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INTRODUCCIÓN
En Bolivia, la minería es uno de los sectores que impulsa a la economía generando fuentes de empleo, esta actividad se desarrolla normalmente en la región occidental del país. Los operadores mineros se encuentran en el sector estatal, cooperativista y privado. Dentro de la minería privada los minerales extraídos más importantes son Zinc, Plomo, Estaño, Plata, Cobre y Oro. Las cooperativas mineras aportan el 16% de la cantidad total obtenida; donde los principales minerales explotados son Oro, Zinc, Estaño Plomo, Wólfram, Antimonio y Ulexita1. Mina Matilde es una mina en el Departamento de La Paz, Altiplano, latitud -15,76667° o 15° 46' sur Longitud -68,96667° o 68° 58' oeste y tiene una altitud de 4.118 m.s.n.m., fue uno de los yacimientos más importantes de zinc y plomo a nivel nacional, la explotación de este yacimiento data desde antes de la colonia. Entre los años 1925-1952 la propiedad minera fue explotada por la Compañía Hoschild y desde entonces el yacimiento ha pasado a propiedad de diferentes empresas. Actualmente la Cooperativa Minera Nuevo Potosí realiza labores de explotación del yacimiento gracias a un contrato de arrendamiento suscrito con la COMIBOL. Durante el auge de la minería, pasaban por la comunidad de Chaguaya, perteneciente a Puerto Carabuco (localidad y municipio de Bolivia, ubicado en la provincia Eliodoro Camacho del departamento de La Paz), 7000 toneladas de Zinc por mes proveniente de mina Matilde. Se tienen registros de una fuerte actividad minera siendo uno de los principales proveedores de Zinc a nivel mundial. Como consecuencia de la actividad minera de este sector2, se generaron drenajes ácidos de mina3 generando contaminación del lago Titicaca. En la actualidad aún se presenta el flujo de aguas ácidas que ingresan al lago desde el río Ichalaya.
El área de estudio fue delimitada en la Microcuenca del río Ichalaya, del cual forma parte la mina Matilde. En este sentido, se definió una red de monitoreo siguiendo los lineamientos de la guía operativa de monitoreo ambiental4, estableciendo puntos de muestreo para el estudio del cuerpo de agua los cuales son: estaciones de base ubicado un punto aguas arriba de la actividad minera, estaciones de tendencia donde se estudia el trayecto y el cauce del río con sus aportes, y estaciones de flujo4.
El muestreo se realizó en dos épocas, época húmeda y época seca. A partir de la información generada se establecerá la calidad del recurso hídrico de la microcuenca Ichalaya, mediante la categorización de las aguas según establece el Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica (RMCH), establecido por la Ley de Medio Ambiente, Ley N°13337.
EXPERIMENTAL
Materiales y métodos Descripción del área de estudio
El área de estudio se encuentra ubicada en la parte norte del occidente boliviano a 4300 m.s.n.m., entre las coordenadas 15°46’15,16” a 15°47’33,18” de latitud sur y 68°56’39,66” a 69°2’55,89” longitud oeste (Figura 1). Comprende a los cantones de Putina y Chaguaya que pertenecen al municipio de Carabuco de la provincia Camacho del departamento de La Paz. En esta región se encuentra el río Ichalaya que recibe las descargas de aguas acidas de la mina Mina Matilde, el curso del agua discurre hasta confluir en el lago Titicaca.
El estudio se realizó durante la época seca (junio 2022) y húmeda (marzo 2023) que corresponden a las estaciones anuales de la región y comprenden desde las estaciones de base, estaciones de flujo y de tendencia, lineamientos establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Puntos de muestreo
Los puntos de muestreo establecidos comprenden a la microcuenca del río Ichalaya donde se encuentra ubicada la Cooperativa Minera Matilde con dos bocaminas en operación: Bocamina Maravilla y Bocamina Matilde (Figura 2). Los drenajes de estas bocaminas que confluyen con el río Ichalaya están ubicados en cercanías al cantón Putina del municipio de Puerto Carabuco, de la Provincia Camacho del Departamento de La Paz. Este río desemboca en el lago Titicaca pasando por cercanías del cantón Chaguaya.
