Contaminacin ambiental en aguas y posibles efectos en
Contaminación ambiental en aguas y posibles efectos en los pobladores de la zona de influencia del yacimiento minero de Ponce Enríquez Ximena Díaz, Ph. D – William Johnson, Ph. D Escuela Politécnica Nacional Universidad de Utah Agosto 2015
Mapa de áreas mineras del sur del Ecuador (Tomado de Tarras-Wahlberg, 2001)
Tomado del libro: Geoquímica y Ambiente, Williams, 2001
20 Ponce Enríquez Tomado del libro: Geoquímica y Ambiente, Williams, 2001
Ponce Enríquez Tomado del libro: Geoquímica y Ambiente, Williams, 2001
Efectos de Contaminación de Arsénico Keratosis de la piel Tomado de internet
Resultados de Muestreos en Aguas Superficiales (Carling et al, 2013)
Resultados de Muestreos en Sedimentos (Carling et al, 2013)
Resultados en Aguas (Carling et al, 2013)
Resultados en Aguas (Carling et al, 2013)
Muestreo y Preparación de las Muestreo de aguas superficiales y subterráneas, así como de uñas de los pies. Acidificación de las muestras de agua – Campaña 2012.
Resultados de Mn en Muestras de Aguas Mn en pozos de aguas subterráneas en Tenguel y zona baja de Ponce Enríquez (Final report – Environmental Conflict: Mining and water in Ecuador, summer 2012 ).
Resultados de THg en Muestras de Cabello Hg total en cabello de personas que consumen agua de pozos (aguas subterráneas) en Tenguel y zona baja de Ponce Enríquez (Final report – Environmental Conflict: Mining and water in Ecuador, summer 2012 ).
THg en cabello de personas de zona baja de Ponce Enriquez THg en cabello en grupo de control (estudiantes de la U de Utah)
Resultados de As en Muestras de Uñas de los Pies Arsénico en uñas de los pies de personas que consumen agua de pozos de aguas subterráneas en Tenguel y zona baja de Ponce Enríquez (Final report – Environmental Conflict: Mining and water in Ecuador, summer 2012 ).
Por qué el Manganeso? • Poco conocido en el sistema de agua subterránea antes de la campaña de 2012 • Mn medido sobre el estándar secundario en 4 pozos de aguas subterráneas • Mecanismo: Mn llega al agua de pozo a través de procesos de reducción en el agua subterránea – Mucha cantidad de material orgánico de plantaciones de banano y cacao • Puede causar problemas reproductivos, así como problemas de desarrollo intelectual en niños. Es un neurotóxico.
Otras preguntas • Cuál es la extensión de contaminación del Mercurio en el agua? • Es el problema del Manganeso extenso espacialmente? • Están algunos elementos pesados acumulándose en las poblaciones?
Participantes
Sitios de muestreo San Rafael Cooperativa Israel Buena Vista La Raquel Flor Amarillal 15 de Octubre El Paraiso La Esperanza. Cacao N
COLECCION DE MUESTRAS / PRESERVACION
COLECCION DE MUESTRAS / PRESERVACION
Análisis Método de Análisis Metilmercurio Mercurio Total Metales ICP-MS/Isotópos de Sr Cromatografía Iónica Método de Análisis Parámetros de campo: p. H Conductividad Oxígeno disuelto Temperatura Presión barométrica ORP Alcalinidad - - - - Isotópos de H y O Peces Hg CVAFS Carbón Orgánico Disuelto Cabello Hg CVAFS Coliformes totales y E. Coli Uñas de pies ICP-MS
Isótopos de Oxígeno (18 O) y Deuterio (2 H) Gráfico de aguas subterránea y superficial en línea de agua meteórica, indicando poca o ninguna evaporación mientras el agua meteórica percola al acuífero d 2 H ‰ VSMOW 0 -20 -40 -60 -80 -15 -10 -5 d 18 O ‰ VSMOW 0
Conductividad vs. Alcalinidad Relación directa Alcalinidad (Ca. CO 3 moles/L) 0. 003 0. 0025 0. 002 0. 0015 0. 001 0. 0005 0 0 500 1000 Conductividad (m. S/cm) Agua superficial Agua subterránea 1500
La De La qu el Ra (E El l( ar illa m iso br e tu Oc ra Pa e) e) ab o) Gu aj as (P as aj (P Co l. G op ua pa e b ra a ra tiv o) nz cao a. I a. C Pl sr a ac nt ae ao at l io Pl n an Ga W ta el la t l io Ri n ve Sa Ca rd n na R o Bu af w ae l en ns tre l. W av i a s el Ch t m l ico a W of el Ch Ri l( v L Ga er a F ico up la or Ri s tu t ve re am na) ru ps tre of G al am a of Ch ico za C an ar Es p Es La th Flo r. A 15 El Balance de cargas indica que la composición del agua medida es representativa Ion Chromatography (IC) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Cationes Alcalinidad Aniones
