análisis hidroquímico y evaluación de la calidad agua subterránea...

Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 9(20): 56-75 2018

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1 Análisis hidroquímico y evaluación de la calidad agua subterránea del acuífero

Zimatlán, Oaxaca, México.

Hydrochemical analysis and groundwater quality evaluation of the Zimatlán aquifer,

Oaxaca, Mexico.

1*Elsa Mendoza-Amézquita y 1Jens Andreas Seim.

1Universidad del Istmo, Oaxaca. Ciudad Universitaria S/N, Barrio Santa Cruz, 4a. Sección Sto.

Domingo Tehuantepec, Oaxaca., México C.P. 70760. Tel. (971) 5224050 Ext. 120.*Correo e:

[email protected]

RESUMEN. Se investigó la calidad del agua subterránea en doce pozos pertenecientes al

acuífero Zimatlán en el Valle de Oaxaca mediante la determinación de los parámetros

fisicoquímicos por métodos potenciométricos, volumétricos y espectrofotométricos,

bacteriológicos utilizando los métodos rápidos Colilert y elementos traza con potencial

tóxico por espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-

OES). El análisis de arsénico (As) se determinó generando la arsina y posteriormente se

cuantificó por absorción atómica. Los resultados indican que en más del 80% de pozos

analizados se exceden los límites permisibles para hierro y manganeso de acuerdo a la

norma oficial mexicana (NOM 127-SSA1-1994). En tres pozos se excedió el límite

permisible para As (25 µg/L), en un pozo para flúor (1.5 mg/L). En cuatro pozos se

detectaron coliformes totales. Se calcularon mediante PhreeqC las especies dominantes

para arsénico (HAsO4-2 y H2AsO4

-) y para flúor (F-). Los índices de saturación calculados

mostraron valores altos para los óxidos e hidróxidos de hierro, los cuales explican la

presencia de incrustaciones en instalaciones de los pozos y equipos superficiales.

ABSTRACT. Groundwater samples from 12 wells of the Zimatlán aquifer, Oaxaca valley,

were collected and analyzed for physicochemical parameters using potentiometric,

volumetric and spectrophotometric methods, bacteriological parameters by colibert rapid

test and trace elements by ICP-OES. Arsenic (As) was determined by generating arsine and

subsequently quantified by atomic absorption. Water quality parameters were compared

with the permissible limits according to the Mexican standard for drinking water NOM

127-SSA1-1994. In more than 80% of the groundwater samples analyzed, the iron and

Recibido: marzo, 2018.

Aprobado: mayo, 2018


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manganese concentrations exceeded the permissible limit according to the NOM 127-

SSA1-1994. In three wells, the arsenic concentration and in one well the fluoride

concentration exceeded the NOM 127-SSA1-1994 standard value (25 μg/L and 1.5 mg/L

respectively). In four wells, total coliforms were detected. The dominant species calculated

with PhreeqC for arsenic in groundwater samples are HAsO4-2 and H2AsO4

- and for

fluorine F-. Saturation indices showed high values for iron oxides and hydroxides, which

explain the presence of scale in well installations and surface equipment.

Palabras claves: Arsénico, agua, subterránea, Zimatlán, Oaxaca

Keywords: Arsenic, water, groundwater, Zimatlán, Oaxaca

INTRODUCCIÓN

El agua subterránea es la fuente principal de abastecimiento de agua para uso y consumo

humano en la ciudad de Oaxaca, México. Conocer su calidad permitirá proponer los

procesos de tratamiento adecuados a fin de cumplir con los lineamientos de la normatividad

oficial mexicana, NOM-127-SSA1-1994, que establece los límites permisibles de calidad

para el agua de uso y consumo humano a fin de proteger la salud de la población (DOF,

2000).

La composición química de agua subterránea depende de diferentes procesos como la

disolución progresiva de los minerales en un acuífero, reacciones por cambios de la

mineralogía en acuíferos heterogéneos, procesos de desoxigenación (reacciones con

oxígeno disuelto y carbón orgánico en el acuífero produce cambio del potencial redox), infiltración de agua de riego, salmueras y lixiviación de rellenos sanitarios, o la intrusión de

agua de acuíferos más profundos (Hounslow, 1995). Investigar los procesos

hidrogeoquímicos permite conocer el origen del agua, la interacción agua-roca, las mezclas

de interconexiones de agua de diferentes orígenes (superficiales y subterráneas), los

fenómenos de intrusión salina y las actividades antropogénicas que afectan la calidad del

agua subterránea (Custodio, 1983; Pernía-Llera y col., 1993).

Los metales y metaloides, compuestos orgánicos y las bacterias en el agua influyen en la

calidad por sus concentraciones elevadas y su grado de toxicidad. Otros componentes


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precipitan y originan incrustaciones de carbonatos, sulfatos, óxidos de hierro y/o

manganeso en las tuberías de pozos e instalaciones de la superficie.

