ARTICULO ORIGINAL

NITROGEN POLLUTION ON GROUNDWATER RESOURCES OF

BELEN PITUTA B, GUAQUI TOWN-BOLIVIA.

*Guisbert H. Elvira a, Ramos R Oswaldoa , Gemio Romuloa, Quino Israela, Avila Claudiaa, Choque Rigoberto b, Flores Henry c

a Instituto de Investigaciones Químicas; Laboratorio de Hidroquímica, U.M.S.A., bEspecialidades Químicas I+D+I, c INRA.

*Autor corresponsal : eguish@hotmail.com

ABSTRACT

The evaluation of nitrogen pollution degree on groundwater was made from dry to wet season. NO2 -, NO3-, NH4+, NT, N-inorg y N-org were analyzed. The results show highs NH4+ oncentrations on groundwater (depth: 40 - 80m):0,006 mgL- 1 a 8,5 mgL-1 and lows concentrations of dissolve oxygen on the mostly wells (lowestvalue ≈ 0,8 mgL-1) being impossible an oxidation from NH4+ to NO3-. Only NH4+ it’s overpermissible limit of the law 1333 R.M.A.

Key words: nitrogen, ammonium, groundwater, pollution, Bolivia

RESUMEN

Se realizó una evaluación del grado decontaminación por nitrógeno en aguas subterráneas (prof.: 40 a 80m) en época seca y húmeda a través del análisis de NO2-, NO3-, NH4+, NT, N-inorg y Norg, encontrándose concentraciones altas de NH4+ disponible en aguas subterráneas, rango: 0,006mgL- 1 a 8,5 mgL-1 y una baja presencia de oxígeno disuelto en la mayoría de los pozos (≤ 0,8 mgL-1) frenando la oxidación de NH4+ a NO3

INTRODUCCIÓN

Las aguas subterráneas son una de las principales fuentes de suministró para uso doméstico riego en muchas artes del mundo y suelen ser mas difíciles de contaminar que las superficiales, pero cuando esta contaminación se produce suele ser mas difícil de eliminar. Se calcula que mientras el tiempo de permanencia medio del agua en los ríos es de días, en un acuífero es de cientos de años, lo que hace muy difícil su purificación. [1]

Tanto el estiércol acumulado como los pozos sépticos aportan nutrientes (N, P y K) a los acuíferos. Se calcula que si cada persona adulta produce al año 400 a 500 L de orina y 50 a 60 L de heces, el aporte de nitrógeno (N) en orina y heces es de 5 y 0,1 kgL-1 [2]. Los aportes de N tanto en estiércol como en desechos humanos son mayores que el resto de los nutrientes (P y K) [3], lo que aumenta su probabilidad de convertirse en fuente de contaminación en función de la profundidad de la napa freática.

Los procesos de oxidación-reducción de las especies nitrogenadas en el agua están influenciados por  fenómenos biológicos y en consecuencia los productos finales dependerán del número y tipo de organismos que intervengan en ellos.

Generalmente el NH4+ o el NH3 libre aparecen sólo como trazas en aguas subterráneas naturales, aumentando su concentración cuando el medio es fuertemente reductor. Dado que la presencia deNH4+ favorece la multiplicación microbiana, su detección en cantidad significativa en el agua se considera como indicador de contaminación probable de especies nitrogenadas.

Según estudios previos realizados con muestras de agua extraídas de un pozo somero dentro el área de estudio se determinó una media, a 20ºC, de 1,1x105 UFC/100ml de mesofilos aerobios y 50 UFC/100ml de escherichia coli, valores quesobrepasan los límites permisibles en aguas para consumo humano, (0 UFC/100 ml de coniformes fecales y mesofilos aerobios, según la O.M.S.) [4] En este trabajo se trató de realizar una evaluación del grado de contaminación de las formas de nitrógeno en aguas subterráneas dentro el área de estudio y al mismo tiempo determinar las fuentes naturales y/o antropogénicas causantes.

RESULTADOS Y DISCUSION

Resultados de formas de Nitrógeno mediante Mapas geo-referenciados SIG

Los resultados de las concentraciones de NO2-,NO3-, NH4 + y N total, se presentan en la tabla 2.1.

