Boletín
Nº 203 - noviembre 2019
Estudio de contaminantes en
suelos busca acciones tempranas para proteger acuíferos
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Investigación
del Programa de Reinserción de Investigadores del CONICIT
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El Dr. Masís realizó un posgrado en ciencia de suelos en la
Universidad de Aarhus, Dinamarca.
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La protección del recurso hídrico en Costa Rica se ha
enfocado en el muestreo puntual y el análisis del agua para el consumo humano
proveniente de nacientes y pozos, ligados a acuíferos localizados a distintas
profundidades. Si bien es cierto este hecho es de fundamental importancia
porque permite conocer la calidad del agua en el sitio, monitorear solamente
estos cuerpos de agua impide atender de manera oportuna situaciones de
contaminación que se podrían prevenir.
Y es que la mayoría del agua que los costarricenses
tomamos proviene de acuíferos que podrían verse contaminados por sustancias
que viajan durante años e incluso durante décadas por las zonas insaturadas
del suelo antes de llegar a los mantos acuíferos que abastecen las
poblaciones.
Entre los principales contaminantes que se han
identificado se encuentran los nitratos, frecuentemente atribuidos a la
descomposición de la materia orgánica, el uso de fertilizantes nitrogenados y
al vertido de aguas residuales en el suelo. Dicho compuesto es controversial
debido a sus potenciales efectos adversos en la salud y a su alta movilidad
en los suelos. Entre otras causas, el
nitrato también se ha relacionado con enfermedades que provocan una
disminución en la capacidad de transporte de oxígeno por la sangre y hasta
con la presencia de cáncer gástrico. Otras sustancias de interés en los
suelos agrícolas son los agroquímicos o plaguicidas.
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Los muestreadores pasivos
concentran el plaguicida existente, algunos de ellos se ubican en los pozos
de captación de agua para consumo humano.
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Por su parte la agroindustria emplea el suelo como sumidero
para verter aguas residuales especiales cuando estas poseen altas cargas
orgánicas que imposibilitan su vertido en los cuerpos de agua superficial. En
el país existe un vacío técnico y legal que prevenga, mida y cuantifique la
calidad del agua del suelo que posteriormente se transporta desde el subsuelo
hasta los cuerpos de agua superficial y hacia los acuíferos.
En suelos urbanos ocurre que los drenajes sépticos son
diseñados con el fin de verter agua residual doméstica en el subsuelo, y no con
el fin de remediar las potenciales sustancias contaminantes. Por ejemplo, los
nitratos, los fármacos y las hormonas, estos últimos empleados en la salud y el
cuidado personal. Es importante señalar que aproximadamente el 75% de los
costarricenses están conectados a sistemas sépticos para el tratamiento del
agua residual, por lo cual este tema es de especial relevancia.
Ante esta situación el Dr. Federico Masís,
con el apoyo del Programa de Reinserción de Investigadores del CONICIT, está
investigando en la actualidad la lixiviación de contaminantes en los suelos
agrícolas y urbanos de la zona de protección de la naciente la Misión en Tierra
Blanca y de Cartago. El Dr. Masís junto con los investigadores Ing. Diana Zambrano,
Máster Aura Ledezma, Lic. Ricardo Ulate, Ing. Andrey Caballero buscan describir el proceso de transporte
y destino de nitratos y micro contaminantes orgánicos en un suelo agrícola y un
suelo urbano en esta zona de Cartago. Los investigadores buscan contribuir con
la generación de posibles soluciones al diseño de drenajes y las prácticas
agrícolas con el fin de prevenir la contaminación de los suelos, de acuerdo con
los hallazgos de su investigación.
Según lo que
establece la norma nacional de calidad de agua y la Organización Mundial de la
Salud (OMS), una concentración de nitratos, superior a los 50 mg/L en una
naciente o pozo, inhabilita su uso para consumo humano, lo que provoca más
escasez de este recurso, es por esto que el Centro de Investigación y de
Servicios Químicos y Microbiológicos (CEQIATEC) del Instituto Tecnológico de
Costa Rica, trabaja en el monitoreo permanente, haciendo uso de estaciones
experimentales, muestreos pasivos y el clásico muestreo puntual de las aguas
para su análisis posterior en el laboratorio.
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Con un lisímetro de succión portátil el agua pasa a las
botellas donde se recolecta el agua para su análisis posterior.
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Adsorción de contaminantes
Mientras trabajaba en su laboratorio en el CEQIATEC del
Tecnológico de Costa Rica, el Dr. Masís conversa
con nosotros y nos comenta un poco más sobre su proyecto:
"El suelo tiene una determinada capacidad de adsorción de
las sustancias, sin embargo, cuando por mucho tiempo la contaminación se
presenta en un lugar determinado puede sobrepasar esa capacidad de adsorción
y es entonces cuando la contaminación puede migrar a capas del suelo más
profundas", explica el científico.
Y es que
en nuestro país las características de los suelos provocan existencia de una
serie de procesos complejos en lo que se refiere a la filtración de los
contaminantes; las arcillas forman suelos estructurados y con grietas donde
se forman "macro poros" y es ahí donde los coloides facilitan el transporte
de las diferentes sustancias.
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"Por ejemplo, coloides en el agua del suelo como pequeñas
fracciones de materia orgánica y también la arcilla sirven como vehículos que
adsorben fuertemente los contaminantes y viajan a velocidades distintas a las
del agua, de esta manera la contaminación puede avanzar hasta otras capas del
suelo, pero no solamente las sustancias solubles pueden contribuir al transporte
de contaminantes sino también agentes infecciosos como los patógenos coadyuvan
a la propagación de la contaminación" agrega el experto.
