Nota técnica

 

Programa de monitoreo y evaluación de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos

 

Program of monitoring and evaluation of TPBS in river basins and aquifers

 

Anne M. Hansen

 

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, México.

 

Dirección institucional de la autora

Dra. Anne M. Hansen
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Coordinación de Hidrología
Subcoordinación de Hidrología Subterránea
Paseo Cuauhnáhuac 8532, Colonia Progreso
62550 Jiutepec, Morelos, México
Teléfono: +52 (777) 3293600, extensiones 161 y 610
Fax: +52 (777) 3 29 36 00, extensión 620
ahansen@tlaloc.imta.mx

 

Recibido: 18/08/11
Aceptado: 30/04/12

 

Resumen

El objetivo de este trabajo es contribuir a la preparación de un programa nacional de monitoreo de vigilancia de Sustancias Tóxicas Persistentes y Bioacumulables (STPB) en cuencas hidrológicas y acuíferos. Se definieron los criterios y se recomendaron STPB "iniciales", cuyo monitoreo puede implementarse de forma inmediata sin cambios en regulaciones existentes e infraestructura, y STPB "emergentes", que si bien hasta la fecha no han sido considerados como contaminantes, se presentan en el ambiente y deben investigarse con mayor detalle antes de ser incluidas en programas de monitoreo de vigilancia. A través de búsquedas en Internet de páginas de universidades, centros de investigación y organismos públicos, se recopiló información de trabajos realizados sobre STPB. Se identificaron cincuenta instituciones que han estudiado STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos en México. En la mayoría de estos trabajos se estudiaron metales y plaguicidas, seguido por hidrocarburos poliaromáticos (HPA), bifenilos policlorados (BPC), dioxinas y furanos. Entre cuarenta STPB consideradas como relevantes para monitoreo de agua, sedimento y suelo por al menos tres países u organizaciones internacionales, se incluyen 38 regulaciones en México, siendo los más comunes HPA (13 sustancias), plaguicidas (12) y metales (3). Comparando esta lista de STPB con los trabajos publicados sobre muestreo y evaluación de STPB en México, aquí se proponen 15 STPB iniciales, teniendo en cuenta la posibilidad de incluir sustancias emergentes que así lo ameritan. Se propusieron sitios de monitoreo tanto prístinos como contaminados para diferentes regiones de México.

Palabras clave: sustancias tóxicas, persistentes y bioacumulables; sustancias prioritarias; sustancias emergentes.

 

Abstract

The objective of this paper is to contribute to the preparation of a national surveillance monitoring program for Persistent, Bio-accumulating, and Toxic, Substances (PBTS) in Mexican river basins and aquifers. Selection criteria were established and PBTS were recommended: "priority" PBTS for immediate implementation and "emerging" PBTS that historically have not been considered as contaminants are present in the environment but need further assessment before they are included in surveillance monitoring programs. For the priority list, PBTS were selected that allow for an immediate implementation without further investigation or changes of existing regulations and infrastructure. Information on work related to PBTS in Mexico was collected through Webpages from universities, research institutes, and public organizations. Fifty Mexican institutions were identified that carry out research on PBTS in river basins and aquifers. The most studied PBTS were metals and pesticides and, to a minor extent, Polychlorinated Aromatic Hydrocarbons (PAH), Polycyclic Benzenes (PCB), dioxins and furans. Among 40 PBTS considered to be relevant for monitoring water, sediments and soil by at least three different countries and international organizations, 30 are included in 8 Mexican regulations where the most abundant (13 substances) are PAH followed by pesticides (12), and metals (3). Comparing this list with published sampling and evaluation of PBTS in Mexico, a starting list of 15 priority PBTS was proposed, considering the inclusion candidate substances according to a previous assessment. Both pristine and polluted sites were proposed for different regions in Mexico.

Keywords: persistent, toxic, and bioaccumulative substances; prioritary substances; emergent substances.