Se observa que los valores más altos pertenecen a NH4 en época húmeda y van disminuyendo de acuerdo a la profundidad se observa más claramente en el mapa SIG de la figura N| 2.1 de época húmeda donde se visualiza más claramente la forma de nitrógeno que se encuentra en mayor potporsión, cuerpo de agua y su posición geográfica en la región de estudio NO3 – en aguas superficiales (río Jacha Jauría y Lago Titicaca), también mayores concentraciones de NH4  en aguas subterráne (pozos perforados) y sub-superficiales (pozos excavados) durante laépoca húmeda

Durante la época seca, las concentraciones de NO2 son muy bajas, (% máx = 8), comparadas con otras formas de nitrógeno

Figura. N° 2.1 Imagén Sig en % meqL de formas de nitrógeno Epoca húmeda

Resultados de Concentraciones de NH4 vs.  Concentraciones O2 disuelto

En cuerpos de agua subterránea (Prof.: 40-80m) y sub- superficial (Prof.: 1-4m) se encontró bajas concentraciones de O2 disuelto y altas concentraciones en aguas superficiales. Este comportamiento es el que se esperaría encontrar debido a que los cuerpos de agua superficial tienen un aporte constante de O2 del aire a diferencia de los cuerpos de aguas subterráneas los cuales se encuentran atrapados entre astratos geológicos que impiden  un aporte de O2, en cuanto a los cuerpos de aguas sub-superficiales se puede decir que los mismos tienen un aporte moderado de O2 ya que se encuentran como máximo a una profundidad de 4 m.

Figura N° 2.2 O2 disuelto vs. NH4 época seca

En la figura N° 2.2 obtenida al graficar los puntos de muestreo en función de la concentración de NH4 y O2 (época seca), muestra un comportamiento inversamente proporcional en la mayoría de los puntos (aguas subterráneas y superficiales), es decir, puntos donde se determinó concentraciones bajas de O2 disuelto y concentraciones altas de NH4, en algunos puntos donde las concentraciones de O2 disuelto fueron altas, las concentraciones de NH4 fueron bastante bajas. Este comportamiento inversamente proporcional es corroborado  por los valores de potencial medidos que se encuentran entre moderado a altamente reductor (de -20 a -80 mV) Durante el proceso de amonificación se produce NH4 del ácido úrico, C5N4H3O3, (aves y ganado vacuno) y urea, CN2H4O, (derechos humanos), el cual se deposita en los suelos y luego pasa a los reservorios de aguas subterráneas mediante procesos de escorrentía.

En condiciones óptimas de oxidación se da el proceso de nitrificación. La ecuación química de este proceso es:

NH4 + 202à NO3 + 2H + H2O

A partir de esta ecuación se puede calcular la cantidad de NH4 total antropogénico aportada al acuifero donde:

NH4t = NH4 eq NO3 + NH4cd (Ec.I)

NH4T = NH4 total antropogénico aportado.

Eq = equivalente; c.d. = cuantificado disponible.

También se calculo el % de los proceos de nitrificación y amonificación de la siguiente manera:

                                               NH4 eq.NO

% Nitrificación= -------------------------------  * 100

                                               NH4T

                                               NH4 c.d.

                                               NH4

El resultado de estos cálculos se presenta en la tabla 2.2 es decir el NH4 total aportado al acuífero por punto y clasificadas según origen de pozo y tipo de agua superficial.

La Tabla N° 2.2 muestra que los porcentajes de amonificación son mucho mayores a los de nitrificación en casi todos los pozos perforados debido a las bajas concentraciones de O2 disuelto determinadas en los cuerpos de agua subterráneas profundas (Prof. 40- 80 m) existe un proceso de amonificación preponderante al de nitrificación y de manera contraria, en pozos excavados (Prof. 1-4m.) y agus superficiales.

También se puede observar que los valores de NH4 total son bastante grandes entre 2 a 8,6 mgL (límite permisible de NH4 en agua de clase A, 0,05 mgL)

Resultados de N-orgánico e inorgánico

En las tablas No 2.3 y No 2.4, se observa que los mayores % de nitrógeno orgánico (%N-org) se encuentran en pozos excavados (menor profundidad) y mayores % de nitrógeno inorgánico (%N-inorg) en pozos perforados (mayor profundidad).

A diferencia de los anteriores analitos, las altas y bajas concentraciones de N-org y N-inorg pueden justificarse por la influencia del río Jacha Jauría que es un afluente del río Tiahuanacu, donde descargan sus aguas las redes de servicio doméstico.

En los pozos donde las concentraciones de N-org son mayores se puede inferir que existe ausencia de bacterias (nitro bacterias y nitrosomas) que son las que generan los procesos de amonificación. (Conversión de N-org a N-inorg).

Como se vió anteriormente, los niveles de NH4 +(N-inorg) son bastante grandes (máximo, 8,5 mgL- 1) y considerando que este catión proviene de un proceso de amonificación, se puede deducir que los aportes de N-org desde la superficie hasta los acuíferos, provienen de los desechos tanto de animales como de humanos y que son bastante grandes.