Carbón Orgánico Disuelto (DOC) vs. Oxígeno Disuelto (DO) Dos grupos distintos de agua separados de acuerdo a DO pero no por DOC 6 DOC (mg/L) 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 DO (mg/L) 8 10 12
Manganeso (Mn) y Oxígeno Disuelto(DO) Concentraciones de Mn son altas a concentraciones bajas de DO, excepto cuando Mn está en forma de partículas 1 0. 9 0. 8 Mn (mg/L) 0. 7 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 0 0 1 2 3 4 5 6 DO (mg/L) Agua superficial – no filtrada 7 8 9 Agua superficial – filtrada 10 11
Elementos trazas como Particulados • La confluencia con el Río Chico tiene un efecto muy grande en el Río Gala como se muestra por la diferencia en los porcentajes aguas arriba y aguas abajo • Mayoría de elementos no están disueltos en los ríos, pero son acarreados como partículas • Filtración en los Ríos Chico y Gala bajaría las concentraciones por debajo de MCLs para Fe y Al pero no para As o Sb Porcentaje de Elementos Trazas en Particulados Gala aguas arriba de connfluencia Río Chico Gala en San Rafael aguas abajo de confluencia 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Mg Al K Ca Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Se Rb Sr Y Mo Ag Cd Sb Cs Ba Tl Pb U
Resultados Salud Humana y del Ecosistema • Manganeso en agua • Arsénico en agua • Antimonio en agua • Mercurio en agua superficial y agua subterránea • Manganeso en uñas de los pies • Mercurio en cabello humano • Mercurio en peces • Contaminación bacteriana
ar Es p La el qu Ra e) o) Gu ab aj as (P e) as aj (P l. G ua (E El l( illa ar br e iso ra tu Oc m r. A De Pa Co op bo er an at ) za iva Ca Bu Isr ca en ae o av l P la ist Ga n a. W ta la tio Ri e n l v S l Ga er an (se la do rv Ra Ri e w fa s ve ns el La rd tre F ow or am tu ns Ch na o t f. C ico re ) am hi Ri c Ch ve o of (fi ico ru Ch p Ri ico lt) st ve re (u ru am Ga nf p ilt st la o ) f. G re Ri a a v Ga m er la la o (fi up f. G Ri lt) s al ve t r a ea r (u up m nf st of ilt re ) Ch am ico of (fi Ch ico lt) (u nf ilt ) La th Flo 15 El Mn (mg/L) Manganeso en Agua Concentraciones fueron elevadas en la mayoría de sitios, particularmente en Flor Amarillal y Cooperativa Israel 1. 00 0. 90 0. 80 0. 70 Agua subterránea 0. 00 Ríos 0. 60 0. 50 0. 40 0. 30 0. 20 0. 10 MCL estándar secundario = 0. 05
Arsénico en Agua Muestras de Ríos exceden los niveles máximos de contaminantes (MCL) para arsénico.
Antimonio en Agua Muestras de Ríos exceden los niveles máximos de contaminantes (MCL) para artimonio
Mercurio en Agua Subterránea • En general, bajas concentraciones de THg y Me. Hg en aguas subterráneas • Relativamente alta fracción de Me. Hg, 10% y 50% en Cooperativa Israel y plantación de Cacao La Esperanza 10 THg o Me. Hg (ng/L) 1 0. 01 na ) el tu fa Fo r Ra av ist a( La Sa n Bu en an za La E Isr iva at sp ar ae l ) bo qu el Ra La Co op er (E El l( ar illa l. G ua ab o) Gu as m Flo r. A Oc De th 15 El Pa ra iso tu (n ea br e (P r. P as aj aj e) e) 0. 001 THg Me. Hg
Mercurio en Ríos • Concentraciones en ríos predominantente (> 90%) en partículas • Bajo Me. Hg (< 1 % THg) en ríos 1000 THg o Me. Hg (ng/L) 100 10 1 0. 01 La Esparanza Gala River Chico River Cacao downstream upstream of Plantation of Chico (filt) of Chico Gala (filt) Canal (unfilt) Chico River Gala River upstream of Gala (unfilt) Chico (unfilt) THg Me. Hg
Manganeso en Uñas de los Pies • No correlación directa entre Mn-uñas de pies y Mn-agua • Altos niveles de Mn fueron detectados en varias muestras, especialmente Flor Amarillal y Cooperativa Israel. 35 Mn uñas pies (ng/g) 30 25 20 15 10 5 0 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 Mn agua (ng/g) 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1 30. 0 Mn uñas pies (ng/g) 25. 0 20. 0 18. 0 17. 8 14. 4 15. 0 11. 2 10. 3 10. 0 5. 0 11. 7 7. 5 1. 1 0. 0 15 de Octubre Coop Israel (2) El Paraiso (5) Flor Amarillal La Esperanza La La Raquel (4) San Rafael (10) Control (4) (6) (2) Fortuna/Buena Vista (4)
