerrero.

Fueron colectadas muestras de agua residual cruda, en el sitio Loma Blanca del Valle de Juá-rez (km 17), además fue colectada agua residual mezclada en las localidades San Isidro (km 26), Tres Jacales (km 32), Guadalupe D. B. (km 48), Praxedis G. Gro. (km 61) y San José de Paredes (km 76) del DDR-009, donde progresivamente se incorporan pozos de bombeo a partir de San Isidro. Los parámetros y metodología seguidos en la determinación de compuestos orgánicos volátiles aromáticos para las diferentes fuentes de agua que fueron involucradas en él estudio, se indican en el Cuadro 1, de acuerdo a los respaldos y rutinas analíticas señaladas por US-EPA (1982). La pre-servación de muestras se realizó de acuerdo con lo establecido por US-EPA (1979, 1982) y descrito en el Cuadro 2.

Cuadro 1. Parámetros y metodología seguidos en la determinación de compuestos orgá-nicos volátiles aromáticos para las diferentes fuentes de agua que fueron involucradas

Cuadro 2. Descripción de la preservación y tipo de recipiente utilizado en los muestreos de agua residual para Valle de Juárez, Chihuahua.

La determinación de pruebas de laboratorio en muestras de agua residual, para compuestos or-gánicos volátiles aromáticos, se llevó a cabo me-diante el método de columna capilar, cromatogra-fía de gases y un dispositivo de purga y trampa (Tekmar modelo TLC 2000 con auto-muestreador TLC 2016 acoplado). El cromatógrafo de gases fue un Autosystem Perkin Elmer con temperatura programable y un sistema para obtención de datos cromatográficos (Turbochrom Perkin Elmer serie 600 con interface). Además se utilizó un detector de ionización de flama (FID) con gases aire grado cero, helio grado cromatográfico o ultra alta pureza (HUP) e hidrógeno grado cromatográfico. El de-tector de ionización fue básicamente un quemador de hidrógeno/oxígeno, donde se mezcló el efluente de la columna (gas portador y analito) con hidróge-no (US-EPA, 1979 y 1982), APHA-AWWA-WPCF (1992).

Las acciones emprendidas para el control de calidad interno del laboratorio, estuvieron confor-madas dentro del proceso de estandarización, para los parámetros que determinan el rendi-miento del método analítico como son: precisión, exactitud, linealidad, límite de detección, límite de cuantificación y sensibilidad, logrando valores aceptables de estas medidas. En el área analítica estuvieron Zulema Poncio Acosta y Laura Santa-na, además el control de calidad estuvo a cargo de Dora Alicia Becerra Gutiérrez y al frente del la-boratorio ambiental de la Junta Municipal de Agua

Notación: el medio de transporte de todas las muestras fue a 4° C

y Saneamiento de Ciudad Juárez, estuvo Cecilia Grajeda Máuregui.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización de compuestos

orgáni-cos

Las rutinas de análisis cromatográfico incluye-ron el uso de diluciones a los extractos; esto sig-nifica que para una muestra analizada en dilución 1:1000 y que no presente respuesta para algún compuesto volátil aromático en particular, su valor de concentración reportado es < 200 ppb, indican-do esto que su concentración fluctúa desde el 0 hasta < 200 ppb. Cada extracto de muestra se diluyó de acuerdo a sus características, siendo las diluciones 1:100, 1:200, 1:500 y 1:1000 las más comunes, por esta razón se presentan diferentes valores de concentración en las muestras que fluc-túan entre < 20, < 40, < 100 y < 200 ppb.

La mayor presencia de hidrocarburos aromáti-cos en agua residual cruda (Cuadro 3), correspon-de para o-Xileno y Estireno seguidos por m-Xileno y p-Xileno, ya que contabilizan la mayor frecuencia relativa de eventos ocurridos durante un año de muestreos y análisis que ofrecen concentraciones < 200 ppb; un segundo grupo de importancia re-lativa corresponde para Benceno, Tolueno, Cloro-benceno, EtilCloro-benceno, así como Diclorobenceno en las modalidades 1,3-1,4 y 1,2 respectivamente, con concentraciones < 100 ppb.