El hierro, un metal de transición y el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre,

es parte de muchos minerales como piroxeno, anfíbol, biotita, olivino, magnetita y pirita

entre otros. Por la interacción agua – roca, el hierro es un componente común en el agua

subterránea y esencial para la salud de los humanos (Hem, 1989). El cuerpo humano tiene

un mecanismo de autoregulación conocido como homeostasis para manejar la absorción,

transporte y el reciclaje del hierro (Gulec y col., 2014). Cuando el mecanismo de

homeostasis no responde adecuadamente, el cuerpo puede padecer de enfermedades. En el

caso de una deficiencia de hierro hablamos de anemia y un exceso de hierro es conocido

como hemosiderosis y hemocromatosis, (Bleackley y MacGillivray, 2011). El exceso de

hierro en el agua subterránea se manifiesta en un sabor metálico, turbidez, un color rojizo, y

en la formación de incrustaciones acompañados con películas bacterianas (Letterman,

1999). El límite permisible de hierro en agua potable según la NOM-127-SSA1-1994 es de

0.3 mg/L (DOF, 2000).

El manganeso, en un metal de transición al igual que el hierro y elemento esencial para

humanos, está presente en minerales como olivino, piroxeno, anfíbol, dolomita y carbonato

entre otros (Hem, 1989). El mecanismo de homeostasis mantiene un equilibrio de

manganeso en el cuerpo humano. No se conocen enfermedades provocadas por un déficit

de manganeso. Pero estudios recientes relacionan un exceso crónico a un alto nivel de

manganeso con efectos neurotóxicos (Peres y col., 2016, Bleackley y MacGillivray, 2011,

Bouchard y col., 2010, Wasserman y col., 2006, Barceloux, 1999). Altas concentraciones

de manganeso y hierro en el agua forman incrustaciones en las tuberías de los pozos,

provocando un sabor metálico al agua y un color rojizas-café hasta negras. El límite

permisible para manganeso en agua potable según NOM-127-SSA1-1994 es de 0.15 mg/l

(DOF, 2000).

El arsénico inorgánico (iAs) es un metaloide ampliamente estudiado. Se reportaron

concentraciones elevadas de arsénico en el agua subterránea en Bangladesh, India, Taiwán,

Tailandia, China, Hungría, Vietnam, Nepal, Myanmar, México, Argentina, Chile, Estados

Unidos entre otros. El arsénico es relativamente móvil en agua dulce en un rango de pH de

6.5 – 8.5 y en condiciones oxidantes y reductoras (Smedly y Kinninburg, 2002). En México

se han investigado varias regiones, en donde la concentración de arsénico en agua potable

excede los límites permisibles de la NOM 127 SSA1-1994, especialmente en áreas

ubicadas en el centro y norte del país (Del Razo y col., 1990, 1993; Gómez-Arroyo y col.,

1997; Piñón-Miramontes y col., 2003; Trejo y Bonilla, 2002; Armienta y col., 1997;

Ortega-Guerrero, 2009). Estudios epidemiológicos han demostrado que la exposición

crónica a arsénico puede ocasionar alteraciones hepáticas, neuropatías periféricas,

incremento en la incidencia de cáncer de pulmón, vejiga, riñón e hígado, así como

alteraciones en la piel (queratosis e hiperpigmentación), diabetes mellitus, hipertensión,

disminución en los procesos de reparación del ADN, lo cual genera una mayor

susceptibilidad al desarrollo de cáncer y otras enfermedades (ATSDR, 2007).


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Respecto al flúor, estudios recientes indican, que altas concentraciones en el agua potable

pueden ocasionar efectos tóxicos en los humanos. En México se han determinado

concentraciones elevadas de flúor en el agua subterránea en Aguascalientes (Hernández-

Montoya y col., 2003, Bonilla-Petriciolet y col., 2002, Trejo-Vázquez R. y Bonilla-

Petriciolet A. 2001), Chihuahua (Rodríguez-Dozal y col., 2005), Durango (Alarcón Herrera

y col., 2001), en la Ciudad de México (Galicia-Chacón y col., 2011), Jalisco (Pérez-Patiño

y col., 2007), Guanajuato (Ortega-Guerrero, 2009), y en San Luis Potosí (Cardona-

Benavides, 1990, Del Razo y col., 1993, Díaz-Barriga y col., 1997). La Organización

Mundial de la Salud reporta, que concentraciones superiores a 1.5 mg/L de flúor en el agua

de consumo pueden provocar fluorosis dental y esquelética, desarrollando mayor

susceptibilidad a enfermedades renales y cáncer (WHO 2004). Además de que puede

afectar el desarrollo del cerebro y ser la causa de la reducción del coeficiente intelectual en

niños de edad escolar (Wang y col., 2007).

