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Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 33 1 Calidad del agua subterránea en Salina Cruz, Oaxaca. Groundwater quality in Salina Cruz, Oaxaca. 1 Elsa Mendoza Amézquita y 2Jens Andreas Seim 1Universidad del Istmo, Oaxaca. Ciudad Universitaria. Avenida Universidad S/N, Barrio Santa Cruz, 4a. Sección C.P. 70760 Sto. Domingo Tehuantepec, Oaxaca., México, e-mail: elsa@sandunga.unistmo.edu.mx. Tel. (971) 5224050 Ext. 120. Fax: (971) 5224050 Ext. 106 2Laboratorio de Oceanografía, Instituto de Estudios de la Energía, Universidad del Istmo, Oaxaca. RESUMEN. En este trabajo se muestrearon las fuentes de abastecimiento de agua subterránea destinadas al consumo humano en la ciudad y puerto de Salina Cruz, Oaxaca. Se muestrearon nueve pozos y cuatro tanques de almacenamiento en febrero de 2010. En el laboratorio se analizaron los parámetros fisicoquímicos utilizando métodos volumétricos y espectrofotométricos, elementos traza mediante espectrometría de emisión por plasma y análisis bacteriológicos por los métodos rápidos colilert. Los resultados indicaron que las concentraciones de coliformes totales oscilaron de 1 a 780 NMP/100 ml, lo que excede el límite permisible en la normatividad oficial mexicana (NOM-127-SSA1-1994). Se concluye que las concentraciones bacterianas y las bajas concentraciones de oxígeno disuelto en el agua subterránea de Salina Cruz indican posibles infiltraciones del agua del río Tehuantepec, que a su vez recibe descargas de aguas residuales de las poblaciones que integran la cuenca. ABSTRACT. In this study, water samples were collected in February 2010 from nine wells and four water storage tanks located in Salina Cruz, Oaxaca. Physicochemical parameters were determined in the laboratory by volumetric and spectrometric methods, trace elements by inductively coupled plasma optical emission spectrometry and the microbiological analysis with colilert test. The result shows that the concentrations of total coliform bacteria between 1 and 780 NMP/100 ml exceed the maximum allowable concentration established in the Mexican drinking water standard ((NOM-127-SSA1-1994). The conclusion is that high microbiological concentration and low dissolved oxygen level in groundwater are the result of contaminated river water infiltration. Recibido: Septiembre, 2016. Aprobado: Noviembre, 2016. mailto:elsa@sandunga.unistmo.edu.mx Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 34 Palabras clave: Calidad del agua, metales, coliformes, Salina Cruz, Oaxaca. Keywords: water quality, metals, coliformes, Salina Cruz, Oaxaca. INTRODUCCIÓN En México se estima que el 75% del agua destinada al uso y consumo humano proviene de los acuíferos, (Jiménez-Cisneros, 2008) por lo que conocer la calidad del agua de consumo tanto subterránea como superficial es fundamental a fin de garantizar la salud de la población. Sin embargo, no se cuenta con bancos de datos sobre las fuentes de contaminación en ellas, sólo se tienen reportes aislados (Rosales-Hoz y col., 2000; Hansen y van Afferden, 2004). Tampoco existen evaluaciones cuantitativas del riesgo de exposición de los habitantes a los contaminantes físicos, químicos y biológicos (Rivera-Vázquez y col., 2007; Haro y col., 2012). La composición química del agua subterránea puede ser controlada por factores naturales como el clima, su interacción con el medio geológico por el cual circula, el tiempo de residencia y por factores antropogénicos relacionados con fuentes potenciales de contaminación asociados a actividades humanas (López-Álvarez y col., 2013). Investigar los contenidos de aniones y cationes mayores en las aguas subterráneas, permite contar con información acerca de su origen y los procesos fisicoquímicos que afectan su calidad, degradación y presencia de contaminantes (De la Rosa y col., 2010; Sánchez-Sánchez y col., 2015). Por otra parte es importante conocer la calidad del agua bacteriológica, ya que de acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, algunos agentes patógenos cuya trasmisión por agua de consumo contaminada producen enfermedades graves, que en ocasiones pueden ser mortales. Algunas de estas enfermedades son la fiebre tifoidea, el cólera, hepatitis infecciosa