Cuadro 3. Frecuencia relativa de hidrocarburos aromáticos determinados en agua residual cruda, analizada durante un año de muestreos mensuales para Valle de Juárez,

Chihuahua.

Aun cuando las concentraciones de o-Xileno, Estireno, m-Xileno y p-Xileno son demasiado bajas como promedio anual, la investigación les confie-re un lugar importante; para el caso de Esticonfie-reno, éste compuesto orgánico puede estar asociado al manejo de insumos que son ampliamente utiliza-dos en la industria maquiladora que se encuentra asentada en Ciudad Juárez, donde predomina el ensamble de electrónicos, eléctricos, así como partes para automóviles, entre otros; en gran medi-da el estireno se utiliza en la industria de plásticos y partes para automóviles, así como envases de alimentos. Por otro lado los xilenos son buenos di-solventes con amplio espectro de utilización en la industria y son derivados dimetil del benceno; se-gún la posición relativa de los grupos metilo en el anillo bencénico, se diferencia entre orto-, meta-, o para- xileno (o con sus nombres sistemáticos 1,2-; 1,3-; y 1,4-dimetilbenceno).

Variaciones en la concentración de

m-Xileno, p-Xileno así como o-m-Xileno,

Es-tireno por efecto de dilución.

Para establecer las variaciones que ocurren a lo largo del DR-009, se conformaron dos grupos de compuestos orgánicos que tienen un mismo comportamiento o presencia, tal como ocurre con m-Xileno y p-Xileno (Cuadro 4); de igual manera se agruparon o-Xileno y Estireno, ya que se pre-sentaron de manera similar en la frecuencia de resultados para las localidades de estudio, desde Loma Blanca hasta San José de Paredes. En las concentraciones de m-Xileno y p-Xileno menores a 200 ppb, se observa una tendencia decreciente en las concentraciones hacia el final del DR-009, a partir de Tres Jacales y hasta San José de Pa-redes. Para las concentraciones que son menores a 100, 40 y 20 ppb, se registra una continuidad

decreciente en las concentraciones hacia la parte

final del Distrito, debido al efecto de dilución que tiene el agua residual mezclada con agua del Río Bravo y pozos de bombeo profundo. Cuadro 4. Frecuencia relativa promedio anual para dos grupos de compuestos orgáni-cos aromátiorgáni-cos (m-Xileno y p-Xileno) (o-Xileno y Estireno), en agua residual y residual

mezclada utilizada para irrigación en Valle de Juárez Chihuahua.

Otro de los indicadores del efecto de dilución, corresponde para valores no detectados (ND) de m-Xileno, p-Xileno, o-Xileno y Estireno indicados en el Cuadro 4, donde prácticamente para la lo-calidad de San José de Paredes, se registra un 41.6 y 41.8 de muestras que no detectaron és-tos compuesés-tos orgánicos en el lapso de un año; estudios previos realizados en el mismo Valle de Juárez, destacan un efecto de dilución para plagui-cidas organoclorados, cuando el agua residual se mezcla con fuentes alternativas de abastecimiento (Palomo-Rodríguez et al., 2013). Otras investiga-ciones adicionales sobre el proceso de dilución en el mismo Valle de Juárez, han valorado las concen-traciones de metales pesados y metaloides (Palo-mo-Rodríguez et al., 2007), así como de carga mi-crobiológica y carga orgánica (Palomo-Rodríguez y Figueroa 2006, 2006a), donde los valores de semivarianza se han asociado estrechamente con distancia y los modelos geoestadísticos de mejor ajuste corresponden a Gaussiano y Esférico.

Variaciones en la concentración de

m-Xileno, p-m-Xileno, Benceno,

Clorobence-no, Etilbenceno y Tolueno por efecto de

dilución.