En el Estado de Oaxaca existen pocas investigaciones de la calidad del agua de uso y

consumo humano. Entre los que destacan los estudios de monitoreo de calidad del agua en

los valles centrales de Oaxaca, donde se reportaron concentraciones elevadas para la dureza

en el agua de los pozos profundos ubicados en la periferia del río Atoyac (Julián-Soto,

2010). El estudio realizado en el paraje Flor de Guayabal, Tlacolula, Oaxaca, donde se

reportó que en cinco pozos se determinaron valores de 43 a 192 µg/L de arsénico, lo que

excede el límite permisible en la NOM-127-SSA1-1994. Los autores concluyeron, que el

54% de la población antes citada presenta riesgo de exposición crónica al arsénico en el

agua de consumo (Caballero-Gutiérrez y col., 2010). En Salina Cruz, Oaxaca, se

determinaron valores de 11.70 a 18.20 µg/L de arsénico en ochos pozos, lo cual cumple con

el límite permisible en la NOM-127-SSA1-1994, pero excede el valor guía de 10 µg/L de la

OMS (Mendoza-Amézquita y Seim, 2016). En Huajuapan de León se reportaron valores

elevados de coliformes fecales en el agua de la Presa Yosocuta y en el efluente de la

potabilizadora, valores que exceden los límites permisibles de la norma antes citada (Seim

y Mendoza, 2011). En un estudio de calidad del agua en el valle de Oaxaca se reportó que

en los acuíferos de Etla y Zimatlán no se manifiestan valores significativos para la norma

oficial mexicana, solo en las inmediaciones de Tlacolula y Yagul (Aragón-Sulik y col.,

2015).

En este estudio se investigó la concentración de parámetros fisicoquímicos, elementos traza

con potencial tóxico y bacteriológicos en el agua del acuífero Zimatlán, Oaxaca. Se realizó

una modelación hidrogeoquímica a fin de conocer las especias dominantes de arsénico y

fluoruro y los minerales que, por su alto índice de saturación, forman incrustaciones en los

componentes de los pozos y las instalaciones a la superficie.

Descripción del área de estudio

El área de estudio pertenece a la subprovincia fisiográfica “Sierras y Valles de Oaxaca”.

Los valles tienen una altura de aproximadamente 1420 - 1540 metros sobre nivel del mar.

El clima es semicálido con una temperatura media anual de 19.7 °C, lluvias de verano con

una precipitación media anual de 757.6 mm y una evaporación potencial de 2100 mm/año


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(CONAGUA, 2015). La figura 1 muestra la distribución de los doce pozos muestreados en

la Ciudad de Oaxaca hasta el Aeropuerto de Oaxaca.

Hidrogeología

Los pozos mostrados se encuentran en el acuífero somero y libre en el valle de Zimatlán y

forma parte del acuífero Valles Centrales, cual pertenece a la región hidrológica 20 Costa

Chica de Guerrero, subregión 20B, subcuenca Río Atoyac-Oaxaca de Juárez. El Río Atoyac

es la corriente principal con un volumen anual de escurrimientos de 138.5 millones de m3

(medido en la estación hidrométrica Oaxaca entre 1972–1974). Los sedimentos

cuaternarios, donde se encuentran los pozos, consisten de conglomerado, arena, limo y

arcilla de origen metamórfico, ígneo y sedimentario con espesores variables hasta una

profundidad máxima de 120 m en la zona del Aeropuerto en el sur de la Ciudad de Oaxaca

(CONAGUA, 2015). El acuífero de Zimatlán con una superficie de aproximadamente 50

km2 representa condiciones poco favorables en la explotación de agua subterránea por su

reducida extensión lateral y por la presencia de arcilla y limo en los sedimentos. Pruebas de

bombeo mostraron transmisibilidades entre 6.8 x 10-5 a 3.2 x 10-2 m2/s y permeabilidades

horizontales entre 3.8 x 10-4 a 6.6 x 10-7 m/s, (Chávez-Guillén, 1977). El agua subterránea

y los pozos cerca del río Atoyac reciben infiltraciones considerables del agua contaminada

(Navarro-Mendoza y col., 2000).

Estratigrafía

La superficie del acuífero de Zimatlán está cubierta con aluvión. Estos sedimentos de la

edad Cuaternario Holoceno consisten de material suelto de grava, arena, limo y arcilla

como resultado de erosión de las montañas alrededor. La mayor profundidad se encuentra

cerca del aeropuerto con 120 metros. El aluvión sobreyace los sedimentos de la formación

Jaltepetongo de edad Cretácico Inferior compuesta de arenisca, lutita, conglomerado y

caliza. La formación Jaltepetongo está cubierta en algunas partes con sedimentos de la

formación Yuste de edad Cretácico Superior conformado por caliza y dolomía. La

formación Jaltepetongo sobreyace el basamento proterozoico del Complejo Oaxaqueño

compuesta por paragneis, charnokita, migmatita y milonita con diques de pegmatita,

anfibolita, sienita y mármol cipolino. Existen numerosas fallas geológicas de tipo lateral

sinistral y dextral y fallas normales, donde la falla de Oaxaca es la falla regional más

importante, separando los terrenos tectonoestratigráficos Zapoteca o Oaxaca y Cuicateco o

Juárez (SGM 2007, SGM 2009).


