CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA … · la posible interferencia de material inorgánico...

CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA DISUELTA EN AGUA SUBTERRÁNEA DEL VALLE DE TOLUCA MEDIANTE ESPECTROFOTOMETRÍA DE FLUORESCENCIA 3D

Rosa María FUENTES RIVAS1*, José Alfredo RAMOS LEAL1, María del Carmen JIMÉNEZ MOLEÓN2 y Mario ESPARZA SOTO2

1InstitutoPotosinodeInvestigaciónCientíficayTecnológica,A.C.(IPICYT)CaminoalaPresaSanJosé2055,Lomas4a.Sección.SanLuisPotosí,S.L.P.,México,C.P.78216

2CentroInteramericanodeRecursosdelAgua,UniversidadAutónomadelEstadodeMéxico,(CIRA-UAEMEX).CarreteraToluca-Atlacomulco,km14.5,Toluca,EstadodeMéxico,México,C.P.50200*Autordecorrespondencia:[email protected]

(Recibido agosto 2014; aceptado febrero 2015)

Palabrasclave:acidoshúmicos,ácidosfúlvicos,proteínasaromáticas,demandaquímicadeoxígeno

RESUMEN

Lamateriaorgánicaenelaguaestácompuestapormilesdecomponentes:partículasmacroscópicas,coloidesomacromoléculasdisueltas.Caracterizarlamateriaorgánicadisueltaenelaguaparaabastecimientohumanoesesencialparaestablecersuscondi-cionesfísicasylosíndicesdecontaminacióndelagua.Lamateriaorgánicadisueltaen49muestrasdeaguasubterráneacercanasalazonaindustrialToluca-Lerma(ValledeToluca,Toluca,EstadodeMéxico)fueroncaracterizadasatravésdelademandaquí-micadeoxígeno(DQO)yporespectroscopiadefluorescencia3D.Deacuerdoconlosdatos,el100%delasmuestrasalcanzóvaloresdeDQOentre1y35mg/L.SeasumelaposibleinterferenciadematerialinorgánicooxidablesobrelasmedidasdeDQO.Aproximadamenteel60%delasmuestrasdefluorescenciamostrócontaminaciónpormateriaorgánicadeorigenantrópico.

Keywords:humicacids,fulvicacids,aromaticproteins,chemicaloxygendemand,anthropogenicpollution

ABSTRACT

Organicmatterinwaterconsistsofthousandsofcomponents,includingma-croscopicparticles,colloidsordissolvedmacromolecules.Characterizationofdissolvedorganicmatterindrinkingwaterisessentialtoestablishitsphysical-chemical properties andwater pollution index. In thiswork, the dissolvedorganicmatterfrom49groundwatersourcesfromtheToluca-Lermaindustrialarea(TolucaValley,Toluca,EstadodeMéxico)werecharacterizedbychemicaloxygendemand(COD)andby3-Dfluorescencespectrophotometry.Accordingtotheresults,100%ofthesampleshadCODvaluesbetween1and35mg/L.ItwasassumedthepossibleinterferencefrominorganicmaterialontheCODresults.Approximately60%ofthefluorescencesamplesshowedorganicmattercontaminationfromanthropogenicorigin.

Rev.Int.Contam.Ambie.31(3)253-264,2015

R.M. Fuentes Rivas et al.254

INTRODUCCIÓN

Lamateria orgánica disuelta (MOD) es unacomplejamezclaheterogéneademacro-moléculas,cuyos principales componentes en las aguas dulces sonsustanciashúmicas,carbohidratosyaminoácidos(SteinbergyMünster1985,Volket al.1997,Baker2001,EngelhauptyBianchi2001,BakerySpencer2004).LaMODenlasaguasnaturalespuedeserori-ginada por la descomposición del material biológico procedente de animales, plantas y microorganismos (Spenceet al.2011).

LadegradacióndelacalidaddelaguasubterráneaenMéxicoesunproblemacadavezmáscomúnenacuíferos urbanos o cercanos a actividades antrópi-cas,yenmuchosdeloscasosaúnsedesconocelacalidadquímicadelagua(EstelleryOrdaz2002).

