ANÁLISIS DE LA PRESENCIA DE METALES EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE

BOGOTÁ D.C Maira Alejandra Reyes Molina 1

Universidad de los Andes, Bogotá D.C, Colombia.

Resumen Hay metales tóxicos en el agua que, cuando exceden ciertos niveles en sus concentraciones, desencadenan afectaciones importantes en la salud de las personas. Como son metales que tienen implicaciones en salud pública, es muy importante realizar un análisis de la presencia de estos en el agua para consumo humano y en la red que la distribuye, determinar cumplimientos normativos y estudiar posibles tendencias espaciales y temporales que se estén presentando. Este artículo analiza la presencia de Arsénico (As), Cadmio (Cd), Zinc (Zn), Níquel (Ni), Selenio (Se), Plomo (Pb), Cromo (Cr) y Mercurio (Hg) en la red de distribución de agua potable de Bogotá, basándose en muestras tomadas entre los periodos académicos 2015-2 y 2018-2 por los estudiantes de pregrado del curso Evaluación y Auditoría ambiental en la Universidad de los Andes. De acuerdo con las direcciones domiciliarias de toma de muestra, se realizó el estudio para 8 localidades de la ciudad que contaban con 4 o más reportes de laboratorio del procesamiento de las muestras para metales. Las localidades analizadas fueron: Usaquén, Suba, Engativá, Fontibón, Chapinero, Teusaquillo, Santa Fe y Kennedy. Se elaboraron mapas para concentraciones, resumen estadístico e incumplimiento normativo, y se encontró que para los periodos de análisis se presentaron 5 casos de incumplimiento normativo, de los cuales 4 se dieron en un solo año (2018) y dos casos para una misma localidad (Teusaquillo), respondiendo a posibles indicios de tendencias tanto espaciales como temporales en la concentración de estos metales. Los metales que presentaron incumplimiento representan un riesgo para la salud pública, por lo que es necesario e importante seguir monitoreando y analizando la presencia de metales en la red de distribución de agua potable de la ciudad. Palabras clave: Metales, agua potable, localidades, salud pública. Abstract There are toxic metals in the water that may result in adverse health effects when their concentrations exceed the standard. Thus, it is very important to analyze the presence of metals in drinking water to determine regulatory compliance, and to study potential spatial and temporal trends. This study analyzes the presence of Arsenic (As), Cadmium (Cd), Zinc (Zn), Nickel (Ni), Selenium (Se), Lead (Pb), Chromium (Cr) and Mercury (Hg) in the drinking water systems of Bogotá, based on samples collected between the academic periods 2015-2 and 2018-2 by undergraduate students attending the course Environmental Assessment and Audit at Universidad de los Andes. The analysis was focused on 8 localities of the city that had 4 or more laboratory reports of metals concentrations. The localities analyzed were Usaquén, Suba, Engativá, Fontibón, Chapinero, Teusaquillo, Santa Fe, and Kennedy. Maps of metal concentrations were constructed, and a analysis of regulatory compliance was conducted. It was found that for the time-window analyzed, there were 5 cases of non regulatory compliance, four of which in the same years (2018), and two cases in the same locality (Teusaquillo). Hence, there are potential spatial and temporal trends in the concentration of these metals. The metals that failed to comply have major implications for public health. Therefore, it is necessary and important to continue monitoring and analyzing the presence of metals in the city's drinking water system. Keywords: Metals, drinking water, localities, public health

1. Introducción El agua potable es un recurso esencial y primordial para la vida, por lo que las personas deben contar con un suministro

propicio y adecuado del recurso para garantizar una calidad de vida óptima a la cual todos tienen derecho a acceder (OMS, 2011). Este recurso es fuente natural de micronutrientes y oligoelementos que en