Los puntos de muestreo seleccionados en el área de estudio son 10: 8 puntos sobre el río Ichalaya y 2 puntos cercanos a las bocaminas Maravilla y Matilde, cuyas coordenadas se encuentran en la zona 19L y las mismas se presentan en la Tabla 1.
Instrumentos
Para la medición de parámetros fisicoquímicos in situ, se emplearon un equipo Hanna HI 98130, un equipo multiparamétrico ProQuatro 606963 previamente calibrado, un caudalímetro FLOWATH, y un GPS UTM GEOMAP 3.8.0.
Las muestras fueron tomadas en envases de polietileno, previamente lavados con la misma muestra de agua, etiquetados y preservados en un contenedor a 4 °C, en cada punto se tomó una muestra en un frasco de 100 mL para análisis de cationes y metales preservando las mismas con ácido nítrico, y en 3 frascos de 500 mL para análisis de aniones, sólidos, alcalinidad y acidez. Las muestras fueron transportadas inmediatamente desde la zona de estudio al laboratorio para realizar los análisis correspondientes.
Determinación fisicoquímica de parámetros in situ
Los parámetros fisicoquímicos determinados en campo son: pH, conductividad eléctrica, temperatura, oxígeno disuelto, potencial oxido-reducción y caudales como un parámetro físico (Tabla 2). Todas las mediciones se realizaron siguiendo los protocolos establecidos por Standard Methods para el análisis de agua y aguas residuales6.
Análisis de muestras
El análisis de las muestras en laboratorio se sintetiza en 4 grupos para realizar la determinación de: sólidos, aniones, cationes y metales, alcalinidad y acidez. Los parámetros analizados en laboratorio (Tabla 3) se realizaron en el Instituto de Investigaciones Químicas (IIQ) Carrera de Ciencias Químicas (CCQ) de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA), registrando las muestras y conservando las mismas a 4 °C.
El análisis de alcalinidad y acidez se realizó inmediatamente después del muestreo, empleando el método volumétrico de Análisis de Aguas Naturales y Residuales (Roodier) (5. El análisis de sólidos se realizó por gravimetría (Standard Methods) (6. El análisis de aniones se realizó por fotometría, utilizando el equipo Hach DR/2400. Finalmente, la determinación de cationes y metales se realizó por Absorción Atómica empleando el equipo Analytik Jena ContrAA 8006.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La campaña de muestreo del río Ichalaya en época seca se realizó el 07 de julio de 2022 tomando 10 muestras para el análisis en laboratorio; y en época húmeda el 10 de marzo de 2023 tomando solamente 9 muestras, esto debido a que el último punto de muestreo no presentaba un flujo de agua.
Figura 3 Muestreo Río Ichalaya y Mina Matilde - (a) Punto aguas arriba Río Ichalaya, (b) Salida de agua ácida Bocamina Maravilla, (c) Salida de agua ácida Bocamina Matilde, (d) Medición de parámetros Fisicoquímicos de aguas ácidas de Bocamina Matilde, (e) Muestreo en confluencia río Ichalaya Mina Matilde, (f) Muestreo Puente Chaguaya, (g) Punto DIM 10 antes de la descarga a Lago Titicaca época de estiaje, (h) Punto DIM 10 antes de la descarga a Lago Titicaca época húmeda
Las aguas del río Ichalaya son empleadas en actividades agrícolas, y esta es una de las razones por la que el caudal en época húmeda en el río Ichalaya disminuye. En la Figura 3 se muestra el curso de agua en las dos épocas, en el último punto antes del ingreso al lago Titicaca; en época seca se tiene un flujo de agua, sin embargo, el caudal es nulo en época húmeda. Por tal razón, este punto no se considera en época de lluvias.
En las Tablas 4, 5 y 6 se presentan los resultados obtenidos de los datos de campo, de los análisis en laboratorio de las dos campañas de muestreo.