Lacontaminacióndelaguapormateriaorgánicapuede generarse por vertidos urbanos, actividades ganaderas, así como por escurrimientos agrícolas e industriales.Lamateriaorgánicaconsisteenmillaresde componentes, como partículas macroscópicas, coloides omacromoléculas disueltas que puedencausar color, olor, sabor, el desarrollo de microorga-nismos patógenos o implicar la presencia de materia nobiodegradable (USEPA2004).Los principalesgruposdesustanciasorgánicaspresentesenelaguaresidualsonproteínas(40-60%),carbohidratos(25-50%)yaceitesygrasas(10%)(Mostofaet al.2007,ChandrappayDas2014).

La concentración demateria orgánica en elagua se determina directamente con la medida del carbono orgánico total (COT) e, indirectamente,midiendolacapacidadreductoradelcarbonoexis-tenteconladeterminacióndelademandaquímicade oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica deoxígeno(DBO).Sinembargo,noesposibleobtenerunresultadoexactodeltipodecompuestosqueseencuentraenella.

Latécnicausadaparacaracterizarlamateriaorgá-nicadisueltaeslafluorescencia3D.Lafluorescenciaes la propiedad de algunasmoléculas orgánicas einorgánicasdeliberarenergíaenformadeluzcuandosonexcitadasporunafuentedealtaenergíaluminosa,la cual eleva los niveles de energía de los electrones dentro de lamolécula (Baker yGenty 1999). Lafluorescenciadeaguassuperficialesosubterráneassin contaminar es generada de forma predominante porácidosorgánicos(húmicosyfúlvicos)yenmenorgradoporelgrupoaminoaromáticodeproteínasdelmaterialorgánicoresidualdeflorayfauna(BakeryGenty1999).LaMODtienecaracterísticasespec-trofotométricasdistintivasporloque,paratratarde

caracterizarla,laluzfluorescentequedespidehasidoinvestigadadurantemuchosaños(MopperySchultz1993,Coble1996,Mcknightet al.2001,Newsonet al.2001,WesterhoffyEsparza2001).

Enelanálisisporfluorescenciadeunamuestrademateria orgánicadisuelta se generaunamatrizdeexcitación-emisión(MEE)quecubrelongitudesdeondade200nm(longituddeondacortaUV)a500nm(luzazulverdevisible).Estodebidoaquelamuestrapuedecontenercentrosdefluorescenciaque se atribuyen a grupos naturales tales comomaterial húmico, fúlvicoyproteínasfluorescentes(Coble1996,WesterhoffyEsparza2001).Aunquese desconoce cómoestos centros defluorescenciaserelacionanconlaestructuraquímicadelaMOD,sereconocequelafluorescenciaesgeneradaporlosnúcleosaromáticosaltamentesustituidosyporloscompuestos de pesomolecular alto (Senesiet al.1989).

Las intensidades de los picos proteínicos y de los ácidos húmicos correspondientes a lamateriaorgánica natural podríanutilizarse para identificarelorigendelaMODyaqueelaguanaturalsincon-taminar tiene una relación 1:3 (picos proteínicos:picos húmicos) (Bakeret al. 2004).Mientras querelaciones mayores podrían indicar la presencia de contaminaciónantrópica.

En la década de los setenta, en el curso alto del río Lerma se propició un gran asentamiento de industrias.Desdeentonces, elValledeTolucaesunazonaindustrialmenteactivayconunaceleradocrecimiento urbano e industrial.Actualmente, elnúmero de industrias sobrepasa las 2500, lo queha provocado una explotación excesiva del aguaen los acuíferos, así como la contaminación de sus cuerposdeaguasuperficialporelvertidodeaguasresiduales y escurrimientos agrícolas (Jiménez-Moleón et al.2010).

En esta región se encuentran los acuíferos del alto Lerma,quecorrespondenalValledeTolucayalValledeIxtlahuaca-Atlacomulco.En1970seperforaron230pozosparacubrirlademandadeaguaenelValledeTolucayeldéfictdeaguaenlaCiudaddeMéxico.Sinembargo,lasobreexplotacióndelosacuíferoshacausadoefectosnegativos,talescomohundimientos,agrietamientos, reducción de los niveles freáticosydesequilibriohidrológicodelacuenca(Jiménez-Moleón et al.2010).

Como consecuencia de las descargas industriales y domésticasmunicipales, el agua superficial delValledeTolucaseencuentracontaminada.Debidoalascaracterísticasquepresentaelsubsueloenestazona, puede esperarse un deterioro importante en

MATERIA ORGÁNICA DISUELTA EN EL AGUA SUBTERRÁNEA DEL VALLE DE TOLUCA 255

lacalidaddelaguasubterráneaporlapresenciadeMOD.Sinembargo,dadosuheterogeneidad,laca-racterizaciónestructuralyfuncionaldelaMODesextremadamentedifícil.