y las enfermedades causadas por la Shigella spp. y por E. coli. (OMS, 1995) Debido a lo complicado y altos costos de análisis de todas las bacterias patógenas, se ha optado por utilizar Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 35 organismos indicadores de contaminación fecal como los microorganismos del grupo coliforme que habitan normalmente en el intestino humano y de animales de sangre caliente (DOF, 2006). De acuerdo al reporte de panorama epidemiológico 2011 de la Secretaría de Salud, Oaxaca presentó el segundo lugar nacional en tasa de mortalidad con un 16.7 por 100, 000 habitantes de enfermedades infecciosas intestinales en menores de cinco años (SSA, 2011). En el Estado de Oaxaca existen pocos estudios de calidad del agua, entre los que destacan los realizados en el paraje Flor de Guayabal, Tlacolula, Oaxaca donde se reportó que cinco pozos presentaron valores de 0.043 a 0.192 mg/L de arsénico, valor 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 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 oficial mexicana para agua de uso y consumo humano (Seim y Mendoza, 2011). El objetivo de este trabajo fue investigar la calidad del agua subterránea de Salina Cruz, Oaxaca mediante técnicas hidroquímicas y bacteriológicas a fin de saber si cumple con la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 (DOF, 2000). MATERIALES Y MÉTODOS Área de estudio La zona de estudio se encuentra localizada en la parte baja de la cuenca hidrológica Río Tehuantepec. Este río recibe las descargas de aguas residuales y residuos sólidos urbanos de los municipios asentados en la cuenca y desemboca en la bahía la Ventosa de Salina Cruz, Oaxaca. La colecta de las muestras se realizó los días 16 y 17 de febrero de 2010 en los nueve pozos destinados al consumo humano en la ciudad de Salina Cruz, mismos que se encuentran a un estimado de 50 metros de profundidad. Cada sitio de monitoreo fue geoposicionado mediantes un equipo Rino 520. El agua procedente de los pozos se bombea a un cárcamo Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 36 principal (CP) denominado Pishishi, posteriormente se envía a un tanque principal (C1) y a dos cárcamos de rebombeo ubicados en la colonia Morelos (C2) y en la colonia Jesús Rasgado (C3). En ellos se realiza la desinfección mediante hipoclorito de calcio en forma granulada al 65%, por lo que se tomaron muestras para análisis bacteriológicos (coliformes totales y fecales). En la figura 1 se presentan los nueve pozos muestreados y los almacenamientos de agua (tanque y tres cárcamos). Figura 1. Localización de los sitios de muestreo de aguas subterráneas en Salina Cruz, Oaxaca (nueve pozos, un tanque de almacenamiento y tres cárcamos). Las muestras de agua procedente de los pozos se recolectaron después de bombear 10 minutos con el fin de obtener muestras representativas del acuífero. Se determinaron los parámetros in situ (temperatura, potencial hidrógeno, oxígeno disuelto y conductividadRevista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 37 específica), mediante el sistema multiparámetro YSI 6600 V2. 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 3 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 hasta la realización de su análisis en el laboratorio de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-014-SSA1-1993 (DOF, 1994). A continuación, se describen los métodos de análisis realizados en el laboratorio de Oceanografía, Instituto de Estudios de la Energía de la Universidad del Istmo. Análisis bacteriológicos Los análisis de coliformes totales y fecales se realizaron antes de 4 horas utilizando el método del sustrato cromogénico definido Colilert IDEXX (American Society for Testing and Materials D-6503-99). Cabe resaltar que Colilert recibe la denominación de MMO-MUG de la EPA en el registro federal y de sustancia cromogénica en el Standard Methods (APHA- AWWA, 2005). Análisis fisicoquímicos En las muestras de agua de pozos se realizó la determinación de alcalinidad total y a la fenolftaleína por titulación con ácido sulfúrico 0.02 N de acuerdo al método NMX-AA-36- SCFI-2001 (DOF, 2001a). La dureza total y al calcio se realizó por titulación con EDTA mediante utilizando el NMX-AA-072-SCFI-2001 (DOF, 2001b). Los