Calidad del Agua Residual y Freática en el Valle de Juárez ...

Calidad del Agua Residual y Freática enel Valle de Juárez, ChihuahuaBiol. Enrique David García MendozaTesis de Licenciatura-Mayo de 2006Programa de Biología-ICBICB-UACJDr. Juan Pedro Flores MárgezDirector de Tesis

Introducción• La calidad y cantidad del agua deconsumo humano se está convirtiendo enuno de los problemas más m s críticos queenfrenta la humanidad.• El agua dulce representa el 3% de laexistente en el planeta y en su mayorparte no se encuentra disponible, ya quesolo el 1% es agua superficial fácilmente faccesible.

El Agua en el Planeta

Antecedentes• Tratado de 1906• Los suelos son salinos, salino-sodico sodico ysodicos• Los pozos profundos son altamente salinosy altos en sodio• Valores de hasta 5,000 mg L -1 de salessolubles en el agua de pozos de bombeo

Importancia Regional• De acuerdo con la proyección n de saneamiento100% en Ciudad Juárez para el Año A o 2020, setienen planes de construir nuevas plantas detratamiento de aguas negras y ampliar la dosactuales (norte y sur), con lo cuál l la capacidadtotal sería a de 8.82 m 3 /s, con una proyección n dereuso de 1.52 m3 s -1 , agua residual potencialde 7.3 m 3 /s (230 mill m 3 /año) y beneficiar unárea agrícola potencial de 23,000 hectáreas.

• Por lo anterior, el AGUA RESIDUAL adquiere unaimportancia relevante para la disponibilidad de agua alargo plazo• Indispensable conocer las característicasdel aguaresidual, así como su impacto ambiental y social• Característicasfísicas• Parámetrosquímicos• Organismos biológicos

Aguas Residuales de Ciudad Juárez• Ciudad Juárez tiene untratamiento de aguasresiduales tipo primario-avanzado.• Existen dos PTAR concapacidad de 2.5 y 1.5m3/segundo• La reutilización n de lasaguas residuales requierede normas oficiales yconocer la calidad delaguaPTAR: Plantas tratadoras de aguas residuales

• Deficiencias del pre-tratamiento del agua.• Las descargas nocontroladas en el canalde riego.• Impacto ambiental(metales pesados ypatógenos).• Nutrientes aportados.

• Existen descargas a lolargo del canal de riegoprincipal del Valle deJuárez• Se desconoce la calidaddel agua en esasdescargas• La realización n de undiagnóstico en tiempo yespacio es de utilidadpara predecir el impactoen el suelo y aguafreáticaSitios después de la PTAR Sur

Peligropara animales domésticosexpuestos

Agua de Pozos de Bombeo• Estudios han demostrado que aguas con excesode sales solubles > 700 mg/l tienden a inhibir elcrecimiento de las plantas y la producciónagrícola.• Los niveles de nitratos son indicadores de lacalidad del agua en general, en concentracioneselevadas sugieren la presencia de otroscontaminantes, tales como microorganismos opesticidas

• Niveles altos de nitratos (>10 mg L -1 ) en elagua causan la enfermedad del “síndrome delbebe azul” que es potencialmente fatal en losinfantes.• El principal efecto del fósforo fen el agua es queinterviene en el crecimiento de plantas y algasacuáticas en grandes cantidades que puedeocasionar toxicidad

• Para un estudio de transferencia de metales enla cadena trofica alimenticia en el Valle deJuárez se seleccionaron los metales pesados Cd,Pb, Ni y Cr. La concentración n observada en aguaresidual fue en el siguiente orden Ni>Cr>>Cr>Pb>Cd• El agua freática se clasifica como: Condicionadaa Perjudicial y Perjudicial por el contenido desales solubles• El Distrito de riego del Valle de Juárez es uno delos mas contaminados en MéxicoM