La técnica defluorescencia tiene la ventaja deanalizarunamezcladefluoróforosdepropiedadesespectrales desconocidos en un amplio rango de longitudesdeondadeexcitación-emisión,ademásdeserunametodologíaconfiable,rápidaydebajocosto,norequierelargostratamientospreviosysólo senecesitaunpequeñovolumendemuestra.

ElobjetivodeestetrabajofueidentificareltipodeMODenel agua subterráneay laposiblecon-taminaciónantrópica,utilizandoespectroscopiadefluorescencia3D.

MATERIALES Y MÉTODOS

Zona de estudioElValledeTolucaselocalizaenelcentro-oeste

delEstadodeMéxico(Fig. 1).EstáseparadodelacuencadeMéxicoporlaSierradelasCruces.Formaparte de la cuenca del curso del alto del río Lerma y estárodeadodealtasmontañas,comoelNevadodeToluca(4690msnm).

Lazonadeestudiopertenecealaprovinciafisio-gráficaFajaVolcánicaTransmexicana,quesecarac-terizaporlapresenciadebasaltosfracturadosconaltapermeabilidad,intercaladosconmaterialescoráceo,

así como por la presencia de derrames de lava con tubificaciones.

El acuífero delValle deToluca está formadopor materiales detríticos con predominio de gravas, arenasyconglomeradosconmatrizarcillolimosa,aunquetambiénsepuedendiferenciarintercalacionesdehorizontesdepiroclastosytobas.Estosmaterialesdetríticos reposan sobre un basamento constituido pormaterialvolcánicoconsolidadocuyanaturalezaesvariable(VelázquezyOrdaz1994).

Enlosvalles,estasrocasvolcánicasfracturadasestáncubiertaspordepósitoslacustresyaluviales,cuyapermeabilidadesmuyvariable,porloqueseconviertenenacuíferosconfinadososemiconfina-dosconuncoeficientedealmacenamientobajo.Elmaterial piroclástico tiene alta porosidad, pero supermeabilidad es baja, en tanto que los depósitoslacustresdelPliocenoTardíosecaracterizanporsupocapermeabilidad(VelázquezyOrdaz1994).

Muestreo y análisisSe localizaron49fuentesdeabastecimientode

la zona delValle deToluca en losmunicipios deToluca, Metepec, Lerma, Ocoyoacac, San Mateo Atenco,TemoayayXonacatlán(Fig. 1).Elmuestreoserealizóentrelosmesesdemayoyjuniode2006,entemporadadeestiaje.Latomademuestrasparamateriaorgánica(DQO),asícomosupreservación,serealizaronsiguiendolosprocedimientosestablecidosporlaAPHA-AWWAWFPC(1992).

Leyenda

LacustreQlaQal Aluvial

Piroclasto volcánicoQpvDerrame de basaltos y andesitasQbaPiroclasto volcánicoTpvDerrame de basaltos y andesitasTba

Estado de México

Qba Qba

Qpv

Qal

Qla

QlaQla

Qpv

Tpv

Tpv

QpvQal

Qpv

Qla

QpvQpv

Qpv

Tba

Tpv

TpvQla

19.45

19.4

19.3

–99.7 –99.6 –99.5

19.35

19.25

19.15

–99.65 –99.55 –99.45 –99.4

N

Fig. 1. Localizacióndeláreadeestudioyubicaciónpuntosdemuestreo


Paralatomademuestrasseutilizaronfrascosdepolietileno previamente sumergidos en una solución deácidonítricodurante24hyenjuagadosconaguadestilada.Despuésde su recoleccióny transporte,las muestras se mantuvieron en refrigeración a 4 ºC hasta su procesamiento en el laboratorio (APHA-AWWAWFPC1992).

Parámetros in situA cada una de las muestras se le determinaron

lossiguientesparámetrosfisicoquímicosin situ: pH, temperatura(T),oxígenodisuelto(OD)yconducti-vidadeléctrica(CE).Serealizarontresmedidasporparámetroenformaconsecutivaysereportóelvalorpromediodelaslecturas.

Análisis de DQOElanálisisdecadaunadelasmuestrasserealizó

porduplicado.LaDQOsedeterminósiguiendoelprocedimientomarcadoporAPHA-AWWAWFPC(1992):Métododereflujocerrado/MétodoEspec-trofotométrico.