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Figura 1. Localización del área de estudio. Ubicación de los doce pozos muestreados, fuentes de

agua de uso y consumo humano de la ciudad de Oaxaca, México.

METODOLOGÍA

La colecta de las muestras se realizó por duplicado los días 20 y 21 de enero de 2010 en

doce pozos destinados al consumo humano en la ciudad de Oaxaca, mismos que se

encuentran a un estimado de aproximadamente 50 y 60 metros de profundidad. Las

muestras de agua procedente de los pozos se recolectaron después de bombear 30 minutos

con el fin de obtener muestras representativas del acuífero. Se determinaron los parámetros

in situ (temperatura, potencial hidrógeno, oxígeno disuelto y conductividad específica)

mediante el sistema multiparámetro YSI 6600 V2. La alcalinidad se realizó en campo

mediante titulación con ácido sulfúrico 0.02 N de acuerdo al método NMX-AA-036-SCFI-


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2001 (DOF, 2001). Las muestras para análisis bacteriológico se tomaron en recipientes

estériles de plástico de 100 mL. Para los análisis fisicoquímicos se recolectaron en

recipientes de plástico de 2 litros, para elementos traza en recipientes de polipropileno de

un litro previamente filtradas a través de membrana Millipore de 45 µm y se acidificaron a

pH < 2 con HNO3 de ultra pureza. Todas las muestras se transportaron y preservaron a 4°C,

de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-014-SSA1-1993 (DOF, 1994), para su

posterior análisis en el laboratorio de Oceanografía de la Universidad del Istmo.

Análisis fisicoquímicos

Los parámetros fisicoquímicos analizados en el laboratorio fueron cloruros, dureza, sólidos

disueltos totales, nitratos, nitritos, sulfatos y fluoruros de acuerdo a los métodos

estandarizados descritos en el APHA-AWWA (2005). Los metales: Hierro (Fe),

Manganeso (Mn), Cobre (Cu), Zinc (Zn), Níquel (Ni), Cromo (Cr) y Cadmio (Cd) se

cuantificaron por espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente

(ICP-OES). Previamente se realizó la digestión de las muestras de agua en horno de

microondas mediante el método 3015 A. El análisis de arsénico (As) se determinó

generando la arsina con NaBH4 al 3% y HCl 5 mol/L, para posteriormente cuantificarse por

absorción atómica, de acuerdo a los métodos estandarizados. Los resultados de los análisis

se evaluaron en base a la modificación de la norma oficial mexicana NOM-127-SSA1-1994

(DOF, 2000).

Análisis bacteriológico

El análisis de coliformes totales y fecales se realizaron utilizando el método del sustrato

cromogénico definido Colilert IDEXX (American Society for Testing and Materials D-

6503-99). Colilert recibe la denominación de MMO-MUG de la EPA en el registro federal

y de sustancia cromogénica de los métodos estandarizados.

Análisis de datos hidrogeoquímicos

Se determinaron las facies del agua con el software AquaChem versión 5.1.151 y los

índices de saturación con PhreeqC (Parkhust y Appelo, 1999) utilizando la base de datos

wateq4f.dat con el fin de conocer los minerales, los cuales son afectados por disolución o

precipitación. El índice de saturación está definido como SI = log10 (IAP / Ksp), donde SI es

el índice de saturación, IAP es el producto de activación ionar y Ksp es el producto de

solubilidad. Al final se determinó las especies dominantes de arsénico y de flúor.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN


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La tabla 1 muestra los resultados del análisis de los parámetros in situ (temperatura,

potencial hidrogeno, oxígeno disuelto y conductividad específica), de los iones principales

y menores, de elementos traza y de bacterias comparados con la normatividad oficial

mexicana vigente NOM-SSA127-1994 modificación del 2000. El error de balance iónico

(B.I.) en 7 de los 12 pozos es menor que 5%, en 4 pozos entre 5 y 10% y solo el pozo P20

muestra un error por encima del 10 %, lo que significa, que este análisis es inválido. Sin

embargo, se incluyó en los resultados para tener una referencia cualitativa de todos los

pozos analizados.

El diagrama Piper en la Figura 2 muestra las concentraciones (en meq/L) relativas de los

cationes y aniones principales con el fin de reconocer agrupaciones de muestras de aguas

geoquímicamente similares. Se puede ver, que el agua de los pozos 19 y 20 es

químicamente diferente.

