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CONTAMINACIÓN DE SUELOS

(TEXTO UNIVERSITARIO)

Calidad que se acredita internacionalmente

ASIGNATURA

2

Asignatura: Contaminación de Suelos

Universidad Continental

Material publicado con fines de estudio.

Distribución gratuita.

Quinta edición.

Huancayo, 2015

MISIÓN

Somos una universidad privada, innovadora y comprometida con el desarrollo del Perú, que se dedica a formar personas competentes, íntegras y emprendedoras, con visión internacional; para que se conviertan en ciudadanos responsables e impulsen el desarrollo de sus comunidades, impartiendo experiencias de aprendizaje vivificantes e inspiradoras; y generando una alta valoración mutua entre todos los grupos de interés.

VISIÓN

Ser una de las 10 mejores universidades privadas del Perú al año 2020, reconocidos por nuestra excelencia académica y vocación de servicio, líderes en formación integral, con perspectiva global; promoviendo la competitividad del país.

3


PRESENTACIÓN

El texto de Contaminación de suelos estudia aspectos fundamentales del recurso

natural suelo como receptor de contaminantes, siendo el suelo componente abiótico del

ecosistema. En ese sentido el texto está organizado para enseñar al estudiante de

ingeniería ambiental, los aspectos fundamentales que implica el conocimiento, manejo,

mitigación de impactos antrópicos negativos contaminantes y la conservación de suelos.

Ello con la finalidad de utilizar este recurso en las actividades silvoagropecuaria

conservando el ecosistema y propiciando un uso sostenible del recurso. La base de su

elaboración es el texto de Mirsal. I.A.: SoilPollution, Origin, Monitoring&Remediation

(2010). Este resumen debe ser complementado con artículos científicos resultados de

trabajos de investigación así como lecturas de experiencias locales.

Para lograr estas capacidades, este curso está estructurado en 2 unidades didácticas:

La primera unidad trata de la contaminación del suelo, considerando al suelo como

receptor. Principales problemas del suelo; factores que influyen en la contaminación de

los suelos, principales contaminantes y fuentes de contaminación del suelo, efectos de

la contaminación, toxicidad, caso de contaminación de suelos.

La segunda unidad comprende el comportamiento de los contaminantes en el suelo,

incluyendo la descontaminación y depuración de suelos, efectos y tratamientos

específicos de los contaminantes del suelo; técnicas de descontaminación física,

química y biológica, biorremediación de suelos contaminados.

Estos temas se complementarán con estudios de casos, analizando trabajos de

investigación y reconocimiento de suelos contaminados o en tratamiento.

Andrés Alberto Azabache Leytón

4


ÍNDICE

Pág.