cloruros por titulación con nitrato de plata mediante el método NMX-AA-073-SCFI-2001 (DOF, 2001c). Los sólidos disueltos totales (SDT) por el método gravimétrico NMX-AA-034-SCFI-2015 (DOF, 2016). El flúor se analizó por el método espectrofotométrico NMX-AA-077-SCFI-2001 (DOF, 2001d). Los nitratos por el método espectrofotométrico NMX-AA-079-1981 (DOF, 2001e) el cual consiste en la formación del complejo de brucina y los sulfatos por el método turbidimétrico NMX-AA-074-1981 (DOF, 2015), para lo cual se utilizó un espectrofotómetros de DR 3900. Para los análisis de elementos traza las muestras de agua fueron digeridas de acuerdo al método de la EPA 3015 A, el cual consiste en tomar 45 ml de muestra de agua, agregar 5 ml de HNO3 concentrado en un recipiente de fluorocarbono para su digestión en horno de microondas con potencia de 1000 Watts, 15 minutos a 160 °C. La preparación de las curvas de calibración se utilizaron soluciones estándar (Fe, Mn, Ba, Mo, V, As, Ni, Cu, Zn, Cd, Co, Cr y Pb) de calidad reconocida. Posteriormente se analizaron por técnicas de espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) iCAP 6000 Series. Todos los parámetros de calidad del agua se evaluaron en base a la Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 38 modificación del año 2000 de la norma oficial mexicana NOM-127-SSA1-1994 (DOF, 2000). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la tabla 1 se muestran los resultados de las mediciones in situ, parámetros fisicoquímicos y bacterias comparados con la normatividad oficial mexicana vigente (modificación de la NOM-127-SSA1-1994) en las fuentes de agua de consumo humano en la ciudad de Salina Cruz, Oaxaca. De donde se puede ver que los parámetros analizados que se encontraron dentro de los límites permisibles en la NOM-127-SSA1-1994 fueron: el pH cuyos valores oscilaron de 6.94 a 7.68, los sólidos disueltos totales de 210 a 560 mg/L, los cloruros de 31.55 a 66.97 mg/L, alcalinidad de 216.12 a 323.98 mg/L, la dureza total se encontró en valores de 183.47 a 312.31 mg/L como CaCO3, sulfatos de 15.89-29.89 mg/L, nitratos de 0.058 a 0.246 mg/L, el máximo valor para flúor determinado fue 0.56 mg/L. Tabla 1. Resultados de parámetros fisicoquímicos y coliformes totales en las fuentes de abastecimiento del agua de consumo en Salina Cruz, Oaxaca (febrero, 2010). Donde; OD oxígeno disuelto, T temperatura, CE conductividad eléctrica, Col. Totales (coliformes totales) NOM-127. Modificación de la NOM-127-SSA1-1994. Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. La conductividad y el oxígeno disuelto no están incluidos en la NOM-127-SSA1-1994, sin embargo, son de suma importancia en las determinaciones de calidad del agua. La CLAVE SITIO DE pH OD CE SDT Dureza total Cloruros Sulfatos Alcaliniad N itratos Fluoruro Col. totales MUESTREO unidades (mg/L) (µs/cm) (mg/L) CaCO3(mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) NMP/100 ml P1 Pozo 1 7.03 7.50 514.00 210.00 212.59 37.61 18.56 216.12 0.058 0.551 3.10 P2 Pozo 2 7.11 2.66 502.00 358.00 224.08 33.48 17.44 224.07 0.156 0.489 2.00 PH Pozo Habitat 7.38 7.90 558.00 395.00 252.09 37.33 18.78 236.68 0.113 <0.187 780.70 P4 Pozo 4 7.18 4.09 601.00 430.00 183.47 58.77 15.89 251.23 0.159 0.567 1.00 P5 Pozo 5 6.94 4.54 794.00 560.00 312.31 66.97 29.89 323.98 0.104 0.208 1.00 P6 Pozo 6 7.11 7.54 677.00 456.00 264.69 51.79 22.44 267.72 0.124 <0.187 1.00 P1M Pozo 1Monte Grande 7.41 7.86 540.00 210.00 250.69 31.55 18.78 248.32 0.246 0.426 1.00 P1H Pozo 1 Huilotepec 6.85 3.14 583.00 413.00 261.89 37.57 24.33 257.05 0.153 0.364 4.00 P2H Pozo 2 Huilotepec 7.11 3.95 579.00 407.00 254.89 42.15 21.89 243.47 0.078 <0.187 1.00 NOM-127 6.5-8.5 N.A N.A 1000.00 200.00 250.00 400.00 N.A 10.00 1.50 2.00 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 39 conductividad analizada osciló de 502 a 794 µS/cm, valores considerados como normales en aguas subterráneas en otras investigaciones. Las concentraciones de oxígeno disuelto determinadas en tres pozos (pozo 2, Huilotepec 1 y Huilotepec 2) fueron: 3.95. 