El tipo dominante de agua Ca-Mg-HCO3-Cl presente en siete pozos (P14, P15, P17, P21,

PU, PC2, PF), el tipo Ca-Na-Mg-HCO3-Cl en los pozos P19 y P6, el tipo Ca-Na-HCO3-Cl

en el pozo Rosario (PR), el tipo Ca-Mg-HCO3 en el pozo Vicente Suárez (PV), y finalmente

el tipo Ca-Na-Cl-HCO3 en el pozo 20. Se puede concluir que el agua subterránea de los

doce pozos estudiados muestra una dominancia de Ca-Mg-HCO3 debido a por procesos de

solución de minerales como calcita y dolomita procedente de los sedimentos cretácicos

inferiores de la Formación Jaltepetongo.

La dureza de carbonatos varía entre 360 a 540 mg CaCO3/L. En diez pozos se cumple con

el límite permisible de la NOM-SSA127-1994, el cual es de 500 mg/L. En el pozo

Universidad (PU) se determinó un valor de 517 mg CaCO3/L y el pozo Rosario (PR) un

valor de 540 mg CaCO3/L. La Organización Mundial de la Salud recomienda una dureza en

el rango entre 100 – 300 mg CaCO3/L (WHO, 2011). Por otra parte desde el punto de vista

sanitario, un valor >180 mg CaCO3/L se considera agua muy dura, lo que favorece la

formación de incrustaciones de carbonatos sobre las paredes internas de las tuberías y

accesorios de calentadores y calderas, lo cual provoca pérdida en la transferencia de calor.

En diez pozos se determinaron valores de hierro de 0.60 a 2.97 mg/L y en once pozos

valores de manganeso de 0.38 a 2.60 mg/L, lo cual excede los límites permisibles en la

NOM-SSA127-1994. Concentraciones elevadas de hierro y manganeso pueden provocar el

crecimiento biológico en los sistemas de distribución, así mismo, pueden contribuir a los

problemas de color, sabor y olor en el agua, además de que aumentan la demanda de cloro

utilizada en la desinfección. Una de las posibles causas por las cuales casi todas las

muestras de agua subterránea contienen altos niveles de Fe y Mn son las posibles

infiltraciones del agua residual que contienen materia orgánica la cual en el yacimiento se

descompone generando ambientes reductores capaces de disolver minerales ricos en Fe y

Mn.


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La concentración de nitrito en el pozo 21 fue de 0.11 mg/L, lo cual excede el límite

permisible en la NOM-SSA127-1994, cabe resaltar que límite permisible de nitrito es de

0.05 mg/L.

El oxígeno disuelto en los pozos 14 y 17 determinado fue de 3.86 mg/L y 1.18 mg/L

respectivamente, valores por debajo de 4.0 mg/L, valor mínimo aceptable en fuentes de

abastecimiento de agua potable de acuerdo a los criterios ecológicos de calidad del agua

(CE-CCA-1989).

Tabla 1 Resultados de parámetros fisicoquímicos en las fuentes de abastecimiento del agua

subterránea de la ciudad de Oaxaca de Juárez comparado con NOM-SSA127-1994

(muestreo realizado el 20 y 21 de enero de 2010). Valores en rojo exceden los límites

permisibles de la modificación de la NOM-127-SSA1-1994 (D.O.F., 2000).

Pozo P6 P21 P19 P20 P14 P15 PV PF PR P17 PC2 PU

NOM

127

SSA1

Par

ámet

ros

in s

itu

T (°C) 23.18 23.65 22.99 23.72 23.75 23.68 23.03 22.98 23.55 22.61 23.12 24.90 N.A

pH 7.10 7.18 7.29 6.48 6.53 6.68 6.90 7.05 7.19 6.55 7.16 6.64 6.5-8.5

OD 6.87 7.24 6.87 6.20 3.86 4.02 4.78 6.64 6.67 1.18 6.47 5.34 N.A.

ODsat 99 105 99 90 56 58 69 95 97 17 93 78 N.A

CE 1074 1073 1486 2701 1325 1272 1097 1176 1867 1165 1196 1382 N.A.

Iones

pri

nci

pal

es

Na+ 55.23 46.24 112.60 152.20 46.99 47.27 40.40 45.84 68.22 40.00 34.55 37.39 200

Ca2+ 102.10 103.44 102.77 134.13 130.13 114.78 88.09 96.76 164.2 84.08 122.1 123.4 N.A.

Mg2+ 25.51 50.02 31.58 26.72 46.99 38.06 38.87 36.44 31.58 46.16 37.66 50.62 N.A.

HCO3- 439.19 492.9 471.7 542.91 553.1 540.85 463.6 477.8 658.8 488 561.20 630.3 N.A.