PRESENTACIÓN 3

ÍNDICE 4

PRIMERA UNIDAD: LA CONTAMINACION DEL SUELO 5

Tema Nº 1: TIPOS DE CONTAMINANTES DEL SUELO 5

1.1 LOS METALES PESADOS 5

1.2 RESIDUOS ORGÁNICOS TÓXICOS 19

Tema Nº 2: FUENTES DE CONTAMINACIÓN DEL SUELO 25

2.1CONTAMINANTES DE FUENTES AGROQUÍMICAS 25

2.2 CONTAMINANTES DEL SUELO DEFUENTES URBANAS 39

2.3 CONTAMINACIÓN DEL SUELO A TRAVÉS DE LA GUERRA QUÍMICA 46

2.4 CONTAMINACIÓN DEL SUELO A TRAVÉS DE LA GUERRA BIOLÓGICA 48

TEMA N° 3: COMPORTAMIENTO E INTERACCIÓN DE LOS CONTAMINANTES

EN EL SUELO 51

3.1 PROCESOS FÍSICOS Y MECANISMOS DE CONTAMINACIÓN 52

3.2 RETENCION ADSORTIVA 53

3.3 RETENCION NO ADSORTIVA 70

TEMA N° 4: VOLATILIZACIÓN DENTRO DE LA ATMOSFERADEL SUELO 74

4.1 VOLATILIZACIÓN DEL AMONÍACO 75

4.2 VOLATILIZACIÓN DE PESTICIDAS 79

SEGUNDA UNIDAD. COMPORTAMIENTO DE LOS CONTAMINANTES EN EL SUELO 85

Tema Nº 5:PROCESOS RELACIONADOS A LA MOVILIDAD QUÍMICA 85

5.1 SEPARACIÓN DE FASES INMISICIBLES 86

5


5.2 EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE 87

5.3 REACCIONES DE PRECIPITACIÓN-DISOLUCIÓN 91

Tema N° 6: PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA 93

Tema N° 7: BIODEGRADACIÓN Y TRANSFORMACIONES BIOLÓGICAS 102

Tema N° 8: TRANSFORMACIONES ENZIMÁTICAS 104

Tema N° 9: TRANSFORMACIONES AYUDADAS POR ACCIÓN BACTERIANA 109

Tema N° 10: REMEDIACIÓN DEL SUELO 111

10.1 TECNOLOGÍAS DE REMEDIACIÓN 112

10.2 TECNOLOGÍAS DE REMEDIACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA 114

10.3TRATAMIENTO BIOLÓGICO (BIOREMEDIACIÓN) 121

10.4MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN Y SOLIDIFICACIÓN 125

10.5TRATAMIENTO TERMAL 125 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 126

6


PRIMERA UNIDAD

LOS CONTAMINANTES DEL SUELO

TIPOS DE CONTAMINANTES DEL SUELO

Se considera como un contaminante a cualquier químico de origen natural o

antropogénico que se acumula en el medio suelo y cambia el equilibrio natural del

suelo, como un resultado de la actividad humana. Sin embargo, una sociedad

moderna, no puede desarrollarse sin el uso de compuestos naturales y sintéticos

que pueden ser agregados a los diferentes ecosistemas. El arte de salvaguardar el

medioambiente consiste en minimizar la cantidad de compuestos externos al

sistema que llegan a la superficie de la tierra y restringen tanto como sea posible

los lugares que generan contaminación controlando sus hábitos de eliminación.

1.1 LOS METALES PESADOS

Las concentraciones naturales de metales pesados en los suelos dependen

primariamente del tipo y química de los materiales parentales de los cuales se deriva

el suelo. Sin embargo, las entradas antropogénicas pueden conducir a

concentraciones que altamente exceden aquellas de las fuentes naturales. Las

concentraciones promedio de algunos metales pesados en la corteza terrestre, en

algunos sedimentos y generalmente en los suelos, se muestran en el cuadro N° 1.

Del cuadro N° 1 se puede concluir que el plomo, cadmio, estaño, y mercurio, son

los más abundantes contaminantes metálicos introducidos al suelo por actividades

antropogénicas. La concentración promedio de cadmio en los suelos es seis veces

la concentración promedio en la corteza terrestre.

7


Los metales pesados son elementos que tienen una densidad mayor que 5 en su

forma elemental y comprenden algo de 38 elementos. Sin embargo, el término

usualmente se refiere a 12 metales que están relacionados a la industria, estos son:

cadmio, cromo, cobalto, cobre, hierro, mercurio, manganeso, molibdeno, níquel,

plomo, estaño y zinc.

El plomo es uno de los contaminantes metálicos más antiguos introducido por el

hombre en el medioambiente. Fue llamado plumbumnigrum por los romanos para

diferenciarlo del plumbumcandidum, el estaño. Las tuberías de drenaje de agua

hechas de plomo y que llevan la insignia de algunos emperadores romanos todavía

está en uso, a pesar del hecho que introducen plomo como un contaminante

peligroso dentro del suelo cuando se hacen porosos. El uso de plomo parta hacer

tuberías de agua ya no se permite debido a su efecto peligroso sobre el

medioambiente y el daño que ellos causan para los humanos. El plomo, si se ingiere

con los alimentos o el agua, causa severos daños a los sistemas nervioso, urinario

y reproductivo. Puede causar aborto en hembras y reduce la fertilidad de machos al

bajar severamente su capacidad de producción de esperma. También puede causar

anemia por obstrucción de la biosíntesis de hemoglobina.

El cadmio, un metal pesado, el cual es principalmente usado en la producción de

baterías de níquel/cadmio o en pigmentos y estabilizadores para PVC (policloruro

de vinilo); en las industrias eléctrica y metalúrgica, es uno de los contaminantes

metálicos más frecuentemente registrados. Entra al medio ambiente a través de

emisiones en la industria metalúrgica o la aplicación de fertilizantes fosfatados en la

8


agricultura. Los detergentes y productos del petróleo pueden también contribuir a

su circulación como un contaminante ambiental.

CUADRO N° 1. Composición elemental de la corteza terrestre y sedimentos. Nota:

solo hierro y titanio están en porcentaje, todos los demás elementos están en g/g (Modificado por Salomon y Forstner, 1984).