ciertas cantidades desempeñan un papel determinante, como constituyentes de enzimas o como elementos que intervienen en la síntesis de las mismas. Niveles deficitarios o excesivos de metales esenciales pueden desencadenar daños para la salud. El zinc, cobre, selenio, cromo y manganeso son algunos de los oligoelementos esenciales para la vida. Sin embargo, el agua potable también puede contener metales pesados tóxicos que a ciertas concentraciones pueden desencadenar enfermedades que afectan directamente la salud humana (Calderón, 2000). La contaminación del agua potable por metales pesados es ocasionada de distintas maneras. Puede haber contaminación por procesos naturales, pues son elementos que se encuentran comúnmente en la corteza terrestre, fuentes antropogénicas (descargas industriales, aguas residuales domésticas y agrícolas), escorrentía de agua superficial cargada de metales pesados, entre otras (Chowdhury et al., 2016). La contaminación del agua para consumo humano por metales pesados y los efectos en materia de salud pública, son de gran interés e importancia debido a las implicaciones en calidad de vida y salud de la población (Chowdhury et al., 2016). Varios metales pesados pueden representar riesgo de cáncer y otras enfermedades en los humanos (como por ejemplo el arsénico As y mercurio Hg) (USEPA, 2015). Diferentes estudios han reportado efectos crónicos y subcrónicos de la exposición a metales pesados. El agua potable con metales pesados, ha afectado a más de 40 millones de personas en Bangladesh (Karim, 2000). También, en Japón, las aguas del río Jinzu contaminadas con cadmio, provocaron problemas renales en la población (Yoshida, 1999). Cuando los metales pesados en agua para consumo humano se encuentran por encima de límites permisibles de concentración, representa un riesgo para la salud de la población. Actualmente, la norma que regula la calidad de agua para consumo humano es la resolución 2115 del 2007, en donde se encuentran contemplados los límites

máximos permisibles de metales en agua para consumo humano. Sin embargo, a pesar de que en Colombia y específicamente en la ciudad de Bogotá se cuenta con normativa que regula la presencia de metales pesados en el agua potable, es importante analizar si la red de distribución de agua potable entrega un recurso en condiciones óptimas para consumo humano dentro del marco de metales. En este estudio por medio del análisis de muestras se determina si las concentraciones de los metales cumplen con la normativa vigente, y se estudia si existe alguna tendencia de presencia de metales sectorizada en la ciudad.

2. Métodos Para llevar cabo el trabajo y el respectivo análisis de la información, fue necesario en primera instancia recolectar los datos de los resultados de las muestras procesadas en el laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad de los Andes. Estas muestras fueron recolectadas entre los periodos 2015-2 al 2018-2 por los estudiantes de pregrado en el curso de Evaluación y Auditoría Ambiental dirigido por el profesor Juan Pablo Ramos Bonilla y se tomaron en distintos puntos de la ciudad de Bogotá D.C en las casas de los estudiantes seleccionados para este fin. Para el procesamiento de las muestras, el laboratorio realizó la técnica ICP-OES que cuantifica la presencia de metales por emisión atómica en equipos de plasma de acoplamiento inductivo (ICP), utilizando un detector óptico (OES). Una de las principales ventajas de la técnica utilizada por el laboratorio es que se pueden determinar todos los metales presentes en la muestra en un solo análisis (EPA, 2007). Los metales procesados por el laboratorio son los siguientes: Arsénico (As), Cadmio (Cd), Zinc (Zn), Níquel (Ni), Selenio (Se), Plomo (Pb), Cromo (Cr) y Mercurio (Hg). El reporte entregado por el laboratorio se basa en los límites de detección y cuantificación de los

equipos, por lo cual, el significado de la nomenclatura de la matriz de resultados es el siguiente:

• <a: Donde a corresponde al limite de detección y quiere decir que el valor bruto se encontraba por debajo del limite de detección

• “b”: b corresponde al valor bruto que

se encontraba por encima del límite de detección y por debajo del límite de cuantificación, razón por la cual se reporta el valor entre comillas.

• c: Donde c es el valor bruto que se

encontraba por encima del limite de detección y de cuantificación, en este caso se reporta el valor bruto.

Por recomendación del asesor de proyecto de grado, la posición mas conservadora para realizar análisis en donde los resultados están basados en los limites de detección y cuantificación del equipo, en el caso en que el valor se encuentra por debajo del limite detección y entre los dos limites, se toma la mitad del limite de detección para los análisis de las bases de datos. Organización de las bases de datos La organización de los datos se realizó con el fin de implementar un análisis de manera práctica considerando los objetivos de estudio, entre los cuales se encuentra determinar tendencias de concentraciones espaciales y temporales. Inicialmente, el reporte del laboratorio se encontraba clasificado en los periodos académicos en que se realizó la toma de muestras, los cuales fueron entre el 2015-2 al 2018-2. Para poder realizar un análisis espacial de la presencia de metales en la red de distribución de agua potable, se clasificaron las direcciones de toma de muestra en las distintas localidades de la ciudad, ya que es la principal división territorial práctica para realizar análisis espacial. En conjunto con el asesor de