Cl- 85.36 83.38 149.9 416.89 109.2 87.35 56.08 81.06 145.6 100.9 95.95 138.1 250

SO42- 20.30 20.03 19.90 18.38 26.66 25.43 31.37 32.36 27.46 18.87 18.01 19.72 400

Iones

men

ore

s

Fetot 1.32 2.97 1.80 1.31 2.22 2.76 2.60 1.88 0.60 0.02 0.28 0.86 0.3

Mn2+ 1.50 2.15 1.59 1.32 1.33 1.88 2.60 0.91 0.13 0.38 1.27 1.81 0.15

K+ 0.70 0.50 1.66 2.72 0.55 0.55 0.74 0.77 0.68 0.84 0.58 1.64 N.A.

Ba2+ 0.29 0.30 0.30 0.23 0.32 0.25 0.18 0.12 0.23 0.16 0.22 0.33 0.7

NO3- 0.07 0.13 0.03 0.10 1.48 0.60 0.50 1.66 0.75 0.14 0.03 0.03 10


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NO2- 0.040 0.110 0.004 0.004 0.004 0.004 0.020 0.004 0.004 0.004 0.02 0.004 0.05

F- 0.56 0.62 0.56 0.59 0.56 0.50 0.53 0.50 2.50 0.48 0.42 0.51 1.50

B- 0.42 0.30 1.80 3.61 0.22 0.24 0.50 0.54 0.29 0.18 0.14 0.07 N.A.

PO43- 0.24 0.55 0.43 0.43 0.73 0.89 0.76 0.55 0.58 0.24 0.4 0.91 N.A

B.I.

(%) -1.82 2.72 1.52 -15.00 -0.87 -3.64 -1.72 -4.49 -6.46 -7.34 -7.00 -5.39

Ele

men

tos

traz

a

As 0.014 0.022 0.042 0.030 0.037 0.005 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.025

Cd <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 0.005

Cr <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 0.05

Cu <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 2.00

Ni <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 N.A.

Zn <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 <0.042 5.00

Bac

t

Col tot <1 1.0 5.2 18.5 12.1 1.0 1.0 1.0 <1 1.0 86.5 <1 2

Col fec <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

Nota. Las concentraciones se expresan en mg/L, excepto el error de balance iónico (EBI) en

% y la conductividad específica (CE) en µS/cm, ODsat (%) es el porcentaje de saturación

con oxígeno considerando una altura de 1500 m sobre nivel del mar. Valores en rojo

indican que se exceden los límites permisibles en la NOM-127-SSA1-1994.


66

Figura 2 Diagrama de Piper muestra las concentraciones de los iones principales en meq/L.

La tabla 1 muestra en tres pozos 19, 20 y 14 concentraciones de arsénico entre 30 y 42

µg/L, lo cual excede el límite máximo permisible indicado en la normatividad oficial

mexicana para agua de uso y consumo humano (límite permisible para As es de 25 µg/L).

Así mismo, en los pozos 6 y 21, se determinaron valores de 14 y 22 µg/L de As

respectivamente, valor que se encuentra por debajo del límite permisible de la norma oficial

mexicana, pero sobrepasa el valor guía de la Organización Mundial de la Salud (10µ g/L de

As) propuesto debido a la toxicidad del arsénico (OMS, 2006). En otros trabajos de

investigación se han reportado concentraciones de arsénico que sobrepasan la norma oficial

mexicana, tal es el caso de Chihuahua, donde se encontraron valores de 75 a 134 µg/L

(Piñón-Miramontes y col., 2003), en la Comarca Lagunera de Coahuila y Durango hasta 8 a

624 µg/L de As (Del Razo y col., 1990; 1993, Trejo y Bonilla, 2002). En Zimapán,

Hidalgo, se reportaron valores de 2 a 378 µg/L de As (Armienta y col., 1997), en Tecuala,

Nayarit de 7 a 27 µg/L (Mora-Bueno y col., 2012). En Sonora las concentraciones de

arsénico encontradas en agua de bebida de los municipios de Magdalena, Caborca, Etchoja

y Hermosillo son de 117, 67, 51 y 305 µg/L, respectivamente (Wyatt y col., 1998). En el

estado de Guanajuato en la cuenca de la Independencia, se reportaron concentraciones de

arsénico hasta 120 µg/L (Ortega-Guerrero, 2009). Cabe resaltar que otros autores concluyen

que en los acuíferos de Etla y Zimatlán, pertenecientes a Valles Centrales de Oaxaca no

manifiestan valores significativos de arsénico para la Norma Oficial Mexicana, (Aragón-

Sulik y col., 2015). Sin embargo, en nuestra investigación detectamos que en tres pozos


67

(pozo 19 acueducto, pozo 14 y pozo 20 acueducto) pertenecientes al acuífero de Zimatlán

en los Valles Centrales de Oaxaca se excede el límite permisible para arsénico indicado en

la norma oficial mexicana para agua de uso y consumo humano. Consideramos que una de

las posibles causas de la presencia de arsénico es la disolución de minerales en el acuífero,

cabe resaltar que anteriormente se determinaron concentraciones de arsénico de hasta 41

ppm en sedimentos de arroyos al norte del aeropuerto de acuerdo a la carta geoquímica para

arsénico de Oaxaca de Juárez E14-D47 (SGM, 2007)). La liberación de arsénico junto con

el hierro y el manganeso son probablemente debidos por procesos de reducción (ambiente

de reducción) de óxidos metálicos.