 

Introducción

La contaminación por sustancias químicas en el ambiente puede causar efectos ecológicos y de salud, dependiendo principalmente de las características de las sustancias y del tipo de receptor (ecosistema, especies biológicas individuales, humanos, etcétera). La contaminación ambiental, en particular la del agua y su relación con la salud de la población, es uno de los problemas más importantes de atender en materia de agua (ONU-WWAP, 2003). Al respecto, la evaluación de la contaminación resulta ser un paso indispensable para solucionar problemas relacionados con riesgos a la salud y el ambiente. De manera tradicional, la evaluación de la contaminación del agua se lleva a cabo de manera local para un determinado sitio, pero no cuantifica la contaminación en toda la corriente o cuerpo de agua (Troldborg et al., 2008). Al considerar a la cuenca hidrológica como escala de estudio, a menudo se logra aumentar el control de las fuentes de contaminación (Meays et al., 2006) y proponer mejoras a las condiciones de las corrientes fluviales (Hansen y Corzo-Juárez, 2011). En México, la política hídrica ha establecido las cuencas hidrológicas como las unidades básicas para el manejo del agua, donde se ha colocado al uso para consumo humano en primer orden (Conagua, 2008). El agua para consumo humano se debe ajustar a las exigencias de calidad señaladas en la normatividad vigente (DOF, 2011). Esta normatividad incluye sustancias químicas, que se ubican dentro de la categoría de Sustancias Tóxicas, Persistentes y Bioacumulables (STPB). Por sus características fisicoquímicas, las STPB emitidas al ambiente pueden viajar largas distancias, tienen vidas medias largas, y pueden tener efectos adversos sobre los ecosistemas y la salud de las personas.

Por otro lado, México está comprometido a cumplir con las obligaciones derivadas de convenios internacionales sobre STPB, tal como el Convenio de Estocolmo (Fernández-Bremauntz et al., 2004) y en los programas regionales para el manejo adecuado de sustancias químicas de la Comisión para la Cooperación Ambiental de América del Norte (CCA) con la participación de nuestro país en el Tratado de Libre Comercio.

Para identificar las fuentes de generación de STPB, su transporte, transformación e impacto en los ecosistemas, es necesario establecer programas de monitoreo y evaluación de estas sustancias tanto en cuerpos de agua como en su entorno. La evaluación de STPB en matrices ambientales debe incluir el monitoreo de agua (subterránea y superficial), suelo y sedimento, y proveer una descripción general, coherente y comprensiva de la condición de estos medios.

Existen diferentes tipos de monitoreo y cada uno de ellos presenta diferentes objetivos. El monitoreo de vigilancia consiste en un programa de inspección, a través del cual se genera información general para evaluar el estado global del ambiente o de la salud, así como para evaluar cambios a largo plazo debidos a las actividades antropogénicas. El monitoreo operacional se realiza para todas las regiones que, sobre la base de la evaluación de impactos o monitoreo de vigilancia, están identificadas como en riesgo de no cumplir sus objetivos ambientales, y para aquellas en las que los contaminantes son descargados a través de fuentes puntuales. Mientras que el monitoreo de investigación se recomienda llevar a cabo cuando es desconocido el exceso en concentración de contaminantes o cuando los monitoreos de vigilancia indican que los objetivos ambientales para un medio específico probablemente no serán alcanzados y cuando aún no han sido establecidos monitoreos operacionales. El monitoreo de investigación debe servir para determinar las causas que no permitieron alcanzar los objetivos ambientales, así como para determinar la magnitud y los impactos de la contaminación no intencional (Hansen et al., 2006).

En este trabajo se propone un programa de monitoreo y evaluación de vigilancia de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos, basado en la revisión de este tipo de programas en otros países u organizaciones, la normatividad nacional e infraestructura existente.

 

Metodología

Un programa de monitoreo de vigilancia de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos debe considerar la selección de STPB a monitorear, los medios ambientales y sitios potenciales para su implementación.

 

Selección de STPB

En 1982, la Unión Europea definió una lista con 129 sustancias prioritarias para agua (CEC, 2006). Fue cuestionada la relevancia de la inclusión de varias de estas sustancias en programas de monitoreo y los análisis rutinarios del elevado número de STPB causó costos analíticos exorbitantes. A partir de esta experiencia, la estrategia fue de compilar listas cortas y manejables de contaminantes con relevancia indiscutible para la contaminación del agua, a fin de medir o monitorear de forma adecuada la reducción de emisiones. Los principales criterios utilizados para definir las 25 sustancias prioritarias listadas en el actual Marco de Agua de la Unión Europea (European Parliament, 2001) son:

1. El peligro potencial inherente de cada sustancia (toxicidad, persistencia y bioacumulación) (BMU, 2004).

2. La ocurrencia actual (exposición) de las sustancias en el ambiente y riesgos conocidos para ciertos ecosistemas y seres humanos.