proyecto de grado, se tomó la decisión de realizar análisis a aquellas localidades que contaran con 4 o más datos de concentraciones de metales; con esta consideración, las localidades involucradas en el análisis fueron: Usaquén, Suba, Engativá, Fontibón, Chapinero, Teusaquillo, Santa Fe y Kennedy. Con lo anterior, para realizar el análisis de tendencias correspondiente, la organización de la información se realizó para cada metal involucrado en el estudio, dividiendo las concentraciones entre las localidades descritas anteriormente. La posición conservadora, respecto a tomar la mitad del límite de detección, se aplicó a los datos clasificados entre las distintas localidades de interés. STATA Una vez organizada las bases de datos por metal, se realizó la comparación de los promedios de los grupos con la prueba de ANOVA utilizando STATA, en donde la hipótesis nula es que todos los promedios de las concentraciones entre las localidades son iguales y la hipótesis alternativa es que al menos uno de los promedios es diferente. También se analizaron las concentraciones de cada metal por cada localidad, con estadísticas como la media, desviación estándar, mínimo y máximo. Un valor estadístico adicional que se calculó fue la mediana. Comparación con normativa Para realizar la comparación con las normas colombianas, se tuvo en cuenta la resolución 2115 del 2007, por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano. En ella se encuentran contemplados los límites máximos de concentraciones de los metales que se estaban analizando, los cuales se presentan a continuación:

Tabla 1. Valores máximos aceptables en mg/L y ug/L de los metales analizados según normativa colombiana.

Metal Expresado como

Valor máximo

aceptable (mg/L)

Valor máximo

aceptable (ug/L)

Arsénico As 0,01 10 Cadmio Cd 0,003 3

Zinc Zn 3 3000 Níquel Ni 0,02 20 Selenio Se 0,01 10 Plomo Pb 0,01 10 Cromo Cr 0,05 50

Mercurio Hg 0,001 1 Los valores en miligramos por litro (mg/L) fueron tomados del cuadro No3 y No4 de la resolución referenciada anteriormente. Para realizar la comparación, se tuvieron en cuenta solo aquellos resultados que se

encontraban por encima del limite de detección y cuantificación, es decir, los valores brutos reportados por el laboratorio.

3. Resultados Mapas en Arcgis

a) Mapas de concentraciones de metales para los periodos comprendidos entre 2015-2 y 2018-2

En las bases de datos habían direcciones que se encontraban en mas de un periodo de análisis, por lo que estos puntos en el mapa tienen el color del periodo de toma de muestra mas reciente. Sin embargo, las concentraciones de todos los periodos se muestran en el punto, siendo el de la izquierda la concentración más antigua y el del extremo derecho el valor mas reciente reportado. Las direcciones que se encontraban en mas de un periodo de toma de muestra son:

• Cra 68 B # 98 A – 50, localidad de Suba Los periodos de toma de muestra fueron: 2015-2, 2016-1, 2016-2

• Calle 33 # 17-51, localidad de Teusaquillo Los periodos de toma de muestra fueron: 2015-2, 2016-1

• Carrera 72A Bis A # 11B-47, localidad de Kennedy Los periodos de toma demuestra fueron: 2017-2, 2018-1

Ilustración 1. Mapa de concentraciones de Arsénico

Ilustración 2. Mapa de concentraciones de Cadmio.

Ilustración 3. Mapa de concentraciones de Zinc.

Ilustración 4. Mapa de concentraciones de Níquel.

Ilustración 5. Mapa de concentraciones de Selenio.

Ilustración 6. Mapa de concentraciones de Cromo.

Ilustración 7. Mapa de concentraciones de Mercurio.

Ilustración 8. Mapa de concentraciones de Plomo.

b) Mapas de resumen estadístico de cada uno de los metales de análisis para cada localidad.

Ilustración 9. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Arsénico.

Ilustración 10. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Cadmio.

Ilustración 11. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Zinc.

Ilustración 12. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Níquel.

Ilustración 13. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Selenio.

Ilustración 14. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Cromo.

Ilustración 15. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Mercurio.

Ilustración 16. Mapa de concentraciones de resumen estadístico de Plomo.

c) Mapa de incumplimiento normativo.

Ilustración 17. Mapa de incumplimiento normativo, comparando con la norma colombiana, resolución 2115 del 2007.

Comparación con normativa

Tabla 2. Direcciones de toma demuestra con su respectiva localidad, que presentaron incumplimiento normativo colombiano.