De los doce pozos analizados solo en el pozo Rosario se determinó un valor de 2.5 mg/L de

flúor, que excede el límite permisible de la normatividad oficial mexicana (1.5 mg/L). Como

ya se había mencionado en otras zonas del país se han reportado altas concentración de

flúor en el agua subterránea en Aguascalientes (Hernández-Montoya y col., 2003, Bonilla-

Petriciolet y col., 2002, Trejo-Vázquez y Bonilla-Petriciolet, 2001), Chihuahua

(Rodríguez-Dozal y col., 2005), Durango (Alarcón Herrera y col., 2001), en la Delegación

Tláhuac de la Ciudad de México (Galicia-Chacón y col., 2011), Jalisco (Pérez-Patiño y col.,

2007), Guanajuato (Ortega-Guerrero, 2009), y en San Luis Potosí (Cardona-Benavides,

1990, Del Razo y col., 1993, Díaz-Barriga y col., 1997).

De los resultados de la modelación mediante PhreeqC se obtuvo que las especies

principales de As son arsenatos (HAsO4-2 y H2AsO4

-), mientras que para flúor la especie

predominante fue el anión fluoruro (F-).

Los metales cobre, níquel y zinc se encontraron por debajo de los límites permisibles en la

norma oficial mexicana. El plomo y cadmio no fue posible cuantificar debido a que el

límite de detección del equipo es inferior al límite permisible en la norma.

Los resultados de los análisis bacteriológicos mostraron la presencia por coliformes totales

en los pozos 19, 20, 14 y PC2, donde se determinaron valores que oscilaron de 5.2 a 86.5

NMP/100 mL, lo que indica posibles infiltraciones de aguas residuales sin previo

tratamiento en el acuífero o bien procedentes de los residuos sólidos urbanos. Estos valores

exceden el límite permisible (1 NMP/100 mL) de la NOM-SSA1-1994. No se encontraron

coliformes fecales en ninguno de los pozos analizados.

La tabla 2 muestra los índices de saturación de cada pozo con la fase de minerales y su

fórmula. Se consideran minerales con valores entre – 0.2 hasta + 0.2 aproximadamente en

equilibrio con el agua como en el caso de la barita. Un valor < - 0.2 indica, que el agua esta

subsaturada con el mineral, mientras un valor > + 0.2 significa supersaturado. Un valor de

SI de +1 por ejemplo significa que el mineral esta 10 veces sobresaturado, un valor de -2, el

mineral esta 100 veces subsaturado.

Minerales con un alto SI son óxidos e hidróxidos de hierro en forma de minerales de

magnetita, hematita, goethita, maghemita y akaganeita. La formación de minerales de

carbonatos es un precipitado secundario. De los resultados obtenidos para el SI en los pozos

P6, P14, P19, P20 y P21 se deduce que la especie mineralógica predominante para el


68

arsénico es arsenato de bario y en el pozo Rosario la especie predominante para el flúor la

FCO3 Apatita.

Tabla 2 Índices de saturación calculada con PhreeqC, base de datos wateq4f.dat.

Pozos

P6 P21 P19 P20 P14 PR P15 PV PF1 P17 PC2 PU Mineral Formula

0.06 0.17 0.25 -0.42 -0.31 0.51 -0.22 -0.19 0.01 -0.53 0.30 -0.18 Aragonita CaCO3

0.20 0.32 0.40 -0.27 -0.16 0.65 -0.08 -0.05 0.15 -0.38 0.44 -0.04 Calcita CaCO3

0.13 0.66 0.60 -1.33 -0.41 0.94 -0.28 -0.12 0.21 -0.68 0.72 -0.11 Dolomita CaMg(CO3)2

0.71 0.96 0.90 0.09 0.21 -0.17 0.49 0.79 0.47 -0.36 0.76 0.47 Rodocrosita MnCO3

0.32 0.72 0.50 -0.17 0.17 0.08 0.40 0.51 0.47 -1.89 -0.27 -0.11 Siderita FeCO3

0.13 0.07 0.09 -0.16 0.15 0.01 0.07 0.08 -0.09 -0.21 -0.13 0.05 Barita BaSO4

8.93 9.54 10.38 7.06 7.96 9.54 Arsenato de bario Ba3(As04)2

13.74 15.83 16.28 10.45 11.71 19.13 13.03 13.77 14.57 7.99 15.25 12.87 FCO3Apatita