Lo anterior demuestra claramente que, por razones prácticas y económicas, la lista de sustancias debe ser razonablemente corta. Asimismo, no necesariamente se aplican los mismos criterios para agua subterránea, agua superficial, sedimento y suelo, y no deben considerarse las mismas prioridades que para otros países u organizaciones.

Para la identificación de sustancias a considerarse en un programa de monitoreo y evaluación de STPB en México, en este trabajo de utilizó la secuencia metodológica ilustrada en la figura 1. Esta metodología incluye cinco etapas, que se describen a continuación.

Etapa 1. Se seleccionaron aquellas STPB consideradas en criterios internacionales para su monitoreo. Para ello, se recopilaron y analizaron las listas de sustancias que cumplieran con los criterios de ser tóxicas, persistentes y bioacumulables, y que han sido definidas internacionalmente como STPB relevantes para monitoreo (cuadro 1).

Etapa 2. Entre las STPB definidas en el ámbito internacional, se identificaron aquellas donde al menos tres instituciones u organizaciones internacionales hayan especificado concentraciones límite para agua subterránea, agua superficial, suelo o sedimento. El resultado fue una lista preliminar de STPB internacionalmente relevantes para estos medios.

Etapa 3. Considerando la importancia de iniciar el programa de monitoreo de STPB sin necesidad de realizar investigaciones preliminares, cambios en la normatividad o infraestructura existente, se identificaron las STPB incluidas en normas y criterios mexicanos, cuyo monitoreo puede ser implementado de manera inmediata. Estas STPB cumplen con los siguientes criterios:

• Se conoce que afectan o podrían afectar la calidad del agua subterránea, agua superficial, suelo o sedimento, o la salud humana.

• Existen o pueden establecerse con facilidad criterios o límites de referencia.

• Se garantiza la exactitud de los métodos analíticos.

• Se tiene capacidad humana e infraestructura para llevar a cabo análisis de rutina y pueden ser incorporados en programas existentes de monitoreo.

Se recabó información sobre el último criterio mediante consulta de publicaciones científicas y gubernamentales, que fueron buscadas en bases de datos o páginas oficiales de universidades, centros de investigación, e instituciones federales, estatales y municipales, disponibles en Internet.

El resultado de aplicación de los cuatro criterios fue una lista inicial de STPB.

Etapa 4. Paralelamente se pueden incluir otras STPB en una lista de sustancias emergentes para su futura evaluación. Como procedimiento para evaluar su inclusión se proponen los siguientes:

• Muestreos y evaluaciones preliminares que indican que existen concentraciones elevadas en regiones de interés.

• Existencia de fuentes contaminantes o descargas de las sustancias emergentes en regiones de interés.

• Definición de concentraciones máximas permisibles para diferentes matrices ambientales a través de criterios TPB.

• Métodos analíticos y estándares de calidad. Un problema para la evaluación de STPB se presenta cuando las concentraciones de referencia son inferiores a los límites de cuantificación de los métodos analíticos. Por ello, antes de incluir nuevas STPB en la lista de sustancias emergentes o en programas de monitoreo deben definirse los métodos de muestreo y de preparación de muestras, para su extracción y análisis. Además, para garantizar resultados confiables y comparables, deben definirse estándares de calidad, y límites de detección y cuantificación.

• Criterios ecológicos y para salud humana, así como concentraciones de referencia de STPB.

• Presupuesto para el monitoreo. Dado que los costos de monitoreo son altos, antes de incluir una sustancia en el programa de monitoreo debe considerarse la importancia del resultado esperado. Esto significa que una sustancia puede cumplir con todos los criterios TPB, pero por razones económicas podrían tener prioridad otras sustancias, sobre todo cuando el presupuesto es limitado.

• Definición de responsabilidades. Por consenso entre las partes se debe precisar quiénes definirán las STPB a incluir en el programa de monitoreo y quiénes serán los responsables de su monitoreo tanto en el nivel federal, estatal y municipal como en la sociedad, y qué sustancias emergentes deben incluirse en la lista de sustancias.

Etapa 5. Revisión de la lista de STPB. Para evitar gastos innecesarios de análisis, la lista de STPB debe ser reevaluada con cierta frecuencia, considerando tanto los resultados del programa de monitoreo como la inclusión de sustancias emergentes.