Tabla No 2.4: Relación de profundidad con N-orgánico y N-inorgánico en pozos perforados.

Empleando la ecuación III, que suma las concentraciones de N-org determinadas con las de N-NH4 + disponible calculadas, se generan los datos de % N org. Total que se muestra en 4ta fila de la tabla No 2.3 y 2.4 aumentando considerablemente la proporción de N orgánico; esto muestra claramente que el N total cuantificado en los acuíferos proviene del N que se encuentra en los ácidos úricos y/o urea de los desechos

% orgTot N tal N N + N −*100 4 NH + Ec c. [III]

EXPERIMENTAL

Belén Pituta “B” se encuentra dentro el municipio de Guaqui, provincia Ingavi del departamento de La Paz, latitud Sur de 16° 35’ y latitud Oeste de 69º10´.

Se tomaron muestras en cuerpos de agua subterránea y superficial. Las muestras de agua subterránea son de pozos excavados (profundidad aprox. De 1 a 4 m) y perforados (profundidad aprox. Entre 40 y 80 m).

De las 23 muestras tomadas, 10 son pozos perforados (P), 6 de pozos excavados € y 7 son de agua superficial (R y/o L) (2, e1en el río Tujsa Jauría y 2 en el riachuelo y 2 en el Lago titicaca)

Figura No 3.1: Ubicación de puntos de muestreo

Metodología de análisis

Los análisis se realizaron en el laboratorio de Hidroquímica de la carrera de Ciencia Químicas de la U.M.S.A.

CONCLUSIONES

A partir de los resultados ontenidos en el presente estudio se puede concluir que: Se evidencia la existencia de una contaminación por en NH4

 En pozos de agua subterránea a profundidades de 40 a 80 m, de acuerdo al límite permisible del Reglamento de Medio Ambiental de la Ley Boliviana 1333.

Las concentraciones determinadas de NH4 son aportadas a los acuíferos a trasvés de los pozos sépticos y de los depósitos de estiércol vacuno que son recolectados y apilados cerca de los ´pozos de consumo doméstico.

Los pozos sépticos y los  depósitos de estiércol aportan N orgánicos a través de un proceso de escorrería, por efecto de la lluvia, hacia las bolsas de agua subterránea, sistema anaerónibo donde se genera un proceso de amonificación predominante al de nitrificación. Concluyendo así la existencia de contaminación antropogénica puntual.

Finalamente se puede concluir que las concentraciones de NO3 - y NO encueraos de agua subterránea (pozos excavados), sub.superficiales (pozos excavados) y superficiales (ríos y Lago Titicaca no sobrepasan los valores máximos permitidos por la O.M.S.

AGRADECIMIENTOS

Al jefe de laboratiori de hidroquímica,UMSA, Lic. Jorge Quintqanilla, por toda la colaboración brindada para la realización de este trabajo. Al M.Sc. Oswaldo Ramos al PhD Rigoberto Choque y al Dr. Rómulo Gemio por su constante guía y apoyo en todas las facetas de este trabajo. Al Ing. Geógrafo Flores  Henry por la colaboración en la creación de los mapas SIG.

1.- A. M. William (1993), Regional  Ground Water, 25, Vol.1.

2.- Fundación Friedrich Ebert Stiftung, SIDA, 1999;“Saneamiento Ecológico”        [ Links ]

3.- H.D. Foth, L. M. Turk, C.E. Millar, 1975 “Fundamentos de la ciencia del suelo” C.E.S.A        [ Links ]

4.- V  J. Arboleda (2000), 3ª Ed Tomo I, Univ. Minnesota, “Teoría y práctica a la purificación del agua”        [ Links ]

5.- A.C. Bratton y E.K. Marsh, 1939, J. Biol. Chem., 128 537 pp

6.- K.F. Grasshoff 1976, Methods of seawater Análisis” Verlar Chemie, 126-135pp

7.- J.C. Valderrama, 1981, “The simultaneous analysis of total nitrogen and total phosphorus in natural waters”, Marine Chemistry, 10, 109-122.

8.- J. Castro, 2003; “estudio de la desnitrificación de suelos en un bosque de neblina”, 11 pp.        [ Links ]

9.- Reglamento del Medio Ambiente, ley 1333, Bolivia.        [ Links ]

10.- APHA, AWWA, WPCF, 1992; “Métodos Normalizados” para el análisis de aguas potables y residuales. Ed. Diaz Santos, SA; pp4-199