Ele

men

to

Pro

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io

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Cali

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Su

elo

Hierro 4,1% 4,1% 4,7% 6,5% 6,5% 4,8% 2,9% 1,7% 3,2%

Titanio 0,6% 0,4% 0,5% 0,5% 0,5% 0,6% 0,4% 0,03% 0,5%

Vanadio 160 105 130 120 145 170 20 45 108

Cromo 100 72 90 90 60 100 35 11 84

Níquel 80 52 68 250 35 90 9 7 34

Cinc 75 95 95 165 92 350 30 20 60

Cobre 50 33 45 250 56 100 30 5,1 26

Cobalto 20 14 19 74 13 20 0,3 0,1 12

Plomo 14 19 20 80 22 150 10 5,7 29

Estaño 2,2 4,6 6,0 1,5 2 - 0,5 0,5 5,8

Cadmio 0,11 0,17 0,22 0,42 - 1 0,05 0,03 0,6

Mercurio 0,05 0,19 0,18 0,08 - - 0,29 16 0,1

En humanos, la exposición por largos periodos al cadmio puede conducir a una

disfunción renal y enfermedades obstructivas del pulmón. Ello también está unido a

trastornos óseos tales como la desmineralización de las sustancias óseas

osteomalacia y osteoporosis.

La ingesta diaria de cadmio para humanos está estimada entre 0,15 y 1,5 g. Los

fumadores corren el riesgo de un considerable incremento: por cada cigarro, son

inhalados adicionalmente de casi 2 a 4 g de cadmio.

9


El estaño, un metal de color blanco plateado, suave y flexible, el cual es usado

como recubrimiento y como soldadura para unir tuberías o circuitos eléctricos es,

uno de los más abundantes contaminantes metálicos producidos dentro de los

suelos. Por largo tiempo también fue usado para la producción de papel de estaño,

el cual ha sido reemplazado por aluminio. Tiene también muchas aplicaciones en la

industria tales como industria cerámica y electrónica, y aún es principalmente usado

para contenedores de acero enchapado usados para transportar alimentos y

bebidas.

La principal fuente de este mineral es la casiterita (SnO2), ampliamente presente en

la región geográfica conocida como el cinturón del estaño. Esta es una zona que

se extiende desde China a través de Tailandia, Birmania y Malasia hasta Indonesia.

Ingresa al medioambiente como un contaminante en diferentes formas, el más

peligroso de los cuales es el orgánico (estaño metilado), usado en varios procesos

industriales tales como la producción de pinturas, plásticos y pesticidas.

En humanos, la exposición prolongada a compuestos de estaño metilado,

especialmente estaño trimetil, puede causar desórdenes tan graves como la

depresión, enfermedades hepáticas, malfuncionamiento del sistema inmune y daño

cromosómico.

Los compuestos orgánicos de estaño pueden ser adsorbidos en partículas de lodos

y así encontrarse en aguas superficiales, donde pueden causar gran daño

envenenando a una gran variedad de organismos acuáticos.

10


El mercurio también conocido como hidrargiro (líquido plateado) y

Argentumvivum (plata rápida), está caracterizado entre los metales pesados por

su bajo punto de fusión, la existencia de una serie completa de compuestos

orgánicos y la formación de amalgamas. En estado elemental, se conoce desde los

primeros tiempos de la historia.

El mercurio pasa a los suelos naturalmente a través del material parental o por

deposición de productos de meteorización transportados de rocas pre-existentes, o

a través de la actividad humana, como es el caso de la industria metalúrgica o la

deposición de productos mineros y dispositivos antiguos que tienen componentes o

partes relacionadas al mercurio. El mercurio también puede ser depositado desde

aguas ácidas.

La interacción del mercurio y otros contaminantes metálicos pesados con el

medioambiente del suelo depende de los siguientes cuatro factores:

Valores de pH y potencial redox del agua.

Actividad microbial

Concentración de cualquier material complejante y su cercanía directa.

Temperatura prevalente.

La absorción de mercurio por humanos puede ocurrir a través de la ingesta de

material contaminado o, inhalación de compuestos volátiles de mercurio (circulando

en el aire) resultado de la combustión de combustibles fósiles. Los pescados y

crustáceos que acumulan mercurio desde aguas ácidas, en forma de metal u

orgánica, puede ayudar en el transporte a los seres humanos. Esto causa severos

11


desórdenes tales como disminución en la producción de esperma y eventualmente

la esterilidad masculina, daño cromosomal y al DNA, trastornos al sistema nervioso,

y daño a las funciones cerebrales.

