Normatividad en México para regular concentraciones de metales pesados en biosólidos, agua para 

riego y suelo 

Christina Siebe, Mario Cayetano

Instituto de GeologíaLaboratorio de Edafología Ambiental

FORO: LA GESTIÓN DE SITIOS CONTAMINADOS Y RESIDUOS EN MÉXICO A 10 AÑOS DE LA

PUBLICACIÓN DE LA LGPGIR

Sesión 1: Avances y retos de las leyes, normas y reglamentos en materia de sitios

contaminados y residuos: 2003-2013

13 de mayo de 2013, Torre de Ingeniería, C.U., México D.F.

• Los metales pesados se consideran comoelementos potencialmente tóxicos, dado que enconcentraciones relativamente bajas afectan a losseres vivos.

• Con el tiempo tienden a acumularse en los suelos,de donde pueden traslocarse hacia los cultivos y elacuífero y así entrar a la cadena alimenticia (Tiller,1989).

Introducción

En los ecosistemas los suelos funcionan como un sumidero para metales y son importantes reguladores de su biodisponibilidad

desechos agroquímicos industria automotores

Basura, compostaagua, lodo residualjales

material parental

absorción

lixiviación

suelo

acuífero

metales

solución

quelatación

precipitación

adsorción

materia orgánica

contenido de aguacontenido de sales

ArcillasOxi-/hidróxidos

de Fe, Al, Mn

actividadmicrobiana

Temp

Litogénicasantropogénicas:

pH

pe

velocidad de infiltración profundidad del

nivel freático

Fuentes:

planta

Comportamiento de los metales en el ambiente

Normatividad existente en México relacionada con concentraciones de metales pesados

1. NOM‐001‐SEMARNAT:  descargas de aguas residuales  a cuerpos de agua (y suelos) 

2. NOM‐002‐SEMARNAT: descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado y municipales

3. NOM‐087‐ECOL‐SSA1‐2002 (Residuos peligrosos; clasificación y manejo)

4. NOM‐004‐SEMARNAT: Especificaciones de lodos y biosólidos

5. NOM‐147‐SEMARNAT/SSA: Criterios para remediar sitios contaminados

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM‐147‐SEMARNAT/SSA1‐2004:

CONCENTRACIONES DE REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS

Contaminante Uso agrícola/residencial /comercial (mg/kg)

Uso industrial(mg/kg)

Arsénico 22 260

Bario 5 400 67 000

Berilio 150 1900

Cadmio 37 450Cromo Hexavalente 280 510

Mercurio 23 310

Níquel 1 600 20 000Plata 390 5 100Plomo 400 800

Selenio 390 5 100

Talio 5,2 67

Vanadio 78 1000

Estudio de caso: 

Contaminación de suelos y cultivos por el riego con agua residual en el 

Valle del Mezquital

C. Siebe, M. Chapela‐Lara y M. Cayetano‐Salazar

Riego con agua residual en el 

Valle del Mezquital:

•>90,000 ha

•40 m3 s‐1 agua residual sin tratamiento

•+ 12 m3 s‐1 escurrimiento superficial

•Maíz y alfalfa

•Riego inició en 1912.

Rendzic/ mollic Leptosol

Haplic/calcaricPhaeozem

Pellic/eutric Vertisol

Suelos con capacidades filtro y amortiguadoras de medianas a altas y muy altas:

Concentraciones en el agua de riego

NOM-001:

Pb < 5.0 mgL-1

Cu < 0.2 mgL-1

Zn < 2.0 mgL-1

Cd < 0.01 mgL-1

Concentraciones en el agua residual(Siebe, 1994)

Pb 0.1 mgL-1

Cu 0.12 mgL-1

Zn 0.34 mgL-1

Cd < 0.005 mgL-1

100

80

60

40

20

00 50 100 150 200 250 300

profundidad [cm]

Zn [mg kg -1 ]

0 20 40 60 80

100

80

60

40

20

0

profundidad [cm]

Pb [mg kg -1 ]

100

80

60

40

20

00 10 20 30 40 50 60 70

profundidad [cm]

Cu [mg kg -1 ]

100

80

60

40

20

00 1 2 3 4

profundidad [cm]

Cd [mg kg -1 ]

Ap

Ah1

Ah2

Ah3

Cw

Ap

Ah1

Ah2

Ah3

Cw

Ulapa

TenhéBojayito

Ulapa-TetepangoSJBojay

El Salto

intervalo en suelos de temporal de la zona

Localidad:

Juandhó

Texcatepec

416

20

65

8080

8080

65

80

20

416

4

16

20

65

8080

80

80

65

20

4

16

80 años bajo riego

Acumulación de metales pesados en los suelos en función del tiempo bajo riego (Siebe, 1994).