Tabla 4 Resultados de mediciones de parámetros fisicoquímicos in situ
Nota: CE = Conductividad Eléctrica; T = Temperatura; ORP = Potencial Oxido Reducción; OD = Oxígeno Disuelto.
Tabla 5 Resultados de mediciones de sólidos en el cuerpo de agua
Nota: Ssed = Sólidos Sedimentables; SDT = Sólidos Disueltos Totales; SST = Sólidos Suspendidos Totales; ST = Sólidos Totales.
Tabla 6 Resultados de análisis de Acidez y Alcalinidad
Nota: Ac total = Acidez Total; Ac min = Acidez Mineral; Alc tot = Alcalinidad Total
Evaluación del cuerpo hídrico
A partir de los resultados obtenidos de los parámetros fisicoquímicos (Tabla 5) determinadas in situ (pH, conductividad eléctrica, potencial oxido reducción, oxígeno disuelto y temperatura), se puede establecer un diagnóstico preliminar del comportamiento del cuerpo de agua.
Con base en estos resultados se obtienen los siguientes gráficos (Figura 4) del comportamiento del agua en función al pH a lo largo del río Ichalaya hasta antes de la desembocadura en el lago Titicaca.
Figura 4. Variación del pH en el cuerpo del Río Ichalaya en la zona de estudio, época seca
En las aguas consideradas de línea base, se tiene condiciones óptimas alcanzando un valor neutro, tanto en época seca como en época húmeda; sin embargo, se observa una disminución drástica de pH a la salida de la bocamina Matilde, alcanzando un pH ácido igual a 3,75 en época seca, en cambio en época húmeda alcanza un valor de pH = 4,02, debido al incremento de flujo hídrico en la bocamina Matilde.
En el curso que sigue el río Ichalaya, éste se ve influenciado por las aguas acidas que se van neutralizando hasta llegar a valores de pH próximos a 7,00 antes de ingresar al lago Titicaca, esto se ve reflejado claramente con la precipitación de óxido férrico en todo el río hasta el último punto; esto ocurre en las dos épocas de estudio.
Los valores de acidez reportados en estos puntos, muestran que el aporte principal de aguas acidas son de la bocamina Matilde, ya que los valores de acidez (Tabla 6) son de 17,85 meq/L en época seca y de 22,16 meq/L en época húmeda, debido al pH ácido reportado en este punto también se tiene una acidez mineral alcanzando valores de 0,33 meq/L en época seca y de 0,07 meq/L en época húmeda.
Figura 4.(cont.) Variación del pH en el cuerpo del Río Ichalaya en la zona de estudio, época húmeda
Luego de este punto, la calidad del río Ichalaya mejora en su curso, lo que se corrobora con el incremento de la alcalinidad en el cuerpo de agua, llegando a alcanzar valores de 34,17 mg/L en época seca y 74,21 mg/L en época húmeda, estos valores corroboran el incremento del pH hasta alcanzar valores próximos a la neutralidad.
Figura 5. Variación de la conductividad eléctrica en el cuerpo del Río Ichalaya en la zona de estudio, época seca
En base a los resultados obtenidos de conductividad eléctrica (CE), Figura 5, se puede mencionar que en la parte alta de la micro cuenca, primer punto de muestreo, se tiene valores bajos de CE, el aporte principal para el incremento de este parámetro en el cuerpo de agua del río Ichalaya son los afluentes de las Bocaminas Maravilla y Matilde, generando una gran contribución de iones los mismos que influyen en la calidad hídrica del cuerpo de agua haciendo que los valores de conductividad sean muy altos, tanto por el ingreso del drenaje ácido como por la lixiviación de muchos de los pasivos mineros.
Figura 5.(cont.) Variación de la conductividad eléctrica en el cuerpo del Río Ichalaya en la zona de estudio, época húmeda
La CE en época húmeda es menor en comparación a la época seca, ya que en el punto de confluencia del río Ichalaya con los aportes de las bocaminas los valores reportados son 1919 µS/cm y 1106 µS/cm respectivamente. En el trayecto del curso de agua, por efecto de los aportes de distintos afluentes en el cuerpo de agua la CE disminuye alcanzando valores de 1200 µS/cm en época seca y 1048 µS/cm en época húmeda. Esta disminución es favorable pero los valores aún son elevados limitando de esta manera su uso.