Además de los cuatro metales pesados anteriormente mencionados, el cobre y el

cinc proporcionan suficientes razones para preocuparnos debido a la facilidad con

que ellos pueden pasar al medioambiente y sus efectos dañinos sobre la vida

humana y animal.

El cobre es quizás el producto metalúrgico conocido más viejo y extractado por los

humanos. Su metalurgia fue ampliamente conocida alrededor de cuatro mil años

antes de la era de cristo.

El cobre es usado en muchas industrias, predominantemente para alambrado en

las industrias eléctricas, debido a su facilidad de fabricación de cables. Es también

usado en la industria metalúrgica para hacer aleaciones. Ejemplos son las

aleaciones usadas para monedas de baja denominación y aleaciones cobre-cinc

conocidas como latón. Las aleaciones cobre-cinc-estaño son muy duras y fueron

una vez usadas para hacer armas y cañones. El cobre pasa al medioambiente como

contaminantes particulados generados en el aire, como complejos orgánicos en

agua y como compuestos inorgánicos o metales. Esto está causando un estado

creciente en el contenido de cobre de los suelos y consecuentemente incrementa el

daño a los organismos del suelo. Su efecto sobre la salud humana es también

severo y algunos estudios lo relacionan a enfermedades graves y desórdenes como

daños al hígado y los riñones. Las especulaciones acerca de su rol como un agente

cancerígeno, sin embargo, aún no ha sido enfatizado.

12


El cinc, es un abundante elemento producido principalmente en los Estados Unidos,

Alemania, Gran Bretaña, Polonia y Bélgica, donde se presenta como carbonato de

cinc (ZnCO3). El cinc es principalmente usado para acero galvanizado; y también

forma un componente muy importante de muchas aleaciones. Otras importantes

aplicaciones del cinc incluyen fundiciones en la industria de automóviles, en algunos

elementos de la construcción, producción de papel fotocopia y acuarelas, para

electrodos negativos de algunas baterías, así como se usa como un activador y

catalítico en la industria del caucho. El zinc es agregado a los suelos, a través de la

meteorización de rocas y minerales que contienen zinc, o a través de actividades

humanas que incluyen la disposición de residuos industriales.

El zinc está relacionado a algunos desórdenes, tales como enfermedades del

páncreas y alteración del metabolismo.

1.1.1 LOS METALES PESADOS Y EL SISTEMA SUELO

El suelo es un sistema tridimensional compuesto principalmente de un componente

en estado sólido además de los otros dos componentes, la fase líquida y la fase

gaseosa. Los metales pesados tienen, de acuerdo a la condición física y forma

química del metal o la forma que es tomado el compuesto, un importante efecto en

cualquiera de estas fases.

La interacción de los metales con el estado sólido no ocurre aisladamente de la fase

líquida, pero el pH, junto con otras propiedades del agua del suelo, controlará la

solución, adsorción sobre la superficie sólida y factibilidad de reacciones químicas

dentro del sistema. En términos específicos la interacción de metales pesados con

el estado sólido será dentro del marco de cualquiera de los siguientes procesos:

13


ADSORCIÓN. La adsorción en el sistema suelo depende principalmente de los

parámetros físicoquímicos, especialmente el pH y el metal adsorbente. Así, nos

encontramos con que los minerales de arcilla en general adsorberán menos

cantidad de metales que los óxidos y material orgánico. La materia orgánica

disuelta puede incrementar la solubilidad de metales y activar superficies

minerales reactivas, mejorando así la adsorción.

DIFUSIÓN EN EL MATERIAL SUELO. Los iones de metales son capaces de

difundir dentro del suelo en tasas que dependerán de sus diámetros iónicos así

como del pH prevalente del medio. Sin embargo, el incremento del pH, puede

conducir a la formación de hidroxicomplejos que podrían causar un incremento

de los diámetros iónicos, disminuyendo así la tasa de difusión y por lo tanto

inmovilizando los metales pesados que van a difundir.

FORMACIÓN DE COMPLEJOS. Los iones de los metales pueden estar

coordinados a substancias orgánicas, en particular ácidos húmicos y fúlvicos.

1.1.2 TRANSPORTE DE METALES PESADOS EN EL SISTEMA SUELO

La difusión y la dispersión de metales pesados pueden ser en la forma de un

proceso de transporte activo dependiendo de muchos factores, el más importante

del cual está relacionado al movimiento y características de la solución suelo y agua

de infiltración. En resumen, estos factores son intensidad de la lluvia, evaporación,

retención de agua del suelo y propiedades hidráulicas del suelo tales como

propiedades de conductividad y difusión.