Año Dirección toma de muestra Localidad Metal Concentración de la

muestra(ug/L) Estándar

colombiano(ug/L)

2015 KR 90 BIS # 76 -51 Engativá As 29,4 10

2018 KR 72 A Bis # 11B-47 Kennedy Ni 151 20 2018 CL 53 B # 18A - 33 Teusaquillo Pb 16 10 2018 CL 25 N° 34-10 Teusaquillo Pb 11,5 10 2018 KR 7A N° 145-13 Usaquén Hg 27,6 1

STATA

Ilustración 18. Prueba ANOVA para plomo, comparación entre las distintas localidades involucradas en el análisis.

Ilustración 19. Prueba Bartlett y bonferroni para plomo, comparación entre las distintas localidades involucradas en el

análisis.

El análisis estadístico de comparación de promedios entre las localidades, se realizó para todos los metales, sin embargo, se encontró que para el único metal en donde se rechazaba la hipótesis nula (como se muestra en las ilustraciones 18 y 19) era para el plomo y este es un resultado que se esperaba, dado que fue el único metal que contaba con dos incumplimientos normativos.

4. Discusión

El plomo, níquel, arsénico y mercurio son metales que muestran un incumplimiento normativo en los periodos de análisis. Los demás metales tuvieron concentraciones que cumplen con la norma colombiana para agua potable.

Plomo El plomo es un metal pesado que se produce naturalmente en la corteza terrestre. En el contexto de los efectos en salud pública, el plomo puede afectar el sistema nervioso central, renal, cardiovascular, gastrointestinal, musculoesquelético, endocrinológico, reproductivo, neurológico y sistema inmunológico (ATSDR, 2018). La exposición a niveles bajos de Pb puede afectar el desarrollo neurológico. Durante el desarrollo cerebral, el nivel de plomo en la sangre interfiere con procesos como el de migración de neuronas y la alteración de este tipo de procesos puede ocasionar que no se establezcan conexiones adecuadas entre las estructuras y generar que se alteren funciones cerebrales de manera permanente (ATSDR, 2018). Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) (2011), el plomo rara vez está presente en el agua del grifo como resultado de su disolución de fuentes naturales; su presencia se debe principalmente a los efectos del agua corrosiva en sistemas domiciliarios que usan tuberías, soldaduras o accesorios que contienen plomo (incluidos accesorios con aleaciones que tienen alto contenido de plomo) o en las conexiones de servicio a los hogares. La cantidad de plomo disuelto en el sistema de distribución depende de varios factores, incluidos el pH, la temperatura, la alcalinidad, la extensión de las tuberías y el tiempo de permanencia del agua; las aguas blandas y ácidas son las que disuelven más plomo (OMS, 2011). Dentro de los resultados encontrados en el análisis realizado para

plomo, se tiene que hay incumplimiento para una misma localidad (Teusaquillo) durante el año 2018. Lo anterior muestra indicios de posibles tendencias tanto temporales como espaciales del plomo en la ciudad de Bogotá, por lo que sería muy importante analizar y realizar seguimiento a este sector de la ciudad, dado que como se describía anteriormente, el plomo tiene implicaciones importantes en la salud de la personas. Además, se pueden tomar medidas para el control de las concentraciones de plomo. Algunas recomendaciones dadas por la OMS (2011) para el control de la corrosión son el ajuste del pH, el aumento de la alcalinidad o la dureza, o ambas, y la adición de inhibidores de la corrosión, como polifosfatos, silicatos y ortofosfatos. En el caso específico del plomo, cuando el agua es muy blanda (menos de 50 mg/l de carbonato cálcico), el pH óptimo es alrededor de 8,0 a 8,5. Por el contrario, la adición de ácido ortofosfórico o de ortofosfato sódico puede ser más eficaz, particularmente para combatir la disolución del plomo en aguas no ácidas. (OMS, 2011) Mercurio El mercurio inorgánico es la forma en que se encuentra este metal en el agua para consumo humano. Se ha demostrado que el mercurio inorgánico se metila en agua dulce y en agua de mar, pero se considera que casi todo el mercurio del agua de consumo humano no contaminada está como Hg2+; por lo tanto, no es probable que haya riesgo directo de consumo de compuestos orgánicos de mercurio, especialmente de los alquilmercuriales, por la ingestión de agua de consumo humano, aunque existe la posibilidad de que el mercurio inorgánico se transforme en metilmercurio.(OMS, 2011). La alta exposición al mercurio inorgánico puede causar daños en el tracto gastrointestinal, el sistema nervioso y los riñones. Tanto el mercurio inorgánico como