Análisis de fluorescenciaElanálisisdefluorescenciaserealizósiguiendoel

procedimientopropuestoporWesterhoffet al.(2001)yseutilizóunespectrómetromarcaPerkinElmer,modeloLS55.Enlacaracterizacióndelasmuestrasseobtuvieron45espectrosdeemisiónindividuales,los cuales fueron registrados a las longitudes de onda deexcitación(lexc)entre200nmy450nmylongi-tudesdeondadeemisión(lem)entre280y550nm. Además,seobtuvierontrestiposdeanálisisdefluo-rescencia:elprimeropertenecealperfildeMEE,elsegundo corresponde a los espectros de emisión y el terceroalosespectrossincronizados.

LosperfilesdelaMEE,asícomolosdeexplo-racióndelaemisión,fueronhechossobreunrangodelongitudesdeondadeexcitación(λexc=540nm)ydeemisión(λem=200nm).Lasmuestrasdeaguase analizaron a una concentración de 2mg/L deDQO(ajustadapordilución)yconunvalordepHde3,elcualseajustómediantelaadicióndeácidoclorhídrico.A290nm, se colocó unfiltro que seutilizóentodoslosanálisisconelfindeeliminarlasinterferenciasdelaluzdelpicodenominadoRaleighdesegundoorden(segundadeRaleigh).Losperfi-les de las MEE fueron corregidos, al restar a todos losespectroslaMEEdelaguadestilada(factordecorrecciónblanco)medidaduranteelanálisisdelasmuestrasconlafinalidaddeeliminarlainterferenciaqueprovocanlospicosdeRaman.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Parámetros in situLosparámetrosfisicoquímicosin situ de T y pH,

nomostrarongranvariaciónespacial(Fig. 2).LosvaloresbajosdetemperaturaydepHseidentificaroncercadelazonaderecarga(SierradelasCrucesyNevadodeToluca)yseincrementaendirecciónalflujodelaguasubterránea(Fig. 2a y 2b).DeacuerdoconlosvaloresdepHestimados,elaguaanalizadaesneutraalevementealcalina.LosvaloresmáximoymínimodepHfueron8.25y6.74,alcanzandounvalorpromediode7.12(Fig. 2a).Elvalormáximodetemperaturafuede25.8ºC,elmínimode14.3ºC y el promedio de 19.9 ºC (Fig. 2b).Respecto aloxígenodisuelto(OD),losvaloreslocalizadosenlazonaestuvieronenelrangode1.22mg/La7.8mg/Ly se observóquelosvaloresaltosseubicancercaalaSierradelasCruces(Fig. 2c).

Con relación a la conductividad se observan signi-ficativasdiferenciasespaciales.Elvalormásaltodeconductividadseencontróenelpozo33(598µS/cm) ubicadoenlazonaindustrialLerma,loqueindicaunmayor contenido de sólidos disueltosymuestraqueelaguaseencuentramásmineralizadaenestazona.Elvalormínimosepresentóenelpozo40(147µS/cm), mientrasqueelvalormediodedichaconductividadfuede299µS/cm.Lospozosenlosqueseobservaronlos valores mayores de conductividad se encuentran localizadosdentrode los límitesdelmunicipiodeLerma(Fig. 2c)ycorrespondenalospozosdemenorprofundidad.Porelcontrario, losvaloresbajosseobservaron en los límites del municipio de San Mateo Atenco y en parte de los municipios de Metepec y Xonacatlan,enlospozosmásprofundos(Fig. 2c).Losvaloresdeconductividadaumentanhacialapartecentraldelazonadeestudio,deformaparalelaalflujodeaguasubterránea(Fig. 2c),indicandoquelamineralizaciónaumentaconeltiempodecontactoenelacuífero.

Con la medida de la conductividad se evaluó el gradodemineralizacióndelaguaenlazonaestudia-da,porloque,deacuerdoconloespecificadoporRodier(1998),el10%delasmuestrasmostróunamineralizacióndébil,el33%mineralizaciónmediay el 57%mineralizaciónmedia acentuada. Lospozosenlosqueseobservaronvaloresmayoresdeconductividadseencuentranlocalizadosdentrodelos límites del municipio de Lerma y corresponden alospozosdemenorprofundidad;ademásdequelamayormineralización se encontró en lospozossujetosamayorexplotación.