1.36 2.62 2.73 -0.42 0.64 4.26 1.36 1.63 2.00 -1.61 2.39 1.23 Fluorapatita Ca5(P04)3F

-1.21 0.14 0.37 -3.57 -2.36 1.26 -1.48 -1.09 -0.54 -4.59 0.1 -1.64 Hidroxiapatita Ca5(PO4)3(OH)

1.75 2.20 2.02 1.56 1.84 0.93 2.18 2.40 1.84 0.88 1.82 2.11 Mn-hydrogenphosphat MnHPO4

0.70 1.42 1.15 0.07 0.69 0.72 1.09 1.28 1.16 -1.81 0.25 0.49 Strengite Fe(PO4) 2H2O

7.24 7.73 7.78 5.82 6.08 7.08 6.53 7.01 7.26 4.07 6.67 5.95 Akaganeita Fe(OH)2.7Cl0.3

2.24 2.76 2.77 0.43 0.88 2.04 1.41 2.00 2.26 -1.12 1.68 0.75 Fe-hidroxido Fe(OH)3

3.14 4.61 4.54 -1.67 -0.44 2.39 1.01 2.62 3.23 -6.40 1.35 -0.92 Fe-hidroxido Fe3(OH)8

8.04 8.60 8.58 6.28 6.80 7.95 7.30 7.82 8.08 4.74 7.55 6.64 Geothite FeOOH

18.07 19.20 19.16 14.56 15.61 17.91 16.60 17.64 18.17 11.49 17.11 15.28 Hematite Fe2O3

7.87 8.92 8.93 4.27 5.16 7.48 6.21 7.40 7.91 1.17 6.75 4.9 Maghemite Fe2O3

19.31 20.91 20.75 14.65 16.15 18.94 17.49 18.86 19.49 9.97 17.78 15.56 Magnetite Fe3O4

CONCLUSIONES


69

El agua subterránea de los doce pozos estudiados pertenecientes al acuífero Zimatlán,

Oaxaca mostró una dominancia del tipo de agua cálcica magnésica bicarbonatada (Ca-Mg-

HCO3) debido a procesos de solución de minerales como calcita y dolomita procedente de

los sedimentos cretácicos inferiores de la Formación Jaltepetongo.

En diez pozos del acuífero Zimatlán, Oaxaca se determinaron valores para hierro entre 0.60

y 2.97 mg/L y en once pozos los valores de manganeso fueron de 0.38 a 2.60 mg/L, lo cual

excede los límites permisibles de la norma oficial mexicana en ambos casos. Una de las

posibles causas de los altos niveles de estos metales es la disolución de minerales ricos en

Fe y Mn debida al ambiente reductor producto de la descomposición de la materia orgánica

procedente de posibles infiltraciones del agua residual.

En tres pozos (PC2, P19 y P20) de agua subterránea de la ciudad de Oaxaca de Juárez, se

detectó la presencia de bacterias coliformes totales, mismas que exceden el límite

permisible en la norma oficial mexicana. Esto debido a posibles infiltraciones del agua del

río Atoyac quien a su vez recibe descargas de aguas residuales sin previo tratamiento y

lixiviados procedentes de los residuos sólidos urbanos en zonas aledañas.

En tres pozos (19, 20 y 14) de la ciudad de Oaxaca de Juárez se determinaron valores de

arsénico que oscilan de 30 a 42µg/L, lo cual excede el límite permisible de la norma oficial

mexicana para uso y consumo humano (25 µg/L). Por otra parte en el pozo Rosario se

determinó un valor de 2.5 mg/L de flúor, lo que excede el límite permisible. Las

concentraciones de flúor en los otros pozos varía entre 0.42 – 0.62 mg/L (valores dentro de

norma). Las especies principales de As obtenidas en el agua mediante modelación en

PhreeqC son arsenatos (HAsO4-2 y H2AsO4

-), mientras que para flúor la especie

predominante fue el anión fluoruro (F-).

Por lo anterior se recomienda realizar el tratamiento del agua para reducir la concentración

de arsénico en el agua de uso y consumo humano, a fin de evitar riesgo en la salud de la

población. Existen números procesos de tratamiento como la floculación-coagulación con

cloruro de hierro que han reportado altos rendimientos de remoción del arsénico en el agua

hasta el 95 %, este tipo de metodologías son habituales en plantas potabilizadoras (Francisca

y Carro-Pérez, 2014). Existen otros métodos igual o más eficientes como la ósmosis inversa,

sin embargo, son más costosos y difíciles de utilizar. Otra alternativa sería buscar otra fuente

de abastecimiento de agua de uso y consumo humano libre de contaminantes.


70

AGRADECIMIENTOS

Agradecimiento a los Servicios de Salud de Oaxaca por el apoyo y financiamiento otorgado

al presente proyecto.

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análisis hidroquímico y evaluación de la calidad agua subterránea...

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