Igualmente se conformó un grupo de compues-tos orgánicos que presentan un comportamiento similar (m-Xileno, p-Xileno, Benceno, Clorobence-no, EtilbenceClorobence-no, Tolueno) por efecto de dilución a lo largo de las localidades que conforman el DR-009, mismos que se indican en el Cuadro 5; éste grupo de compuestos orgánicos, ofrece una

me-nor importancia que lo señalado en el Cuadro 4, sin embargo las concentraciones que se registran destacan un efecto de dilución, como ocurre en concentraciones < 100 y < 20 ppb; en el porcentaje de muestras que no detectaron (ND) la presencia de éste grupo de compuestos orgánicos, se obser-va un efecto de dilución en la columna ND hacia el final del DR-009, en San José de Paredes. Para ésta localidad el 37.6 % de las muestras analiza-das a lo largo de un año de muestreos, no detecta-ron concentración de ningún compuesto orgánico. El mismo efecto de dilución es señalado previa-mente por Vásquez-Montiel et al., (1999), en agua residual que se mezcla con otras alternativas de suministro hídrico, para el mismo Valle de Juárez; el efecto de dilución estudiado corresponde para DBO, así como para diversos metales pesados y metaloides, donde se manifiesta de manera mar-cada el efecto de dilución para Cd, Fe y Mn. De igual manera los estudios sobre cinéticas de biode-gradación de los BTEX, mediante procedimientos de biotecnología y bioingeniería son importantes (Acuña et al., 2000 y Acuña-Askar et al., 2008).

El presente estudio da testimonio de la remo-ción que ocurre a lo largo del DR-009, por el efecto que ofrece la dilución del agua residual, con agua del Río Bravo y pozos de bombeo. En la medida que se incorporan más pozos de bombeo a lo largo del DR-009, los valores no detectados en el cro-matógrafo de gases tienden a ser mayor (Figura 1), para los diferentes grupos de compuestos or-gánicos que mostraron un comportamiento similar.

Cuadro 5. Frecuencia relativa promedio anual para dos grupos de compuestos orgáni-cos aromátiorgáni-cos (m-Xileno, p-Xileno) (Benceno, Clorobenceno, Etilbenceno y Tolueno), en agua residual y residual mezclada utilizada para irrigación en Valle de Juárez

Chihu-ahua.

Figura 1. Relación funcional de la frecuencia relativa de muestras que no detectaron la presencia de BTEX en el cromatógrafo de gases, con respecto a la distancia del DR-009, donde se registra un alto efecto de dilución hacia el final del DR-009, del Valle de Juárez

Chihuahua.

CONCLUSIONES

La mayor presencia de compuestos orgánicos aromáticos en agua residual cruda, fue para o-Xi-leno y Estireno seguidos por m-Xio-Xi-leno y p-Xio-Xi-leno.

Un segundo grupo de importancia relativa para agua residual cruda corresponde para Benceno, Tolueno, Clorobenceno, Etilbenceno, así como Diclorobenceno en las modalidades 1,3-1,4 y 1,2 respectivamente, con concentraciones < 100 ppb.

Se encontraron dos grupos de compuestos orgánicos que tienen un mismo comportamiento o presencia, tal como ocurre con m-Xileno y p-Xileno; de igual manera se agruparon o-Xileno y Estireno ya que se presentaron de manera similar en la frecuencia de resultados.

Para las concentraciones de m-Xileno y p-Xile-no mep-Xile-nores a 200 ppb, se observa una tendencia decreciente en las concentraciones hacia el final del DR-009.

Para las concentraciones de m-Xileno y p-Xile-no que son mep-Xile-nores a 100, 40 y 20 ppb, se registró una continuidad decreciente en las concentracio-nes hacia la parte final del Distrito, debido al efecto de dilución que tiene el agua residual mezclada con agua del Río Bravo y pozos de bombeo profundo.

Se conformó un grupo de compuestos orgáni-cos con menores concentraciones y que presen-tan el mismo comportamiento a lo largo del estu-dio, como corresponde para m-Xileno, p-Xileno, Benceno, Clorobenceno, Etilbenceno, Tolueno, los cuales presentan un efecto de dilución a lo largo de las localidades que conforman el DR-009.

LITERATURA CITADA

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