Limites Máximos MPermisibles Para ContaminantesBásicos (NOM-001001-ECOL-1996)Parámetros(miligramos por litro)Uso en Riego AgrícolaTemperatura N.A. 40Sólidos SuspendidosTotales150 75Nitrógeno Total 40 40Fósforo Total 20 20Arsénico 0.2 0.1Cobre 4.0 4.0Cromo 1 0.5Mercurio 0.01 0.005Níquel 2 2Plomo 0.5 0.2Zinc 10 10Uso en Publico Urbano

Composición n química del agua residual enCd. . Juárez (Palomo, 1999)ParámetroResidualSólidos Totales (ppm) 1062pH 7.5C.E. (Us/m) 1570Nitrógeno Total (mg/L) 28N-amonio (mg/L) 17N-nitrato (mg/L) 0.09Fósforo Total (mg/L) 27Cobre (mg/L) 0.055Níquel (mg/L) 0.02Plomo (mg/L) 0.009Zinc (mg/L) 0.244Mercurio (mg/L)NDArsénico (mg/L) 0.0075

Calidad del agua tratada en laPlanta Norte (JMAS, 2006)Ene-06 Feb-06Mar-06Abr-06pH 7.6 7.66 7.55 7.5C. E. (Micromhos/cm) 1991 1948 1974 1917S.S.T. (mg/l) 51 52 50 47

Calidad del agua de salida(planta sur)Ene-06 Febr-06 Mar-06 Abr-06pH 7.49 7.55 7.38 7.41C.E. (micromhos/cm) 1404 1391 1372 1344S.S.T. mg/l 78 75 78 74

Dado que en estudios previos se hareportado una gran variabilidad en lasconcentraciones de parámetros físicofsico-químicos y biológicos del agua residualla realización n de un diagnóstico de la calidadquímica del agua residual en tiempo yespacio, se considera de suma importanciapara dimensionar el problema de esterecurso vital y su impacto potencial en lossuelos y agua freática del Valle de Juárez,Chihuahua

ObjetivoDeterminar la calidad del agua residual yfreática mediante el análisis de algunosparámetros de salinidad, alcalinidad,nutrientes y metales pesados en el Vallede Juárez

Hipótesis• La concentración n de los parámetros desalinidad, alcalinidad, nutrientes y metalespesados en agua residual y freática en laszonas de estudio son mayores a los nivelesmáximos permisibles por la Norma Mexicana.• La concentración n de sales, nutrientes ymetales disminuye a lo largo del canal principalde riego en el valle de Juárez, esto asumiendolo como resultado de la dilución n ocasionadapor las descargas de agua de pozos.

• Los niveles de los parámetros químicosanalizados serán n mayores en aguaresidual que en agua freática obtenidade los pozos de riego agrícola.

Áreade EstudioEl trabajo de campo serealizo en Ciudad CJuárezy en el Valle de JuárezUbicados en 105˚3030’ y106˚3030’ grados delongitud W y los 30°5050’ y31°4545’ de latitud NAltura: entre los 1131hasta los 1060 msnmClima muy seco: templadoextremoso

• Suelos: contenidobajo de nitrógeno,pobre en fósforo fyrico en potasio.• Problemas desalinidad en agua depozos y en suelos

Metodología• Se seleccionaron 12puntos estratégicos a lolargo del Valle de Juárez• Los muestreos fueroncada 30 días dconvariaciones de acuerdo alos flujos de agua• Tres muestras fueroncolectadas en cada sitiodebido a los tipos deanálisis químico

Localización n de los Sitios

Sitios de MuestreoSitio 1: Planta norteinfluenteSitio 2: Planta norteefluenteSitio 3: Planta sur influenteSitio 4: Planta Sur Efluente

Sitio 6: San Isidro pozo 1Sitio 5: Canal San IsidroSitio 8: Canal Tres JacalesSitio 7: San Isidro pozo 2

Sitio 9: Guadalupe canalSitio 10: Praxedis pozoSitio 12: Praxedis INIFAPSitio 11: Praxedis canal