14


1.1.3 BIODISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS

El término biodisponibilidad representa la medida de la tasa y extensión de la

absorción de una substancia activa que alcanza el sistema circulatorio en un

organismo. En términos simples, es la medida de su absorción y circulación

sistémica por un organismo.

La absorción de metales pesados es un término que describe la entrada de estos

metales, sus sales o compuestos dentro de un organismo, como la respiración y la

absorción a través de la piel. La absorción es un proceso complejo, dependiendo

principalmente del potencial químico, que es la fuerza que hace que los iones de los

metales se muevan pasivamente a lo largo de gradientes de concentración en la

solución suelo. A lo largo de estas gradientes varias formas químicas de iones

metálicos se mueven al exterior y al interior de un organismo. Esto explica

esencialmente el proceso de absorción pasiva. Sin embargo, la absorción también

puede ocurrir de forma activa, es decir, cuando los organismos usan la fracción de

suelo conteniendo metales, en cualquier forma que pueden estar disponibles, como

alimento.

Después de la absorción, la substancia es primero distribuida y luego excretada,

almacenada o metabolizada. La excreción, almacenaje, y metabolismo, disminuyen

la concentración del compuesto químico dentro del organismo, incrementando el

potencial del compuesto químico en el medioambiente externo y finalmente, la

mejora del movimiento dentro del organismo. Esto puede conducir, si existe la

exposición medioambiental persistente, a un estado de equilibrio dinámico entre la

cantidad de producto químico acumulado dentro del organismo y la cantidad que ha

15


salido de el. Si este equilibrio permanece sin alterarse, la cantidad de químico dentro

del organismo permanece constante. Pero si la concentración del compuesto

químico, en el medioambiente externo del organismo, se incrementa, se alterará el

equilibrio y la concentración dentro del organismo empieza una vez más a

incrementarse hasta que el sistema alcance un nuevo equilibrio dinámico. Si se

repite esta situación por largo tiempo puede conducir a concentraciones muy altas

del compuesto químico dentro del organismo, conduciendo algunas veces al

colapso del sistema seguido por severos problemas de salud o incluso la muerte.

Las elevadas concentraciones de una substancia, derivadas de los procesos

anteriormente mencionados, pueden ser temporalmente almacenadas en el cuerpo

del organismo. Una descripción del proceso en este caso simple es almacenaje,

como el almacenaje de grasa en animales hibernantes o el almacenaje de almidón

en semillas. En el caso que la concentración al interior del organismo se hiciera

anómalamente alta respecto al aire o al agua que rodean al organismo y que no

parezca de naturaleza temporal, se denomina bioconcentración o

bioacumulación. Aunque el proceso es el mismo para químicos naturales o

fabricados, el término bioconcentración usualmente se refiere a químicos extraños

al organismo. Las acumulaciones de compuestos xenobióticos en pescados y otros

animales acuáticos, después de la absorción a través de las branquias (o algunas

veces la piel), representa uno de los procesos de bioacumulación más conocidos.

La preferencia en la bioacumulación es por substancias hidrofóbicas, esto es,

substancias solubles en grasas (lipofílicas); estas tendrán la mejor oportunidad de

ser acumuladas, mientras que las solubles en agua (hidrofílicas) permanecen, en la

16


mayoría de los casos, en la solución. Sin embargo, los metales pesados como el

mercurio y ciertos productos químicos solubles en agua forman una excepción a

esta regla, debido a que ellos se enlazan fuertemente a sitios específicos dentro del

cuerpo. Cuando sucede el enlace, aún productos químicos solubles en agua se

pueden acumular. Un ejemplo a este respecto puede ser el caso del cobalto. Este

se enlaza muy estrecha y específicamente a sitios en el hígado donde se acumula

a pesar de su solubilidad en agua. Similar proceso de acumulación son conocidos

que se presentan con el mercurio, cobre, cadmio y plomo.

La velocidad y extensión de la absorción de iones de metales pesados y el grado

de su contribución a la circulación sistémica de un organismo (biodisponibilidad)

depende de varios factores, siendo el más importante el estado de oxidación

(valencia) del ion metálico. Esto se conoce como la especiación del ion. La

especiación describe las diferentes formas químicas, es decir, los estados de

valencia del mismo elemento en la solución (es decir, FeII, FeIII o CrIII y CrVI, cada

uno de los cuales se conoce como especies del ión del mismo elemento; de ahí el

nombre). La especiación es muy importante en toxicología ambiental; ya que la

especiación puede afectar la movilidad de metales en el medioambiente, y su

toxicidad (biodisponibilidad). Un ejemplo puede darse con el cromo (Cr), la forma

hexavalente (Cr6+) es más tóxico que la forma trivalente (Cr3+), también el arsénico

trivalente (As3+) es más móvil en el medioambiente acuático que su forma

pentavalente (As5+).