Contenidos de metales pesados en la capa arable (0-20 cm) en función del tiempo bajo riego (Chapela-

Lara, 2011)

Tiempo bajo riego (años)

0 20 40 60 80 100 120

Cob

re (

mg/

kg)

0

10

20

30

40

50

60

70

CuVR=0.3749t +12.834, R2 = 0.8690

CuPH=0.3120t + 9.729, R2 = 0.9813

CuLP=0.2642t + 13.082, R2 = 0.9131

vertisolesfeozems leptosoles

Tasa de acumulación: Vertisoles > Feozems > Leptosoles

Tiempo bajo riego (años)

0 20 40 60 80 100 120

Zin

c (m

g/kg

)

0

50

100

150

200

250

ZnVR=1.3898t + 52.1976, R2 = 0.8603

ZnPH=1.1541t + 43.5395, R2 = 0.9714

ZnLP=0.9520t + 59.4795, R2 = 0.8980

vertisolesfeozems leptosoles

Metales pesados totales en suelos y comparación con valores de referencia de la

Unión Europea

Hay un enriquecimiento en metales pesados en los primeros 30 cm del suelo:

La acumulación se ajusta bien a una regresión lineal simple, con lo que puede predecrise en cuánto tiempo se alcanzarían concentraciones críticas en los suelos.

Cob

re (

mg/

kg)

0

20

40

60

80

Cu = 0.3256t + 11.8547

Zin

c (m

g/kg

)

0

50

100

150

200

250

300

350

Tiempo bajo riego (años)

0 50 100 150 200 250

Plom

o (m

g/kg

)

0

20

40

60

80

100

Tiempo bajo riego (años)

0 50 100 150 200 250

Cad

mio

(m

g/kg

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Zn = 1.1770t + 53.02

Pb = 0.3119t + 22.5098 Cd = 0.0121t - 0.0243

Zn (μ

g kg

-1)

0

50

100

150

ZnLP=0.5823t + 33.4155, R2=0.5525 ZnVR=0.3888t + 39.9761, R2=0.4857

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Cd

(μg

kg-1

)

0

2

4

6

8

VertisolLeptosol

CdLP=0.0637t - 0.6895 , R2=0.7691 CdVR=0.04729t - 0.030, R2=0.9204

Zn extractable con NH4NO3 de muestras de suelo (Cayetano-Salazar, 2012):

Cd

(mg

kg-1

)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25 CdLP

=0.0015t + 0.0441, R2=0.7108 Cd

VR=0.0011t + 0.0535, R2=0.8713

Pb

(mg

kg-1

)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20 Pb

LP=0.0003t + 0.0844, R2=0.5712

PbVR

=0.001t + 0.0368, R2=0.5631

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Cu

(mg

kg-1

)

0

2

4

6

8

10 CuLP=0.0315t + 3.7699, R2=0.7399 CuVR=0.0154t + 4.6819, R2=0.4936

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Zn (m

g kg

-1)

15

20

25

30

80

Vertisol Leptosol

ZnLP

=0.0773t + 19.0355, R2=0.5729 Zn

VR=0.0610t + 19.3494, R2=0.4805

Metales en tejido de alfalfa (Cayetano-Salazar, 2012)

Cd

(mg

kg-1

)

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010 CdLP=2.87e-5t + 0.0038, R2=0.4529

Años bajo riego0 20 40 60 80 100 120

Zn (m

g kg

-1)

0

5

10

15

20

25

30

Vertisol Leptosol

Metales en grano de maíz (Cayetano-Salazar, 2012)

Cd Pb Cu Zn Mn Fe

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg kg‐1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

En este estudio

0.02 –

0.23

0.02 –

0.26 3.5 – 8.3 13 – 31 24 – 60 60 ‐ 140

LMP (WHO, 1996) 0.5 10 20 50 30 1000

Comparación con umbrales reportados por la OMS (1996)

Tratamiento Cu Zn Mn Pb Cd Fe

100 años 

riego** 1.40 21 0.007

0 años riego** 1.72 17 0.003

LMP (WHO, 

1996) 20 50 30 10 0.5 1000

Alfalfa:

Grano de maíz (mg/kg):

Conclusiones del estudio de caso:

• El consumo de alfalfa y grano de maíz no representaactualmente un riesgo para la salud humana, debido a que lasconcentraciones de los metales Pb, Cd, Cu y Zn son menores alos límites máximos permisibles establecidos por la WHO, 1996.

• De seguir con esta práctica los contenidos de Cu, Zn y Pb entejido de alfalfa rebasarían los LMP entre los 515 - 995, 400 -500 y 14 200 – 33 050 años de riego respectivamente.

El sistema de manejo actual no es sustentable a largo plazo:Entrada de metales > salida de metales (absorción por el

cultivo)

MetalVR LP

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

Cu alfalfa 0.008 ± 0.0004 0.006 ± 0.001

Zn alfalfa 0.032 ± 0.002 0.025 ± 0.001

Pb alfalfa 1.06E‐4 ± 2.40E‐5 1.08E‐4 ± 5.49E‐6

Cu maíz 0.0018 ± 0.0002 0.0016 ± 0.0003

Zn maíz  0.025 ± 0.006 0.017 ± 0.003

Concentración de metales en agua de riego que se tendrían que alcanzar para que el balance de masas sea de cero.