El agua se analizó en elLaboratorio deCiencias Ambientales(ICB) y en el dequímica analíticaambiental (IIT) de laUniversidadAutónoma de ciudadJuárezAnálisis Químico

Parámetros analizados:• Temperatura• *pH• *Conductividadeléctrica• Metales pesados• *Nitrógeno (N),• Fósforo (P),

• Sólidos suspendidostotales• Análisis estadísticosticoconsistió enpromedios, varianzas,pruebas de t destudent ycorrelaciones entrelas variablesestudiadas

Material para elmuestreo:• Envases de plástico• Hieleras• Agua destilada• Guantes• Cloro• Todas las muestrasfueron etiquetadas

• Embudo• Cucharónmuestreador• Cámara digital• Lista de sitios y hojaspara datos

Material de laboratorio:• Cristalería a diversa• Agitador con barramagnética• Aparato de destilación• Centrifuga• Espectrofotómetro• Medidor de pH• Conductivimetro

Muestreo

Análisis de pH y C.E.

Salinidad del Agua• La salinidad es uno de los parámetros más mimportantes para clasificar el agua. Esteparámetro se mide a través s de laconductividad eléctrica (CE) y se refiere ala presencia de sólidos sdisueltos. A medidaque aumentan los sólidos sdisueltos, seincrementa en el agua la facilidad deconducir la corriente eléctrica

Determinación n Sólidos SSuspendidos

Determinación n de FósforoF

Nutrientes en Agua• Las aguas residuales contienennutrimentos como nitrógeno, fósforo, fpotasio, calcio, magnesio, entre otros.Estos aportes deben ser considerados enel riego agrícola y en el cálculo cde lasdosis de fertilización n y criterios de manejodel suelo para evitar contaminación.n.

Determinación n de Metales:As, Cr, , Cu, Hg, Pb, , Ni y Zn

Análisis Estadísticostico• Los datos registrados fueron procesados en hoja decálculo Excel, se realizó análisis descriptivos tales comovalores máximos, mmínimos, mpromedios y desviaciónestándar. Además, se realizó un análisis de correlaciónentre las variables registradas tanto en agua residualcomo en agua de pozo.• El análisis estadístico stico se realizó mediante el paquetecomputacional SPSS versión n 11.0 el cuál l se dispone en elcentro de cómputo cde la UACJ.• La predicción n del impacto se realizó mediante cálculos cdela cantidad de los parámetros químicos analizados queson descargados en los suelos y lo detectado en aguafreática superficial doméstica.

Resultados

Salinidad y Alcalinidad• Alcalinidad = pH• Salinidad = Conductividad eléctrica• Sólidos Suspendidos Totales

Agua de PozosAgua del CanalPrincipalParámetro n ⌧ S⌧ n ⌧ S⌧ Sig. †pH 13 7.078 0.088 32 7.49 0.073 0.002 *C.E. (µS cm -1 ) 13 4,312. 803 33 1,377. 94 0.000 *S.S.T.(mg L -1 ) 8 11.25 7.37 19 193.4 103 0.266S.S.T.(mg L -1 ) ‡ 17 21.9 5.86 10 140.2 23.3 0.000 *1 dS/m=640 mg/L SDT; potencial osmótico 1 dS/m=0.36 atm (0.4 bar)

1086pH4200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Sitio de MuestreoFigura 7. Promedios de alcalinidad (pH) del agua residualy de pozos en los sitios de muestreo del Vallede Juárez, Chihuahua.

6000Conductividad Eléctrica (mg L -1 )50004000300020001000Pozos00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Sitio de MuestreoFigura 8. Conductividad eléctrica del agua residual y de pozo(mg/L) en los sitios de muestreo del Valle deJuárez, Chihuahua.