 

Selección de sitios de monitoreo

El programa de monitoreo de STPB en agua, sedimento y suelo debe incluir tanto sitios afectados por actividades humanas como sitios de referencia o prístinos. Se aplicaron los siguientes criterios para la selección de sitios afectados:

• Población ≥ 30 000 habitantes.

• Uso de suelo agrícola > 50% en un radio de 20 km a partir del punto de monitoreo.

Asimismo, para los sitios prístinos se siguieron los siguientes criterios (van Afferden et al., 2003):

• Población ≤ 30 000 habitantes.

• Uso de suelo agrícola ≤ 20% en un radio de 20 km a partir del punto de monitoreo, o elevación > 1 000 m.

• Uso de suelo agrícola ≤ 50% en un radio de 50 km o elevación de 500 m.

Para sitios tanto afectados como prístinos, se buscó que tuvieron accesibilidad o cercanía a estaciones de programas existentes de monitoreo de contaminantes. Entre los programas de monitoreo de contaminantes se consideró la Red Nacional de Monitoreo (RNM) de la Comisión Nacional del Agua (Conagua, 2011), donde desde 1970 se monitorea la calidad fisicoquímica y microbiológica de agua subterránea y superficial en cuencas hidrológicas. La infraestructura y logística existente de la RNM puede representar una excelente base para incluir el monitoreo de STPB, ampliando así la lista de parámetros que actualmente se evalúan.

 

Resultados

Selección de STPB

Acorde con los criterios PBT (cuadro 1) Hansen et al. (2006) identificaron más de 133 STPB consideradas por distintos países u organizaciones internacionales. Entre estas STPB, cuarenta están clasificadas como de importancia en al menos tres países u organizaciones internacionales (cuadro 2). Entre 33 STPB consideradas en normas y criterios mexicanos para calidad de agua subterránea (DOF, 2001a y 2009), agua superficial (DOF, 1989, 1997, 1998 y 2000) y suelo (DOF, 2003, 2005a, 2005b, 2007), se incluyen treinta de las cuarenta STPB de importancia internacional (cuadro 2). Se propone que estas treinta STPB representen la lista base para el programa nacional de monitoreo de agua, sedimento y suelo.

Sin embargo, no todas estas STPB tienen la misma relevancia para las diferentes matrices ambientales, por lo que a continuación se definen las STPB relevantes para los medios de interés en este trabajo.

 

Lista inicial de STPB para agua

En regulaciones de Europa (BMU, 2004; UBA, 2005), Estados Unidos (USEPA, 2009) y Canadá (Environment Canada, 2003), se identificaron cincuenta STPB con criterios ecológicos y métodos analíticos para agua (cuadro 3). De éstos, seis se incluyen en las regulaciones de al menos tres países u organizaciones, así como en la normatividad mexicana (cuadro 4).

Se identificaron 154 referencias sobre STPB en cuerpos de agua superficial en México, mismos que se relacionan principalmente con plaguicidas y metales (cuadro 5). Esto sugiere que existe suficiente infraestructura para el monitoreo de estas sustancias (cuadro 4).

La principal fuente de agua para abastecimiento público en nuestro país es el agua subterránea, que representa 37% del consumo total (Conagua, 2011). En regulaciones sobre agua potable a nivel internacional se especifican concentraciones límite y métodos analíticos para 38 STPB (Environment Canada, 2003; USEPA, 2005b; WHO, 2004; European Parliament, 1998) de los cuales los siguientes se repiten en tres o más países u organizaciones: cadmio, plomo, mercurio, atrazina, benzo(a)pireno y metoxicloro.

Estas STPB están también incluidas en la normatividad nacional relacionada con la vigilancia y evaluación del control de calidad del agua para uso y consumo humano, distribuida por sistemas de abastecimiento público (DOF, 2001a), donde se especifican 11 STPB, o en los considerados para recarga artificial de acuíferos (DOF, 2009), donde se especifican veinte.

Para agua subterránea se propone considerar las 18 STPB incluidas en la normatividad nacional (cuadro 6), sujeto a disponibilidad de infraestructura, de acuerdo con las referencias identificadas en la literatura. Son relativamente pocos los estudios realizados en nuestro país sobre STPB en agua subterránea, identificándose sólo 35 (cuadro 7), y los STPB evaluados pertenecen principalmente a la categoría de metales y plaguicidas. Debido a la falta de referencias sobre mercurio, benzo(a)pireno, BPC, simazina y toxafeno, se pueden excluir de la lista inicial de STPB, y realizar evaluaciones de riesgo, así como establecer la infraestructura y capacidades necesarias antes de considerar su inclusión para monitoreo en agua subterránea en México.