Contaminación en Uñas de Pies • Al no es fisiológico. Elevados niveles de Al proceden de contaminación de suciedad en la muestra • Correlación directa de Al y Mn indican que altos niveles de Mn pueden resultar de contaminación
Mercurio en Cabello • Niveles elevados de mercurio fueron detectados en la mayoría de las muestras, especialmente en El Paraiso y San Rafael • Las muestras de control indican diferencias significativas entre los niveles de Hg en las muestras en Ecuador y USA 1600. 0 Hg en Cabello (ng/g) 1400. 0 1200. 0 1000. 0 800. 0 600. 0 400. 0 200. 0 1000. 0 787. 3 528. 3 382. 4 740. 6 288. 1 698. 4 398. 2 275. 2 100. 0 10. 4 La Fo (1 ad fa e n Ab ro Ra ue ng ni ar aq 0) 9) l( 5) l( 4) La R Sa Le rtu na / Bu La E en sp e a. V ra ist nz a a( (2 ) 6) l( illa Flo r. A m ar ra Pa El ae Isr op Co iso l( (5 2) ) (5 e br tu Oc de ) 10. 0 15 Hg en Cabello (ng/g) 10000. 0
09 -1 PL 14 -0 09 -2 PL 14 -0 09 -3 PL 14 -0 09 -4 PL 14 -0 09 -5 PL 14 -0 09 -6 PL 14 -0 09 -7 PL 14 -0 09 -8 PL 14 -0 09 PL -9 14 -0 09 -1 0 -0 PL 14 THg Peces R. Gala (San Rafael) (ng/g) Mercurio en Peces del Río Gala Elevados niveles de Mercurio fueron encontrados en varias muestras. 300 250 200 150 100 50 0
Resultados Microbiológicos • Coliformes están presentes en todos los 12 sitios muestreados. • Muestras en tres sitios tienen 30% de probabilidad de presencia de coliformes. • 9 sitios tienen 100% de probabilidad 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% W La E sp er ae l Isr op Co el l an La za Es W pe el l ra nz a. C an Sa n al Ga Ra la fa Ri el ve W rb el y. S l an Ra Bu fa Ch en el av ico ist Ri a. W ve ra el Ga t. L l la a. F Ri or ve tu ra na t. L a. F or tu na l W el el l aq u l. W el ar m La R illa e r. A Flo 15 de Oc tu br ra iso Pa El W W el l 0% E. Coliformes Totales
DISCUSIÓN ● Importante cantidad de Mn presente en aguas superficiales y subterráneas en múltiples sitios. ● Significativa cantidad de THg presente en aguas superficiales en sitios selectivos. ● Coliformes/E. Coli ampliamente dispersos en el agua subterránea
Condiciones que producen Mn disuelto: • Mn puede permanecer en solución bajo condiciones anóxicas • DO vs. Mn (A mayor DO, menor Mn disuelto) • Escala de potencial de oxidación - reducción: Bacteria empieza a consumir Mn cuando todo el oxígeno ha sido consumido. En este proceso, el Mn se reduce de 4+ a 2+. (Se observó misma correlación en Fe). Esta reducción permite al Mn permanecer disuelto en vez de precipitar.
Mn (mg/L) 1 0. 9 0. 8 0. 7 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 0 0 5 10 Locals of San DO Rafael (mg/L) • Concentración de Mn no es regulado en U. S. A. • El MCL de la EPA para Mn es de 0. 05 mg/L • Mn ingerido del agua, pero no de la dieta, ha sido asociado con elevadas concentraciones de Mn en cabello de niños, sugiriendo que la exposición al Mn por consumo de agua se metaboliza de modo diferente que el ingerido por la dieta 15 • Altos niveles de Mn encontrados a condiciones anóxicas o bajo DO • Bajos valores de DO en agua subterránea pueden contribuir a reacciones redox favoreciendo el Mn en solución
Efecto de la exposición a Manganeso por consumo de agua • Bouchard et al (2011) hallaron que la concentración de Mn en el cabello está asociada con bajo rendimiento intelectual y verbal • Exposición crónica a bajos niveles de Mn por ingestión de agua esta asociada a bajo rendimiento intelectual en niños • En el estudio de Bouchard et al (2011) el nivel de Mn del agua potable es 0. 0308 ppm (inferior al nivel máximo de la EPA). • Seis pozos analizados mostraron nieles que exceden los niveles de la EPA: El Paraíso, 15 de Octubre, Flor Amarillal, La Raquel, Cooperativa Israel y San Rafael.