Demanda química de oxígeno (DQO)LaNormaOficialMexicanaparaaguapotableno

establece una concentraciónmáximapermitida deDQOenelagua.Sinembargo,laOMS(1998)lofijaen20mg/L.Así,el51%delasmuestras(14perte-necientes al municipio de Toluca, cinco al de Lerma, tresaldeMetepecydosaldeSanMateoAtenco)presentóconcentracionessuperioresalos20mg/L,mientras que el resto de lasmuestras cumplieronconellímitedelaOMS(Fig. 3).LaconcentracióndeDQOmostróunvalorpromediode16.0mg/Lyfluctuóenunrangode1mg/La35mg/L.

LafiguradedistribucióndeDQOenelValledeToluca(Fig. 3)evidenciaquelasmayoresconcen-tracionesdeDQOselocalizanenlazonaindustrialde Lerma, Toluca y el municipio de Temoaya, dis-minuyendohacialaszonasderecarga.Estorevelalainfluenciadelaszonasderecargasobrelosvaloresde

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19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4

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19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4

19.45

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19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4

Tem

pera

tura

ºC

249.5

9

8.5

8

7.5

76.5

6

5.5

5

550

500

450

400

300

200

350

250

150

4.5

4

22

20

18

16

14

12

10

8

7

6

5

4

3

2

1

LeyendaPozo muestreadoRío

Nevadode Toluca

Nevadode Toluca


pH

Oxí

geno

dis

uelto

(ppm

)

Con

duct

ivid

ad e

létri

ca (m

S/c

m)


Nevadode Toluca


Nevadode Toluca

a b

c d

Fig. 2. Comportamientoespacialdelosparámetros in situ:a)temperatura,b)pH,c)oxígenodisuelto,d)conductividadeléctrica

19.45

19.4

19.35

19.3

19.25

19.2

19.15

19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4

DQ

O (m

g/L)

30

25

20

15

10

5

0Nevado

de Toluca


OMS-1998Límite permisible20

Fig. 3. Distribucióndelademandaquímicadeoxígeno(DQO)en el Valle de Toluca


DQOencontrados,yaquesepercibeunadilucióndelasconcentracionesdeDQOdesdelazonaderecarga,aumentandohaciaelcentrodelvalleyendirecciónalflujodeaguasubterráneayalcursodelríoLerma.

Fluorescencia 3DLaespectroscopiaporfluorescenciahasidouti-

lizada recientemente para tratar de caracterizar laMODdebidoalasimplicidadyfacilidadparadis-tinguirentreciertasclasesdemateriaorgánica,porloqueenesteestudioseconsiderólaaplicacióndeestatécnica.ConlosespectrosobtenidosseintentóestablecerelorigenantrópicodelaMODutilizandolasmedidasdefluorescencia,segúnlametodologíapresentadaporWesterhoff (2001).Conbase en laMEE,en la intensidadmáximarelativaentrecadapardepicosyenlapresenciaoausenciadeMOD,las49muestrasseclasificaronencincotipos:

Tipo I:muestras con dos picos proteínicos (AyB)dealta intensidaddefluorescencia (Fig. 4a),observadoenel26%delasmuestras.

Tipo II:muestras condospicosproteínicos (AyB)dealta intensidaddefluorescenciayunpicohúmico(C)asuderecha(Fig. 4b),observadoenel14%delasmuestras.

TipoIII:muestrascondospicoshúmicos(CyD)dealtaintensidaddefluorescencia(Fig. 4c),enel8% delasmuestras.

TipoIV:muestrascondospicosproteínicos(AyB)dealtaintensidaddefluorescenciaydospicoshúmicos(CyD)asuderecha(Fig. 4d),enel32%delasmuestras.

TipoV:muestrasconunpicoproteínico(B)dealtaintensidaddefluorescencia,enel20%delasmuestras(Fig. 4e).

Los resultados obtenidos en las muestras tipo I, II y V serían indicativos de contaminación antrópi-caenelaguasubterránea,debidoaqueendichasmuestras predominan los picos proteínicos A y Bdealtaintensidadyporlotantolarelacióndeintensidadesentreestosylospicoshúmicosparaaguasnocontaminadas1:3,nosecumple(BakeryGenty1999,Bakeret al.2004yMostofaet al.2007;Cuadro I).