Otro factor que afecta la movilidad y biodisponibilidad de metales pesados es el tipo

y naturaleza de los iones complejos. Normalmente, los complejos orgánicos de

17


formas solubles tienen una reducida biodisponibilidad (es decir, no pueden

fácilmente ser absorbidos y tampoco pueden unirse al sistema circulatorio de un

organismo). Ejemplos de este comportamiento, son el mercurio y el arsénico. Las

formas orgánicas de ambos metales tienen diferente toxicidad respecto a los iones

inorgánicos; el mercurio orgánico es más tóxico que su forma inorgánica (es decir,

más fácilmente absorbido y entra al sistema circulatorio en los sistemas vivos); aún,

en el caso del arsénico, lo contrario es cierto. Por lo tanto, la regla es algo ambigua

y no puede ser generalizada.

Sin embargo, como una regla, todos los metales (excepto el molibdeno) son más

solubles y biodisponibles a pH bajo y por lo tanto los problemas de toxicidad

probablemente son más serios en medios ácidos,

1.1.4 EFECTOS BIOQUÍMICOS DE METALES PESADOS

Los diferentes desórdenes en la salud, causados por la larga exposición a los

metales pesados, da tal vez la falsa impresión que los metales pesados bajo todas

condiciones pueden ser perjudiciales o incluso letales para los organismos vivos.

Los metales pesados pueden, bajo ciertas condiciones, ser de gran beneficio para

animales y plantas, pues algunos de ellos son constituyentes de enzimas y otras

proteínas importantes involucradas en principales vías metabólicas. En un sentido

bioquímico, los metales pesados pueden ser clasificados en dos grupos:

A. EL GRUPO DE METALES PESADOS BIOLÓGICAMENTE ESENCIALES.

Este es el grupo también conocido como micronutrientes o elementos traza

esenciales. Ellos contribuyen a la estructura de enzimas e importantes proteínas

presentes en los principales procesos metabólicos. La deficiencia de estos

18


elementos, bajo ciertas concentraciones críticas, conduce en condiciones

normales a serias enfermedades y disfunciones metabólicas.

B. EL GRUPO DE METALES PESADOS NO ESENCIALES. Este grupo no es

esencial, y no tiene concentraciones críticas debajo de las cuales los se

presentan desórdenes de deficiencias; en lugar de eso, pueden ser tóxicos a

los organismos si las concentraciones van más allá de un límite dado. La

toxicidad de estos elementos se presenta debido a la alteración del metabolismo

por reemplazo de los metales esenciales en enzimas o reaccionando con el

grupo fosfato en ADP y ATP. Ejemplos de estos casos son el arsénico, cadmio,

mercurio, plomo, plutonio, antimonio, talio y uranio.

FIGURA N° 1. Representación diagramática de la clasificación bioquímica de los metales pesados.

CLASIFICACION ELEMENTOS

ESENCIALES

PARA ANIMALES Co, Cr, Se, I

PARA PLANTAS B, Mo

PARA PLANTAS Y ANIMALES Cu, Mn, Fe, Zn

NO ESENCIALES As, Cd, Hg, Pb, Pu, Sb, Tl, U

1.1.4 PRINCIPALES ACCIDENTES AMBIENTALES RELACIONADOS A

METALES PESADOS

1.1.4.1EL DESASTRE DE MINAMATA. 1950-1956

Al inicio del año 1950, cuando la producción de acetaldehído estuvo en auge para

satisfacer las necesidades del mercado mundial de plásticos, una misteriosa

enfermedad causaba un extraño comportamiento en animales, especialmente en

19


gatos, empezando a preocupar a la población del pequeño pueblo de Minamata en

el sur de Japón. La pérdida de coordinación motora causó que los gatos se muevan

de una manera anormal que causó que caigan al mar y mueran. Los pobladores

empezaron a llamarlo el síndrome del suicidio de los gatos e incluso la enfermedad

del baile de los gatos. Conforme pasaba el tiempo, empezaron a morir gran cantidad

de peces en la bahía de Minamata, seguido por lo que pareció ser una transferencia