la Ga ) ilt (u nf ) ilt un f a( t) ) ilt fil la ( (u nf Ga Ga l of Ch ico of of am am ps tre ru ve Ri ru ps tre co lt) (fi al Ca n Ch ico tio n Ch i m of re a up st am re of an ta Pl am ns tre ns t ve r Ri ve Ri ico Ch ow rd ve Ri o ca Ca rd ow ve Ri Ch ico la Ga an za THg o Me. Hg (ng/L) ● Río Chico es la fuente aparente de contaminación sp ar ● Contaminación significativa de THg en Ríos Gala y Chico La E Mercurio en los ríos 1000 10 1 0. 01 THg Me. Hg
Confluencia de los Ríos Gala y Chico Río Chico atraviesa el área minera de San Gerardo, Hay actividades de minería aluvial cerca de Shumiral. Todo esto antes de la confluencia de los ríos. La minería se percibe como la fuente primaria de sedimentos del río.
Comparación entre muestras filtradas y sin filtrar ● 96. 4% de THg en Rio Chico asociado a partículas mayores a 0. 45 micrones. ● 89. 4% de THg en Rio Gala asociado a partículas mayores a 0. 45 micrones. . ● Implementación de pozas de sedimentación/filtración en la confluencia Gala. Chico podría significativamente reducir la concentración de THg aguas abajo.
Mercurio en muestras de cabellos ● 6 muestras con niveles mayores que el fijado por la EPA (linea roja) ● La mayoria de muestras concentraciones más elevadas que el grupo de control de la Univeridad de Utah
Relación entre contenido de mercurio en muestras de cabello y agua ● De las 6 muestras de cabello en niveles más altos que los fijados por la EPA, 3 corresponden a pobladores de San Rafael. ● San Rafael está ubicado junto al Río Gala, donde la concentración de mercurio total es elevada relativa a otros sitios de muestreo.
Coliformes totales y E. Coli ● Coliformes encontrados en todo los sitios muestreados ● Seis de los sitios dieron positivo para la presencia de E. Coli
Significado de la presencia de Coliformes totales y E. Coli en aguas de pozos ● Presencia de coliformes en water sugiere contaminación por aguas servidas. ● Presencia de E. Coli en agua confirma contaminación por aguas servidas (fallas o ausencia de alcantarillas, pozas sépticas y/o letrinas). ● Las comunidades que utilizan estas fuentes de agua se beneficiarían directamente de sistemas de filtración y purificación.
Referencias Appleton, J. D. , Williams, T. M. , Orbea, H. , & Carrasco, M. (2001). Fluvial contamination associated with artisanal gold mining in the Ponce Enriquez, Portovelo-Zaruma and Nambija areas, Ecuador. Water, Air, and Soil Pollution, 131 (1– 4), 19– 39. Bouchard M. F. , Sébastien Sauvé, Benoit Barbeau, Melissa Legrand, Marie-Ève Brodeur, Thérèse Bouffard, Elyse Limoges, David C. Bellinger, and Donna Mergler, 2011, Intellectual Impairment in School-Age Children Exposed to Manganese from Drinking Water, Environ. Health Perspect. , 119(1), 138 -143. Gregory T Carling, Ximena Diaz, Marlon Ponce, Lester Perez, Luis Nasimba, Eddy Pazmino, Abigail Rudd, Srinivas Merugu, Diego P Fernandez, Bruce K Gale, William P Johnson (2013) Particulate and Dissolved Trace Element Concentrations in Three Southern Ecuador Rivers Impacted by Artisanal Gold Mining, Water, Air, & Soil Pollution, 224: 1 -16 Tarras-Wahlberg, N. H. , Flachier, A. , Lane, S. N. , & Sangfors, O. (2001). Environmental impacts and metal exposure ofaquatic ecosystems in rivers contaminated by small scale gold mining: the Puyango River basin, southern Ecuador. Science of the Total Environment, 278(1– 3), 239– 261. William, T. M. (2001) Geoquímica y Ambiente. Prodeminca, Ecuador. http: //www. eoearth. org/view/article/155465/ http: //scienceblogs. com/speakeasyscience/2010/06/20/our-poisonous-planet/ • •
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