LasMEE,queseobservanenlafigura 5, fueron obtenidas con las muestras de las fuentes antes men-cionadas.EnlosdiagramasMEE,sobreeleje“X”serepresentalalongituddeondadeemisiónde250a600nm,ysobreelejedelas“Y”,laexcitación,alongitudesdeondade200a420nm;laslíneasdecontornoylosnúmerosrepresentanlaintensidadde

lafluorescencia(enterceradimensión,3D)siendoparaesteanálisis50encadaMEE.

En el cuadro II se presentan las propiedades gene-ralesdelafluorescenciadelaguadelospozosconDQOmayora20mg/L,pozos13,23,24,25,41y45(Fig. 5a, b, c, d y f).LosperfilesdelaMEEdeestospozosse muestran en la figura 5.Conbaseenlosmapasob-tenidosporfluorescenciaseidentificaroncuatropicos(Cuadro II).ElpicoAfueidentificadoalongitudesdeondadeEx/Em=205-210/308-314;deacuerdoconlaposiciónenlaqueseencuentraelpico,lapresenciadeproteínas se considera como de posible origen antrópi-co(relacionadoconlasaguasresidualesmunicipales).ElpicoB,aligualqueelA,correspondealapresenciadeproteínas(LeenheeryCroué2003,Bakeret al.2004)yaquelasaristasdelespectrodefluorescenciaparaestoscompuestosfuerondeEx/Em=220-275/340-350nm(WesterhoffyEsparza2001,Bakeret al.2004).Porotro lado, el pico C tiene valores de longitud de onda de Ex/Em=205/434.5;estepico,segúnWenyWester-hoff(2003)corresponderíaalaregióndeácidosfúl-vicos.Finalmente,elpicoD,localizadoalrededorde Ex/Em=320-360/415-420,correspondeacompuestoshúmicos(Coble1996).

La relación de intensidades de los picos proteíni-cosyloscorrespondientesamateriaorgánicanatural(húmicosyfúlvicos)seasocianconunposibleorigenantrópicodedichamateriaorgánica,yaqueenelaguanaturalsincontaminarlarelacióndeestospicoses1:3(BakeryGenty1999,Mostofaet al.2007),comoseobservaenlamuestra41.Mientrasquerelacionesdeintensidad de los picos proteínicos mayores podrían indicar la presencia de contaminación antrópica, comoocurreenelrestodelasmuestras.

En la figura 6 se representa la distribución de la intensidaddefluorescenciadecadapicoenlazonadeestudio.EneldiagramadelpicoA(proteínas)laintensidaddelafluorescenciaesmayorenlazonain-dustrialdeSanMateoAtenco-Lermaydisminuyeendirecciónalflujodeaguasubterránea(Fig. 6a).Losvaloresmáximoymínimodeintensidadencontradosenelvallefueron820nm(pozo15)y45nm(pozo19).El74%delospozosseubicanentrelosvaloresdeintensidaddelpicoBde0a250nm(tonosazules), el26%restanteentre250y820nm(tonosverde,amarillo,naranjayrojo).

LamayorintensidaddelpicoB(proteínas)seloca-lizóenlaszonasindustrialesToluca,LermayOcoyoa-cac(Fig. 6b),enlospozos4(490nm),31(540nm)y44(620nm).LaintensidaddelpicoB,específicamenteen la muestra 41, respecto a su correspondiente en el picoCesmenor,porloquecumpleconlarelación1:3establecidaparaaguanocontaminada.El78%


Fig. 4. Tiposdefluorescenciaen3DencontradosenmuestrasdeaguasubterráneadelValledeToluca:a)TipoI,b)TipoII,c)TipoIII, d)TipoIV,e)TipoV

200

220

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260

280

300

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340

360

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400

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280 310 340 370 400 430 460 490 520 550Longitud de onda de emisión (nm)


Longitud de onda de excitación (nm)

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a b

c

e

d


CUADRO I. PROFUNDIDAD,PARÁMETROSin situ,DEMANDAQUÍMICADEOXÍGENO(DQO)YFLUORESCENCIA3DDELASMUESTRASDEAGUASUBTERRÁNEADELVALLEDETOLUCA

Pozo Profundidad m

in situ DQOmg/L

Intensidaddefluorescencia(mn)