de la enfermedad a los humanos. Los efectos fisiológicos, incluyendo la pérdida

sucesiva del control motor, fue desvastadora, y resultó algunas veces en parálisis

parcial y cuerpos contorneados. A este serio desarrollo se le restó importancia de

parte de las autoridades locales y la ChissoCorporation, el propietario de la fábrica

que producía acetaldehído cerca de la ciudad. Nadie parecía conectar esta

misteriosa enfermedad con el derrame de residuos industriales al mar. No fue hasta

antes de 1956, después que la enfermedad empezó a tomar escala epidémica entre

los humanos, que se identificó como envenenamiento por metales pesados causado

por el drenaje industrial de residuos líquidos conteniendo mercurio dentro de la

bahía. Los resultados de las investigaciones mostraron que el HgSO4 que llegó a la

bahía en el drenaje de efluentes industriales fue primero precipitado como HgS, el

cual fue posteriormente metilado a través de la acción biológica de bacterias en los

sedimentos para formar CH3Hg+. Esta forma de mercurio (monometil), lipofílico y

fácilmente biodisponible para los seres vivos en el mar, fue bioacumulado por los

peces y otros organismos del mar. Desde que los residentes de Minamata se basan

casi exclusivamente en el pescado y otros organismos acuáticos como fuente de

proteínas, el mercurio orgánico fue transferido a sus cuerpos, desencadenando el

desastre.

20


El mercurio es una neurotoxina, que tiene efectos teratogénicos (malformaciones

congénitas), causando defectos derivados del daño a células fetales o embriónicas,

y esto fue quizá porque la que se presentó como síntomas extraños y desórdenes

de salud que aparecieron en las cercanías de Minamata.

1.2 RESIDUOS ORGÁNICOS TÓXICOS

Las propiedades moleculares de los productos químicos orgánicos, en particular la

estructura electrónica, la solubilidad en agua, y la habilidad para volatilizarse, son

de gran importancia en definir su comportamiento en el suelo. Por ejemplo, la

habilidad de las moléculas para ionizarse es la razón primaria porque muchas

interacciones de compuestos orgánicos tóxicos con los suelos son dependientes

del pH. Para compuestos no iónicos, la solubilidad acuosa (propiedad hidrofílica) es

GRÁFICO N° 1. El mapa de Japón

21


el parámetro molecular más importante correlacionado con la adsorción, pues, en

general, los compuestos químicos no iónicos altamente solubles exhiben baja

afinidad a la superficie del suelo, mientras que los compuestos químicos de baja

solubilidad tienen alta afinidad con la superficie del suelo. También hay otras

propiedades moleculares relevantes al comportamiento químico en el suelo, tales

como forma, tamaño, configuración, polaridad y polarizabilidad, acidez o volatilidad.

No es mi objetivo referir las propiedades de los compuestos químicos orgánicos

tóxicos que tienen el potencial de ser contaminantes de los suelos. Hay cientos o

miles de productos sintéticos que, como resultado de una degradación química y

biológica, pueden ser transformados en nuevos compuestos, y es casi imposible

resumir sus propiedades. Para fines de la asignatura, se agruparán los potenciales

contaminantes orgánicos del suelo como pequeñas y macromoléculas, y para cada

grupo se discutirá aquellas propiedades fisicoquímicas relevantes a su

comportamiento en el suelo.

1.2.1 PEQUEÑAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS

Son compuestos químicos orgánicos caracterizados por pequeñas moléculas que

llegan a la superficie del suelo principalmente como resultado de prácticas de

protección de cultivos o durante la eliminación de residuos industriales. Los

compuestos químicos para la protección de cultivos son aplicados directamente al

suelo o llegan al suelo como aplicación por aspersión a los cultivos. En este caso,

estaríamos tratando con una contaminación de fuente no puntual, mientras en el

caso de residuos industriales, el lugar de contaminación es un punto fuente bien

definido. Cuando estas sustancias llegan al suelo, se presentan diferentes procesos

22


de degradación y transferencia y las propiedades químicas del compuesto, tales

como la estructura molecular, carga iónica y ionizabilidad, polarizabilidad,

volatilidad, y solubilidad en agua, determinarán que procesos predominan.

1.2.1.1PESTICIDAS

Uno de los compuestos más representativos del grupo de las pequeñas moléculas

orgánicas contaminantes son los pesticidas.