el orgánico son absorbidos hasta el tracto gastrointestinal y afectan a otros sistemas en el camino. (EPA, 2018). Según el resultado del laboratorio, la muestra se encuentra aproximadamente 27 veces por encima de la norma colombiana, dado que es el único caso de incumplimiento normativo, es necesario considerar variables que pudieron afectar el resultado como contaminación en la toma, transporte o análisis. Como la concentración es tan alta, antes de llegar a cualquier conclusión es recomendable realizar nuevamente análisis para el sector y lugar donde se presentó el incumplimiento normativo, teniendo en cuenta que se realiza en temporalidades diferentes. Níquel El níquel puede provenir de grifos recubiertos de níquel y cromo nuevos, y también pueden aparecer concentraciones bajas procedentes de tuberías y accesorios de acero inoxidable. La contaminación con níquel disminuye con el tiempo. Un aumento del pH para controlar la corrosión de otros materiales también debería reducir la contaminación por níquel. Según la ATSDR (Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades)(2018) es sumamente improbable que seres humanos se expongan oralmente a altos niveles de compuestos solubles de níquel en el ambiente, pues los efectos severos y crónicos en la salud por níquel corresponden a concentraciones en algunos casos 1000 veces mayor a lo observado normalmente en agua potable. Sin embargo, lo que se sabe de afectaciones de níquel en agua ha sido por pruebas en animales , debido a que, como se decía antes, es muy difícil que un ser humano se encuentre expuesto a tan altas concentraciones de níquel en el agua. Algunas de las afectaciones en animales incluyen enfermedades del pulmón en perros y ratas y afectaciones al estómago, la sangre, el hígado, los riñones, el sistema inmunitario y la reproducción de ratas y ratones (ATSDR, 2018).

Arsénico En el agua se presenta más como (+5), pero en condiciones anaerobias es posible que esté presente como arsenito (+3). Por lo general, se presenta en aguas naturales en concentraciones de menos de 1-2 g/l. Aparte de la exposición ocupacional, las vías de exposición más importantes son a través de los alimentos y el agua de consumo humano (OMS, 2011). Los signos de arsenicismo crónico, incluidos las lesiones dérmicas como la hiperpigmentación e hipopigmentación, la neuropatía periférica, el cáncer de vejiga y de pulmón, y la enfermedad vascular periférica, se han observado en las poblaciones que ingieren agua de consumo humano contaminada con arsénico. Las lesiones dérmicas es el síntoma observado más común y se producen después de periodos aproximados de exposición de por lo menos 5 años. Se observaron efectos sobre el sistema cardiovascular en niños que consumieron agua contaminada con arsénico (concentración media de 0.6 mg/l) durante un promedio de 7 años. (OMS, 2011) El Programa Internacional de Seguridad Química (IPCS) llegó a la conclusión de que la exposición de largo plazo al arsénico en el agua de consumo humano se relaciona causalmente con un mayor riesgo de cáncer en la piel, los pulmones, la vejiga y los riñones, así como cambios en la piel, como la hiperqueratosis y cambios en la pigmentación. El mercurio, plomo y níquel fueron los metales que presentaron incumplimiento normativo durante el año 2018 y representan el 80% de los datos que no cumplían con la norma colombiana. Dado que, son resultados obtenidos durante un mismo año, es una muestra de que se pueden estar presentando tendencias temporales en las concentraciones de estos metales y que deberían seguirse analizando durante el próximo periodo para analizar las posibles causas de estas concentraciones.

5. Conclusiones El análisis de la presencia de metales en la red de distribución de agua potable es de gran importancia, debido a que existe un grupo de metales pesados tóxicos que tienen implicaciones importantes en la salud pública. Dentro del análisis realizado para la ciudad de Bogotá, basándose en muestras tomadas en distintos puntos de la ciudad durante los periodos 2015-2 y 2018-2, se encontró que para algunas localidades se presentaba incumplimiento normativo en plomo, mercurio, níquel y arsénico. Sin embargo, el 80% de los datos de incumplimiento normativo se presentaron para un mismo año y el 40% en una localidad (Teusaquillo). Aunque para el análisis actual, no fue posible determinar con mapeo y análisis estadístico tendencias espaciales o temporales, el resultado nombrado anteriormente es un claro indicio de que estas tendencias se pueden estar presentando. Por esta razón, es importante hacer un seguimiento con un foco especial en estos metales, para analizar y concluir con una mayor recolección de datos y más periodos de análisis.

6. Bibliografía

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