3.14 y 2.66 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-1998 (DOF, 1989). Los resultados analizados para coliformes fecales en el agua de pozo se encontraron dentro del límite permisible en la NOM-SSA1- 1994 (< 1 NMP/100 ml). Sin embargo, las concentraciones para coliformes totales determinadas oscilaron de 1 a 780 NMP/100 ml, lo cual excede el límite permisible de la NOM-SSA1-1994, misma que indica que debe tenerse un resultado no detectable de acuerdo al método del número más probable. En el Cárcamo Pishishi (CP), el cual recibe la mezcla de los pozo 2, 4, 5 y 6, se determinó un valor de 12.8 NMP/ 100 ml para coliformes totales, valor que excede el límite permisible indicado en la NOM-SSA1-1994. Sin embargo, no se detectaron coliformes fecales. De este cárcamo principal el agua es bombeada a los cárcamos de rebombeo (C1, C2 y C3) en donde se desinfecta con hipoclorito de calcio granular al 65 %, la concentración para coliformes totales fue 1 NMP/100 ml, valor que excede ligeramente el límite permisible de la NOM- SSA1-1994 (el límite ser reportado como no detectable para la técnica del número más probable). Sin embargo, los valores encontrados para coliformes fecales fueron no detectables con lo cual se disminuye el riesgo de contaminación bacteriana. En la tabla 2 se presentan los resultados de elementos traza en donde se muestra que los metales: Fe (7.90 a 54.70 µg/L) y Mn (1.60-153.50 µg/L) se encuentran por debajo de los límites permisibles en la NOM-SSA1-1994. Las concentraciones analizadas para metales fueron: Ni<0.2µg/L, Cu<4.0 µg/L, Zn <0.6µg/L, Cd <0.20 µg/L, Co <0.50 µg/L, Cr <0.20 µg/L, Pb <2.0 µg/L, valores que se encuentran por debajo de los límites de detección del ICP- OES lo cual está muy por debajo de los límites permisibles en la norma oficial mexicana en esta materia. Revista Latinoamericanael Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 40 Tabla 2. Resultados de metales cuantificados por ICP-OES en las fuentes de abastecimiento del agua de consumo humano de Salina Cruz, Oaxaca (febrero, 2010) y comparación con la NOM-127-SSA1-1994, la EPA y la OMS. Donde, N.A no aplica, L.D. límite de detección, EPA Límite máximo permisible en la US.EPA. NOM-127. Modificación de la NOM-127-SSA1-1994. Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. La concentración de arsénico determinada en ocho de nueve pozos de aguas de consumo humano de Salina Cruz osciló de 11.70 a 18.20 µg/L, valores inferiores al límite permisible de 25 µg/L en la modificación de la norma oficial mexicana para agua destinada al uso y consumo humano NOM-127-SSA1-1994. Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud, (OMS, 2006) propone como valor guía 10 µg/L en el agua de bebida para consumo humano debido a la toxicidad del arsénico. Por otra parte la concentración de arsénico indica la infiltración de aguas negras en el acuífero, lo que puede favorecer el transporte y movilidad del contaminante (Sharma y col., 2011). Cabe resaltar que la batería de pozos de Salina Cruz se encuentra ubicada en la parte baja del cauce del río Tehuantepec, quien a su vez recibe las descargas las aguas residuales sin previo tratamiento y residuos sólidos urbanos, mejor conocidos como basura de los poblados por los que atraviesa el río Tehuantepec. En otros trabajos de investigación se han encontrado resultados similares a los encontrados en esta investigación como los realizados en el municipio de Tecuala, Nayarit en donde el 70 % de las muestras analizadas sobrepasan 20 µg/L para arsénico y en tres pozos se determinaron coliformes por arriba del límite permisible de la norma oficial mexicana (Mora-Bueno y col., 2012). En el agua de consumo humano en comunidades de alta marginación en Chiapas se detectó contaminación bacteriana (Sánchez-Pérez y col., 2000). En el acuífero de Zacatepec Morelos, se determinó la presencia de coliformes totales en todos los pozos con una media geométrica de 107 UFC/100 mL y coliformes fecales en la Fe Mn Ba Mo V As Ni Cu Zn Cd Co Cr Pb µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L P1 23.30 14.80 177.30 7.60 30.40 11.70 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P2 10.50 <0.80 132.00 5.80 28.00 9.60 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 PH 30.20 130.00 155.30 7.10 17.60 15.00 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P4 11.50 1.60 274.10 1.60 15.30 18.20 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P5 54.70 6.90 140.20 