T(ºC) pH CE(µS/cm) OD(mg/L) Pico A PicoB Pico C PicoD

PozosmunicipioToluca1 200 25.80 6.74 453 3.80 13 150 320.00 323 302.002 200 25.00 6.81 337 4.40 10 51.003 200 25.00 6.38 278 4.00 31 290 80.004 200 25.00 7.02 364 4.80 6 490.00 270 250.005 200 25.00 7.09 340 4.20 30 180 118.006 200 25.00 7.35 358 3.20 117 200 25.00 8.29 265 3.70 23 358.008 200 25.00 4.18 222 4.80 22 338.009 200 25.00 8.25 272 4.20 2 4510 200 18.10 9.90 334 3.20 10 90 62.00 91 25.0016 250 18.40 7.46 422 3.60 26 240 118.00 10019 * 17.40 7.36 325 3.37 24 45 152.0020 251 22.90 7.35 269 2.25 31 200 98.0021 250 18.30 7.32 325 4.60 24 60 52.0025 150 18.70 7.26 394 5.20 31 60 52.0026 * 20.80 7.36 245 2.73 28 210 110.0027 * 19.20 7.40 308 3.45 8 160 82.00 200 62.0028 * 18.60 7.22 250 1.98 29 78.0029 90 18.90 7.15 334 2.68 27 65 310.00 75 25.0030 * 19.00 7.15 233 3.65 32 111.00 12035 175 20.70 7.65 397 7.00 2 189 152.00PozosmunicipioMetepec11 110 18.00 6.82 241 3.20 21 5012 * 17.00 6.84 213 4.50 1 137.00 12313 300 16.50 6.28 282 4.90 25 60.0014 * 17.00 6.07 209 5.80 4 440 395.00 990 980.0015 300 17.50 6.26 177 2.60 7 820 305.0017 * 17.40 7.32 249 1.22 25 350 115.0018 * 17.40 7.36 325 4.22 32 84.00PozosmunicipioLerma22 200 20.30 7.22 341 5.00 27 130 71.00 6523 25 17.90 6.97 226 5.50 31 60 171.60 12.8924 4 19.70 7.60 380 4.50 34 171 61.70 9.9031 175 19.00 7.55 502 7.80 5 540.0032 280 21.00 7.66 415 5.50 28 90 60.00 10033 150 19.20 7.46 598 7.80 25 50.0034 210 22.10 7.50 389 3.80 25 65 50.00PozosmunicipioOcoyoacac36 300 17.00 7.62 195 5.60 1 440 170.00 410 92.0037 200 17.60 7.20 287 5.60 4 120 50.00 13848 150 14.30 7.48 294 6.60 15 300 120.0049 180 20.00 7.85 257 6.80 13 420 620.00 320 320.00PozosmunicipioSanMateoAtenco41 68 15.50 7.33 196 1.43 13 400 133.00 37342 * 17.50 7.10 203 1.36 2 360 149.00 397 100.0043 * 18.90 7.15 216 4.03 3 335.00 45544 * 22.70 7.40 213 5.19 6 620 270.00 65045 122 17.02 7.72 265 7.50 35 99.00 147 62.0046 175 17.01 7.70 278 6.50 20 248 95.00 250 65.0047 190 16.50 7.93 289 7.00 9 325 155.00PozosmunicipioTemoaya38 200 20.10 7.04 391 3.20 1 360 145.00 360 98.00PozosmunicipioXonacatlan39 210 24.60 7.16 166 4.00 201 105.00 152 48.0040 220 21.00 7.07 147 8.00 2 320 139.00 645 115.00

*no se tiene valor


200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

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200

220

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a

c

e

d


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420


f

b

Fig. 5. Matrizdeexcitación-emisióndelasmuestrascondemandaquímicadeoxígenomayora20mg/L:a)pozo13b)pozo23, c)pozo24,d)pozo25,e)pozo41yf)pozo45


Fig. 6. Distribucióndelaintensidaddefluorescenciadelospicosa)PicoA,b)PicoB,c)PicoCyd)PicoDenlazonadeestudio

850

950

850

750

650

550

450

350

250

150

50

750

650

550

450

350

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150

50

0

0

050

100150200250300

350400

450500

550600

19.45

19.4

19.35

19.3

19.25

19.2

19.15

19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4

19.45

19.4

19.35

19.3

19.25

19.2

19.15

19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4

ba


Fluo

resc

enci

a (n

m)

Fluo

resc

enci

a (n

m)

Nevadode Toluca


Nevadode Toluca

Fluo

resc

enci

a (n

m)

19.45

19.4

19.35

19.3

19.25

19.2

19.15

19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4


Nevadode Toluca

950

850

750

650

550

450

350

250

150

50

0

Fluo

resc

enci

a (n

m)