Los valores de CE se corroboran con los resultados de Sólidos Disueltos Totales (TDS), presentados en la Tabla 5, ya que a la salida de la bocamina Matilde, se tiene un valor de 3108 mg/L y 2920 mg/L en época seca y en época húmeda respectivamente; debido al incremento de la precipitación fluvial se tiene una dilución generando una disminución de sólidos disueltos totales en época húmeda.
Los valores de sólidos sedimentables (SSed) y sólidos suspendidos totales (SST), son mayores en la bocamina Matilde, ya que el agua ácida arrastra tanto sólidos en suspensión como sólidos disueltos, generando precipitados color naranja; este precipitado llega a sedimentar alcanzando valores de 5,33 mL/L en época húmeda y de 1,40 mL/L en época seca, y los sólidos que no llegan a sedimentar quedan en suspensión en el cuerpo de agua, estos valores son de 98 mg/L en época seca y 50 mg/L en época húmeda. Debido a la presencia de esta cantidad de sólidos se presenta una turbidez color naranja a la salida de la Mina Matilde.
Los resultados de sólidos en los diferentes puntos de muestreo durante el trayecto del curso de agua mejoran considerablemente, hasta tener SST cercanos a cero, por lo que el agua en estos puntos es transparente y con baja cantidad de SSed.
Balance Iónico
A partir de los resultados de cationes y aniones obtenidos en los análisis de las muestras de agua del río Ichalaya, el balance iónico presenta valores menores al 10% [8] esto indica un buen control de calidad de los análisis realizados en laboratorio. En la Tabla 7, se presentan los cálculos realizados para el balance iónico tanto en época seca como en época húmeda.
Todos los resultados obtenidos de los análisis realizados son aceptables y satisfactorios ya que el porcentaje de balance iónico más bajo es de 0,16% y el más alto es 9,19%, tanto para la época seca como para la época húmeda.
A partir de los análisis realizados para aniones y cationes, se puede obtener los gráficos de Piper, donde se muestra las características de composición química de las aguas de la microcuenca Ichalaya (Figura 6).
El comportamiento del cuerpo de agua estudiado sigue la misma tendencia, aunque con variaciones en concentración, tanto en época seca como en época húmeda, presentando contenidos mayoritarios de calcio y magnesio como cationes, y con elevados contenidos de sulfatos como aniones.
Los diagramas de cajas y bigotes, que se presentan en la Figura 7, corroboran el predominio de la concentración de sulfatos, así mismo los cationes calcio y magnesio son significativos. Por lo tanto, se puede establecer que las aguas del río Ichalaya son Sulfato Cálcicas Magnésicas.
Los resultados obtenidos muestran una gran cantidad de sulfatos alcanzando un valor máximo de 50 mmol/L y 15 mmol/L como mínimo en época húmeda y seca; esto puede ser debido a las características que presentan las aguas de mina, con elevados contenidos de sulfatos que se incorporan al cuerpo de agua.
El predominio de Ca y Mg es similar y significativo; en época seca alcanza un valor de 10 mmol/L, pero en época húmeda supera los 10 mmol/L como valores máximos; sin embargo, los valores mínimos son aproximadamente de 1 mmol/L. Estos aportes de Ca y Mg al cuerpo de agua corroboran las características de las aguas de mina.
De manera similar, se analizaron en las muestras del cuerpo de agua los elementos Fe, Zn, Mn, As, Pb y Cd con el objetivo de conocer la magnitud de la contaminación de las aguas acidas, ya que a valores de pH bajos existe mayor presencia de iones en solución entre ellos los elementos ya mencionados. En la Figura 8 se presentan las concentraciones de cationes y metales en mg/L, descritos por cada punto de muestreo. En época seca, la concentración de calcio es mayor en comparación con la época húmeda; sin embargo, a pesar de que el magnesio predomina en ambas épocas, es mayor en época húmeda. Otro aporte significativo es el zinc, hierro y manganeso, en ambas épocas presentan el mismo comportamiento. En el trayecto que sigue el cuerpo de agua estudiado, la concentración de estos metales disminuye, principalmente por el aporte de distintos afluentes al cuerpo de agua del río Ichalaya. Las concentraciones de cadmio, plomo y arsénico son bajas como se observa en el gráfico de la Figura 8.