MetalVR LP

Tiempo (años)

Cd alfalfa 406 304

Cu alfalfa 995 515

Zn alfalfa 500 400

Pb alfalfa 14 200 33 050

Tiempo estimado en que se alcanzarían los LMP de metales pesados establecidos por la (WHO, 1996), si las

concentraciones de metales en el agua se mantienen a los niveles actuales.

MetalVR LP

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐mg L‐1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

Cu alfalfa 0.03 0.021

Zn alfalfa 0.075 0.053

Pb alfalfa 0.015 0.011

Cu maíz 0.027 ± 0.004 0.020 ± 0.003

Zn maíz  0.067 ± 0.009 0.050 ± 0.008

Concentración de metales en agua de riego que se tendríaque alcanzar para que el balance de masas sea de cero,considerando que la concentración en los cultivos es igual alos límites establecidos por la WHO, 1996.

NOM‐004:LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PARA METALES PESADOS EN BIOSOLIDOS 

CONTAMINANTE (determinados en forma total)

EXCELENTES mg/kg en base seca

BUENOS mg/kg en base seca

Arsénico 41 75

Cadmio 39 85

Cromo 1 200 3 000

Cobre 1 500 4 300

Plomo 300 840

Mercurio 17 57

Níquel 420 420

Zinc 2 800 7500

• Para alcanzar un equilibrio entre entradas y salidas en alfalfa demanera inmediata las concentraciones de metales en el agua deriego tendrían que ser menores a 0.006 mg/L para Cu, menor a0.025mg/L de Zn y en plomo la concentración debería de ser menora 1.06e-4 mg/L. En maíz las concentraciones de Zn tienen que sermenores a 0.017 mg/L y en Cu menores a 0.016 mg/L.

• Es probable que estas concentraciones se logren una vez que operela macroplanta de tratamiento, sin embargo, se aplicarán entonceslos biosólidos a los suelos.

• Las NOM 004 y 147 permiten concentraciones que rebasansignificativamente los valores de referencia internacionales paracontenidos totales en suelo.

• Con contenidos en el suelo cercanos al LMP estipulado en la NOM147, los LMP en cultivos establecidos por la OMS se rebasarían.

Es necesario ampliar y especificar la normatividad mexicana relacionada con concentraciones de 

metales pesados en matrices ambientales, sobre todo en el suelo, y con base en éstas establecer 

más que concentraciones máximas permisibles en agu/biosólidos/composta, las cargas 

(masa/tiempo) máximas permitidas de los “mejoradores” de suelo.  

¡GRACIAS POR SU

ATENCIÓN!

Propiedades de los suelos (Siebe, 1994).

Property: Leptosols Phaeozems Vertisols pH (CaCl2)

6.86-8.09 7.44-8.02 6.86-8.38

Electric Conductivity [mS/cm]

0.41-3.13 0.49-3.4 0.28-2.22 (8.22-40.06)*

Soil Organic Matter [%] 1.7 - 3.3** 3.1-6.4

1.6-4.5 1.2-3.3 ** 3.8-5.5

CEC [cmolc/kg]

20.2-26.3** 28.3-35.4

16.3-31.0 24.7-35.9** 36.9-43.5

Calcium Carbonate [%]

1.2-17.9 0.2-15.0 0-3.4

Clay [%]

18.6-39.0 10.5-33.9 34-60

Texture Sandy loam to sandy clay loam

Sandy loam to clay loam

Loamy clay to clay

* soils with groundwater table near the surface** soils under rain fed agriculture

Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

Fraccionamiento de metales pesados:

Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

Aplicación de biosólidos a suelos:

Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 m3/s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada. 

El tratamiento generaba 222 176 t de lodos 

81% de éstos se vertían en cuerpos de agua

19% se trataban ‐> biosólidos/o incineraban

Aplicación de biosólidos a suelos:

En 1995 había 403 plantas de tratamiento de aguas residuales en México. Trataban 30 m3/s, esto era el 5.5% del total de agua residual generada. 

El tratamiento generaba 222 176 t de lodos 

81% de éstos se vertían en cuerpos de agua

19% se trataban ‐> biosólidos/o incineraban

Curso Degradación y Contaminación del Suelo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, UNAM, C. Siebe y S. Cram, 2012

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM‐147‐SEMARNAT/SSA1‐2004:

CONCENTRACIONES DE REFERENCIA DE CONTAMINANTES SOLUBLES

Contaminante Concentración (mg/L)

Arsénico 0.5

Bario 10,000

Berilio 0.122

Cadmio 0.100

Mercurio 0.020

Níquel 1.100

Plata 0.500

Plomo 0.500

Selenio 0.100