19.45

19.4

19.35

19.3

19.25

19.2

19.15

19.1–99.75 –99.65 –99.65 –99.45–99.7 –99.6 –99.5 –99.4


Nevadode Toluca

dc

CUADRO II. FLUORESCENCIA3DDELASMUESTRASDEAGUACONMAYORVALORDEDEMANDAQUÍMICADEOXÍGENO

Propiedades generales

Pozos

Lerma Toluca San Mateo Atenco

23 24 25 41 45Carbonoorgánicototal(mg/L) 19.41 15.14 15.33 9.53 7.93

pH 7.3 8.5 8.2 7.9 7.5Propiedadesdefluorescenciaintensidades/coordenadas(exitación/emisión(nm))

Pico A 60.00(210/311) 171.7(210/308) 60.5(205/314)PicoB 17.23(270/314) 61.76(270/309) 16.2(275/325) 133.8(275/318.5) 99.5(270/309)Pico C 373.6(205/434.5)PicoD 12.9(320/408) 9.9(345/415.5)


de las muestras cae dentro del rango de intensidad de fluorescenciaentre0a200nm,el22%restanteentre200y620nm.AligualqueelpicoA,laintensidaddelpicoBdisminuyeendirecciónalflujodeaguasubterráneayalcursodelríoLerma.

LamayorintensidaddefluorescenciadepicosC,asociada a la presencia de ácidosfúlvicos, se observó enlospozos14(990nm),ubicadoenelmunicipiodeMetepec,44(650nm),enlazonaindustrialSanMateoAtenco-Lermay40(645nm),enXonacatlan.Este últimomuycercanoalazonaderecargaMontede la Cruces(Fig. 6c).

El 75.5% de lasmuestras analizadas (37 entotal)seencuentranentre0y250nmdeintensidadde fluorescencia,mientras el 24.5% (12 de 49)entre250nmy990nm.Respecto a la intensidaddefluorescenciadelospicosD,elvalormayordeintensidadseobservóenlasmuestras14(980nm),49(320nm)y1(302nm).Laprimeraubicadaenelmunicipio de Metepec, la segunda en Ocoyoacac y laterceraenToluca(Fig. 6d).Deacuerdoconestosresultados,lamayorintensidaddelospicosidentifi-cadosseobservaenlaszonasindustrialesSanMateoAtenco-Lerma,TolucayelmunicipiodeMetepec,específicamenteenlazonacentrodeláreadeestudio.

CONCLUSIONES

LosparámetrosfisicoquímicosTypHnomostra-rongranvariaciónespacial,aunqueparaCEyOD,elrangodevariaciónespacialfuebastanteamplio.SololaCEexcedeellímitemáximoestablecidoporlaNOM-127-SSA1-1994(42%delasmuestras).El33%mostrómineralizaciónmediayel57%mine-ralizaciónmediaacentuada.

El 51% de lasmuestras sobrepasó el límitedeDQOpara aguapotablequeestablece laOMS (20mg/L).Poranálisisdefluorescenciaseidentificóla presencia de material proteínico y de origen natural enelaguasubterránea.

ConbaseenlaMEEyenlaintensidadmáximarelativa entre cada par de picos, así como por la pre-senciaoausenciadematerialorgánicodisuelto,las49muestrasanalizadasseclasificaronencincotiposdefluorescencia3D.

El pico A, asociado a proteínas se distribuye en la zonaindustrialdeSanMateoAtenco-Lerma.

ElpicoB,asociadoaproteínassedistribuyeenlazonaindustrialdeToluca,LermayOcoyoacac.

El pico C, asociado a ácidosfúlvicos se presenta enlazonadeMetepecyzonaindustrialdeSanMateoAtenco-Lerma.

ElpicoD,asociadoaácidoshúmicosseencontrópuntualmenteenMetepec,OcoyoacacyToluca.

Larelacióndeintensidades1:3entrepicospro-teínicos:húmicos,indicalaposiblecontaminaciónantrópicaenel60%delasmuestras.

AGRADECIMIENTOS

EstapublicaciónhasidoposiblegraciasalapoyofinancierodelaUniversidadAutónomadelEstadodeMéxico, a travésde laSecretaríade Investiga-ciónyEstudiosAvanzados,proyectos2005/2005y2506/2007U.

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http://water.epa.gov/drink/standardsriskmanagement.cfm

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CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA … · la posible interferencia de material inorgánico...

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