250Sólidos Suspendidos Totales (mg L -1 )2001501005000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Sitio de MuestreoFigura 9. Contenido de sólidos suspendidos totales (mg L -1 )en el agua residual y de pozos en los sitios de muestreodel Valle de Juárez, Chihuahua.

Nutrientes• Amonio(N-NHNH 4 )• Nitratos(N-NONO 3 )• Fósforo

Agua de PozosAgua del CanalPrincipalParámetro n ⌧ S⌧ n ⌧ S⌧ Sig. †N-NH 4(mg L -1 ) 11 3.616 1.852 26 26.316 2.216 0.000 *N-NO 3(mg L -1 ) 11 5.711 1.984 26 0.684 0.151 0.000 *N inorg. (mg L -1 ) 11 9.326 2.505 26 27.0 2.25 0.000 *P (mg L -1 ) 11 0.365 0.135 26 6.012 0.615 0.000 *

Figura 11. Contenido de fósforo inorgánico (mg L -1 ) en elagua residual y de pozos en los sitios de muestreodel Valle de Juárez, Chihuahua.181614Fósforo (mg L -1 )1210864200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Sitio de Muestreo

Figura 19. Relación entre la concentración de nitrógeno y fósforopara los doce sitios de muestreo de agua residual yde pozo en el Valle de Juárez, Chihuahua.16Fósforo Olsen (mg L -1 )1412108642P (mg/L) = -0.323+0.222Nr = 0.794*00 10 20 30 40 50Nitrógeno { NH 4+ NO 3} (mg L -1 )

Metales Pesados• As• Cu• Cr• Ni• Hg• Pb• Zn

Agua de PozosAgua del CanalPrincipalParámetro n ⌧ S⌧ n ⌧ S⌧ Sig. †As (mg L -1 ) 5 0.0114 0.006 13 0.01179 0.139 0.782Cu (mg L -1 ) 8 0.0982 0.029 20 0.124 0.024 0.552Cr (mg L -1 ) ‡ 1 0.017 1 0.08 ‡Ni (mg L -1 ) 8 0.0121 0.0075 18 0.0163 0.0056 0.556Hg (mg L -1 ) 8 0.0003 0.0002 20 0.0006 0.0003 0.564Pb (mg L -1 ) 8 0.0579 0.0176 20 0.0388 0.0089 0.296Zn (mg L -1 ) 8 0.3512 0.0667 20 0.2076 0.0292 0.029 *

0.40.3Cobre (mg L -1 )0.20.10.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Sitio de MuestreoFigura 13. Contenido de cobre (mg L -1 ) en el agua residualy de pozos en los sitios de muestreo del Valle deJuárez, Chihuahua.

0.080.06Niquel (mg L -1 )0.040.020.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Sitio de MuestreoFigura 16. Contenido de niquel (mg L -1 ) en el agua residualy de pozos en los sitios de muestreo del Valle deJuárez, Chihuahua.

0.80.6Zinc (mg L -1 )0.40.20.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Sitio de MuestreoFigura 18. Contenido de zinc (mg L -1 ) en el agua residualy de pozos en los sitios de muestreo del Valle deJuárez, Chihuahua.

Conclusiones• La mayoría a de los parámetros químicosanalizados tanto en agua de pozo comoagua residual estuvieron por debajo de loslímites máximos mpermisibles por la NormaMexicana. Conductividad eléctrica, SST yArsénico presentaron valores mayores a laNorma.

• La concentración n de sales, nutrientes ymetales disminuyó a lo largo del canalprincipal de riego en el valle de Juárez,esto como resultado de la diluciónocasionada por las descargas de agua depozos la sedimentación n de partículas.

• Las concentraciones de conductividadeléctrica, nitratos y zinc fueron mayoressignificativamente en agua de pozo queen agua residual.• La PTARs, , tiene una deficiencia notableen su tratamiento.• Las aguas residuales y de pozos sonaltamente salinas.

• No se encontraron concentracionespeligrosas, de metales pesados, en elagua residual, ni en pozos.

GRACIAS