7.20 30.40 13.10 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P6 8.70 20.50 123.50 6.30 30.30 15.40 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P1M 7.90 267.00 125.20 6.20 9.30 13.70 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P1H 58.80 153.50 151.00 5.60 12.60 12.00 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 P2H 17.30 27.20 140.00 4.60 10.80 16.90 <0.20 <4.00 <0.60 <0.20 <0.50 <0.20 <2.00 LD 3.00 0.80 3.00 0.50 6.00 4.00 0.20 4.00 0.60 0.20 0.50 0.20 2.00 EPA 300.00 50.00 2000.00 N.A N.A 10.00 N.A 1000.00 5000.00 5.00 N.A 100.00 15.00 NOM127 300.00 150.00 N.A N.A N.A 25.00 N.A 2000.00 5000.00 5.00 N.A 50.00 25.00 Clave Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 41 mayoría de los pozos analizados (Ramírez y col., 2009). En Huajuapan de León, Oaxaca se reportaron valores de hasta 200 NMP/100 ml para coliformes fecales en el agua de la Presa Yosocuta y 5 NMP/100 ml de coliformes fecales en el efluente de la potabilizadora, valores que exceden los límites permisibles de la NOM-127-SSA1-1994 (Seim y Mendoza, 2011). En el agua de los pozos artesianos de Puerto Ángel, Oaxaca se determinaron altos contenidos de coliformes totales y fecales que exceden los límites permisibles en la NOM-127 SSA1- 1994, por lo que los autores concluyeron que el agua no es apta para consumo humano (Martínez-Lieva y col., 2013). Se recomienda que los municipios por los que atraviesa el río Tehuantepec implementen programas integrales de manejo adecuado de residuos sólidos urbanos y sistemas de tratamiento de aguas residuales a fin de evitar que se sigan descargando al río, ya que la batería de pozos destinados al consumo humano se encuentra ubicada en su cauce principalmente las ciudades de Santo Domingo Tehuantepec y Salina Cruz, Oaxaca. Por último ante la falta de información que existe en investigaciones de calidad del agua se recomienda implementar un programa estatal de monitoreo de calidad del agua de consumo humano en los 570 municipios del Estado de Oaxaca, a fin de monitorear los 41 parámetros indicados en la modificación de la NOM-127-SSA1-1994 y generar un base de datos de las fuentes de abastecimiento de agua, la cual sin duda será de gran utilidad para la toma de decisiones en materia de calidad del agua de consumo humano. CONCLUSIONES Las concentraciones de oxígeno disuelto determinadas en tres pozos de Salina Cruz fueron inferiores a 4.00 mg/L, valor mínimo aceptable en fuentes de abastecimiento de agua potable de acuerdo a los criterios ecológicos de calidad del agua CE-CCA-1998 (DOF, 1989). Se determinaron concentraciones para coliformes totales que oscilan de 1 a 780 NMP/100 ml en los nueve pozos destinados al consumo humano de Salina Cruz se, lo cual excede el límite permisible de la NOM-SSA1-1994, sin embargo, no se detectó la presencia de coliformes fecales, debido a la desinfección con cloro. La concentración de arsénico encontrada en ocho de nueve pozos de aguas de consumo humano de Salina Cruz osciló de 11.70 a 18.20 µg/L, valores inferiores al límite permisible de 25 µg/L en la modificación de la norma oficial mexicana para agua destinada al uso y consumo humano NOM-127-SSA1-1994. Sin embargo, excede el valor guía de 10 µg/L de la OMS. Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 7(16): 33-45 2016 42 La presencia de coliformes totales en el agua subterránea y las concentraciones de arsénico determinadas sugieren infiltraciones de aguas residuales sin previo tratamiento en el acuífero de Salina Cruz, Oaxaca lo que pueden favorecer el transporte y movilidad de estos contaminantes. AGRADECIMIENTOS: Los autores agradecen al financiamiento obtenido por Servicios de Salud del Estado de Oaxaca mediante el proyecto “Estudio de calidad del agua de consumo humano en las principales ciudades del Estado de Oaxaca”. BIBLIOGRAFÍA APHA-AWWA, 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. APHA. AWWA. WEF. 21th Edition. Part. 9221-F: EC-MUG. American Public Health Association, Washington DC, USA. Caballero-Gutiérrez P.U, Carrillo-Rodríguez J.C., Gómez-Ugalde R.M y Jerez-Salas M.P. (2010); Presencia de arsénico en pozos y cultivos en Oaxaca, México. Agronomía mesoamericana; 21(1):177-184. 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