Moléculas orgánicas catiónicas. Los herbicidas bipiridilo tales comodiquat y

paraquat son los principales compuestos de este grupo. Aquellos herbicidas que

pertenecen a la clase de amonio cuaternario bipiridilo están caracterizados por una

carga positiva y son compuestos heterocíclicos. Diquat y paraquat, los dos

herbicidas de este grupo, son principalmente herbicidas de contacto, pero también

pueden ser usados como biocidas acuáticos. Están disponibles comercialmente

como sales de dibromuro y dicloruro, y están caracterizados por su alta solubilidad

en soluciones acuosas, donde se disocian fácilmente para formar cationes

divalentes. Diquat y paraquat no son volátiles y no escapan como vapor del sistema

suelo o sistemas acuáticos. Son fácilmente fotodescompuestos por la exposición a

la luz del sol o ultravioleta, pero no son fotodescompuestos cuando se adsorben a

la materia orgánica particulada. Estos compuestos son capaces de formar

complejos de transferencia de carga bien definidos con fenoles y muchas otras

moléculas donantes de electrones.

23


GRÁFICO N° 2. Moléculas orgánicas catiónicas.

Moléculas orgánicas básicas. Varios miembros de la familia s-triazina fueron

seleccionados como ejemplos típicos de compuestos básicos. Las triazinas son

derivados del nitrógeno heterocíclico, la estructura de red está compuesta de

átomos de nitrógeno y carbono. La mayoría de triazinas son simétricas. El sustituto

en las posiciones R1 determina la terminación del nombre común. Con el átomo de

cloro, el nombre común termina en –azina, con grupos metiltio, -tryn; y con grupos

metoxil (-OHC3) –ton. La solubilidad de los compuestos está determinada por el

sustituto en R1; con la sustitución de –OHC3 resulta en la más alta solubilidad. La

presencia de átomos de nitrógeno ricos en electrones confiere a las s-triazinas la

habilidad de donar electrones, esto es, basicidad débil, y la capacidad de interactuar

con moléculas aceptoras de electrones, dando lugar a complejos de electrones

donante-aceptor (transferencia de carga).

Las triazinas simétricas tienen baja solubilidad en agua, la 2-cloro-s-triazina son

menos solubles que los análogos 2-metiltio y 2-metoxy. La solubilidad en agua se

incrementa a valores de pH donde se presenta fuerte protonización, esto es, entre

pH = 5,0 y 3,0 para 2-metoxy y 2-metiltio-s-triazina, y a pH = 2,0 o más bajo para 2-

cloro-s-triazina. Las modificaciones estructurales de los reemplazantes afectan

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significativamente la solubilidad en todos los niveles de pH. Las s-triazinas, y

especialmente las cloro-s-triazinas son parcialmente fotodescompuestos en

sistemas acuosos por radiaciones ultravioleta e infrarroja, incluyendo la luz solar,

mientras que los compuestos sustituidos por metoxy no son fotodegradables. La

mayoría de s-triazinas son relativamente volátiles, de tal manera que pueden

perderse de sistemas suelo y sistemas acuáticos por procesos de volatilización.

GRÁFICO N° 3. Moléculas orgánicas básicas.

Moléculas orgánicas ácidas. Este grupo de compuestos comprende varias

familias de compuestos químicos, incluyendo fenoles sustituidos, ácidos alifáticos

clorinados, ácidos clorofano-oxialcanoico, y ácido benzoico sustituido, que poseen

grupos funcionales fenólicos o carboxilos capaces de ionizarse en medio acuoso

para dar especies aniónicas. Estos compuestos varían desde ácidos fuertes

provenientes del ácido tricloroacético (ATC) hasta ácidos relativamente débiles

como el 4-(4-cloro-o-a-liloxy) ácido butírico. Por ejemplo, los herbicidas benzoicos

son derivados del ácido benzoico que contiene átomos de cloro, metoxy, o grupos

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amino. En general, los herbicidas benzoicos son aplicados a las plantas y al suelo.

Dicamba y 2,3,6 TBA son dos herbicidas benzoicos con estructura química similar.

2,3,6 TBA es el nombre común para el ácido 2,3,6-triclorobenzoico. En dicamba, el

átomo de cloro en la posición N° 2 es reemplazado por un grupo metoxy (-OCH3).

Los ácidos alifáticos clorinados muestran la más alta solubilidad en agua y la mas

fuerte acidez entre este grupo de compuestos químicos, propio del efecto inductivo

electronegativo fuerte de los átomos de cloro que reemplazan el hidrógeno en el

canal alifático de estos ácidos.

GRÁFICO N° 4. Moléculas orgánicas ácidas.

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contaminacion de suelos semanas 1, 2.pdf

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