Clasificación por RMCH
Debido a las características de las aguas de procedencia minera, las descargas tienen un carácter acido, mismo que se manifiesta claramente en la medición del pH; por lo tanto, el cuerpo de agua estudiado, según los resultados de las mediciones realizadas será clasificado utilizando el Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica (RMCH), establecido en la Ley de Medio Ambiente, Ley Nº 1333 del Estado Plurinacional de Bolivia.
Tabla 8. Resultados comparados con el RMCH
En base a los resultados de comparación presentados en la Tabla 6, el cuerpo de agua estudiado sería clasificado como clase C, que corresponde al primer punto de muestreo del cuerpo de agua ubicado en la parte alta de la microcuenca; esta clasificación es debida a la concentración de zinc que presenta un valor de 0,93 mg/L superando los valores establecidos en el RMCH. Sin embargo, el resto de los puntos de muestreo presentan valores que superan la clase D de los límites permisibles del RMCH, debido a las descargas de las aguas acidas en el Río Ichalaya.
Se debe promover la conservación y el mejor uso del agua por parte de los actores de las actividades antropogénicas como minería y agricultura; mantener o mejorar la calidad del agua a lo largo de la microcuenca Ichalaya, todo esto con el fin de promover y proteger los usos deseables del agua.
CONCLUSIONES
Se realizó la caracterización y la clasificación según el RMCH del cuerpo de agua de la Microcuenca del Río Ichalaya
El área de estudio fue monitoreada desde los orígenes previos a la perturbación por descargas de aguas acidas, hasta la parte baja antes de la descarga del cuerpo de agua al lago Titicaca, generando una información significativa para la caracterización del cuerpo de agua estudiado.
La microcuenca del río Ichalaya suministra agua con fines agrícolas a las comunidades de Putina y Villa Molino; en época húmeda, los pobladores desvían las aguas hacia sus sembradíos, el mismo que contribuye a la disminución del caudal de agua; razón por la cual, en el punto de muestreo DIM 10 no se tiene agua en época húmeda. El comportamiento del pH en el cuerpo de agua estudiado presentó una buena calidad en el punto aguas arriba de la actividad minera; al confluir con los afluentes de la mina Matilde, el pH disminuye. En época seca el pH disminuye dramáticamente; sin embargo, en época húmeda la disminución es ligera. En el resto del trayecto del cuerpo de agua, el pH mejora debido al aporte de diferentes afluentes al cuerpo de agua hasta llegar a puntos cercanos al lago Titicaca; por otro lado, se observó precipitación de óxido férrico en el curso del agua.
Los cambios en los valores de CE fueron observados después de la confluencia con las descargas de las bocaminas Maravilla y Matilde. Como resultado del aporte de los afluentes ubicados aguas abajo del cuerpo de agua del Río Ichalaya la CE disminuye, pero no alcanza condiciones aceptables ya que la CE en el agua en los puntos de muestreo cercanos al Lago Titicaca aun es elevada.
En base a los resultados de los análisis de laboratorio y los análisis estadísticos realizados, se concluye que las aguas del rio Ichalaya presentan elevados contenidos de calcio, magnesio y sulfatos tanto en época seca como en época húmeda. Así mismo, se determinó elevadas concentraciones de hierro y zinc, que en el trayecto del cuerpo de agua del río Ichalaya van disminuyendo, esto como resultado de los aportes de afluentes presentes en la zona, como la precipitación del hierro durante el curso de agua.
La calidad del cuerpo de agua en función al Reglamento de Materia de Contaminación Hídrica muestra que las aguas consideradas nacientes presentan una categoría tipo C, sin embargo, para el resto del cuerpo de agua la categoría del cuerpo supera los valores de la clase D de los límites permisibles establecidos en el RMCH