El transporte de un contaminante depende de varias cosas, en
primer lugar, de la naturaleza química del contaminante, de la física e
hidrología del suelo y también de condiciones meteorológicas, como por ejemplo
la evapotranspiración y la lluvia, puesto que el agua representa el principal
vehículo en el cual se transportan las sustancias.
El Dr. Masís estima que "considerar
que algunos elementos se transportan igual que el agua es un error que se
comete frecuentemente, pero es necesario entrar en más detalles, no solamente
conociendo como se transporta el agua es como se entiende el transporte de un
contaminante, entonces para poder hacer la predicción, o sea modelar cuanto
tiempo va a tardar un contaminante en desplazarse, se debe conocer la
composición del suelo y su estructura, conocer la naturaleza química de la
sustancia y su interacción con el suelo, además de contar con sensores
electrónicos que permitan obtener datos en tiempo real, necesarios para poder
hacer la estimación".
Investigación
Para poder
monitorear condiciones meteorológicas como la precipitación y estimar la
evapotranspiración, que afectan la capacidad del suelo de filtrar y bioremediar el agua de contaminantes, el proyecto cuenta
con dos estaciones experimentales móviles equipadas con sensores para toma de
datos meteorológicos que además de información sobre temperatura, velocidad
del viento, humedad y radiación, cuentan con pluviómetros y sensores
instalados a varias profundidades en el suelo necesarios para la
investigación. Estos equipos envían
los datos de manera remota al laboratorio donde las bases de datos son
organizadas, y permiten contar con la información necesaria para la
predicción.
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La Licda. Verónica Hernández del
CONICIT conversa con el doctor Masís durante una
visita de seguimiento del proyecto.
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Para realizar el análisis tanto en el campo como en el
laboratorio, el investigador utiliza tecnología de clase mundial que le permite
recolectar datos de la manera más fidedigna posible. Incluso cuenta con equipos
diseñados y construidos por el grupo de estudiantes que le acompañan en el
proyecto, provenientes de distintas ingenierías del TEC.
El Dr Masís
está convencido de que siempre hay que ir más allá, "es difícil contar con toda
la información que requiere la investigación, ya que quienes aplican
agroquímicos en el suelo o vierten aguas residuales no están dispuestos a
compartir la información sobre que sustancias están aplicando. Por esta razón,
debemos buscar otros mecanismos para encontrar dichas sustancias en el
ambiente, como por ejemplo la utilización de concentradores en el campo y de
tecnología de masas para la cuantificación en el laboratorio de las sustancias
presentes", agregó el experto.
Como parte de la investigación para el estudio de suelos
urbanos, en el campus del tecnológico se ha desarrollado un sistema que
transporta aguas residuales domésticas y simula el funcionamiento de tres
drenajes sépticos construidos con diferentes especificaciones, uno según la
guía del código constructivo y otros con diferente granulometría y materiales.
Estos sistemas permiten simular lo que pasaría en una casa y permiten evaluar
lo que ocurre con respecto a los diferentes contaminantes que se liberan por
medio del tanque séptico convencional.
"Generalmente el tanque séptico, se dice que no funciona,
pero nadie lo ha evaluado con tanto detalle o a tratado de cambiar el enfoque de
disposición de aguas residuales en el subsuelo hacia un enfoque de remediación
de aguas previo a su disposición. Es necesario investigar lo que ocurre con el
nitrato que se libera al ambiente; este es, hasta donde conozco, el primer
proyecto en que se evalúa la concentración de nitrato, amonio, nitrito y de
micro contaminantes en drenajes sépticos", comentó el experto.
Se espera que esta investigación aportará información
relevante para la toma de decisiones con respecto a la calidad del agua que se
infiltra en el subsuelo ya que podría ser que ciertas sustancias que en este
momento no estén generando impacto, lo hagan por ejemplo en diez años o más.
Igualmente, los contaminantes que en este momento no están siendo problema
podrían ser un problema y afectar esa capacidad de regeneración de los
ecosistemas a futuro, sobre todo porque la concentración afecta mucho la
capacidad de bioremediación de los suelos.
El estudio representa una oportunidad para tomar acciones
tempranas para la protección de los acuíferos y cuerpos de agua en general,
incluso de la salud pública, debido a que establece, dentro los primeros dos
metros de profundidad del suelo, el límite de alerta temprana sobre el
transporte de posibles contaminantes en el suelo.
Proyecto colaborativo
Este
proyecto de investigación iniciado en mayo del 2018, ha incluido estudiantes de
diferentes especialidades dentro de los que destacan al menos cuatro
estudiantes de licenciatura en Ingeniería Ambiental, además de estudiantes de
Ingeniería Electrónica, Computadores y Mantenimiento Industrial. Ellos han
contribuido a la programación de códigos, diseño de circuitos, recopilación y
procesamiento de información, diseño y construcción de sensores y del sistema
de bombeo y recolección de muestras. Igualmente, se cuenta con la colaboración
de profesionales como la profesora Diana Zambrano Piamba
especialista en Ingeniería Sanitaria, el Ingeniero Ambiental Andrey Caballero Chavarría y el Químico Ricardo Ulate Molina. Se contó también con la colaboración de la
coordinadora del CEQIATEC, Noemy Quirós Bustos.