 

Lista inicial de STPB para sedimento

De 23 STPB identificados para sedimento en guías internacionales (Friday, 2005), 12 se incluyen en las regulaciones de al menos tres países u organizaciones (cuadro 8).

Se identificaron 103 referencias sobre STPB en sedimento, mismos que se relacionan principalmente con plaguicidas y metales, así como algunos con HPA y BPC (cuadro 9), sugiriendo que existe infraestructura buena para monitoreo de metales, y regular para monitoreo de HPA (cuadro 8).

 

Lista inicial de STPB para suelo

De los 33 STPB identificados en guías internacionales (Friday, 2005), cinco se incluyen en las regulaciones de al menos tres países u organizaciones. En la normatividad mexicana se incluyen seis STPB adicionales, para un total de 11 (cuadro 10).

Se identificaron 93 referencias sobre STPB en suelo en el país, mismos que se relacionan principalmente con plaguicidas y metales, así como HPA y BPC en algunos de ellos (cuadro 11), sugiriendo que existe infraestructura buena y regular, respectivamente, para el monitoreo de estas sustancias.

 

Lista inicial de STPB para agua, sedimento y suelo

El objetivo de este programa nacional de monitoreo es agua en cuencas hidrológicas y acuíferos. Como sedimentos y suelos actúan como medios de acumulación y de lixiviación de contaminantes que son transportados en el agua, se propone evaluar de manera conjunta los STPB en agua subterránea/suelo y agua superficial/sedimento. En el cuadro 12 se presenta la lista que resume las sustancias propuestas para incluirse en un programa de monitoreo de vigilancia de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos. Incluye 15 STPB, de las cuales 12 son plaguicidas y tres son metales.

 

Selección de sitios de monitoreo

Se propone iniciar el programa de monitoreo de vigilancia de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos en seis sitios ubicados en las siguientes tres regiones del país: norte (N), centro (C) y sureste (S) (figura 2). Para ello se propone para cada región seleccionar un sitio representativo como referencia (o prístinos) y un sitio afectado por actividades humanas (figura 3).

Estos sitios fueron seleccionados de manera que fueran cercanos uno al otro en cada región. Asimismo, se consideró la cercanía de universidades o centros de investigación, que pudieran participar en el monitoreo y, por último, para contar con información histórica de la calidad del agua en los sitios seleccionados, en lo posible se seleccionaron sitios que formaran parte de la RNM de la Comisión Nacional del Agua (Conagua, 2011).

 

Agua superficial/sedimento

Acorde con los criterios para la selección de sitios afectados por las actividades humanas, en la región norte se identificó la presa Miguel Hidalgo, en Sinaloa; en la región centro, el lago de Tequesquitengo en Morelos; y en la región sur, la presa Chicoasén, en Chiapas. Los cuerpos de agua de referencia identificados son, para la región norte, presa Luis Donaldo Colosio en Sinaloa; en el centro, lagunas de Zempoala, en el límite entre el Estado de México y Morelos; y en el sur, las lagunas de Montebello en el estado de Chiapas (cuadro 13).

 

Suelo/agua subterránea

Los sitios propuestos para monitoreo de STPB en suelos/agua subterránea fueron seleccionados cercanos a los sitios seleccionados para agua superficial/sedimento (cuadro 14).

 

Métodos de muestreo, preservación de muestras y análisis

A continuación se recomiendan los métodos de muestreo y las técnicas analíticas a emplear.

 

Agua subterránea

Para el muestreo en pozos de agua subterránea, el procedimiento se describe en la NOM-230-SSA1-2002 (DOF, 2005b). Los métodos de conservación y análisis de los STPB se presentan en el cuadro 15.

 

Agua superficial

En la norma mexicana NMX-AA-014-1980 (Secofi, 1980) se establece el procedimiento para muestreo de agua en cuerpos receptores. Los métodos de conservación de muestras, así como los métodos analíticos, se presentan en el cuadro 15.

 

Suelo

Se recomienda obtener las muestras de suelo en sitios cercanos a los seleccionados para monitoreo de agua subterránea. El procedimiento de muestreo de suelo se describe en la norma mexicana NMX-AA-132-SCFI-2006 (SE, 2006). Los métodos de conservación de muestras, así como los métodos analíticos, se presentan en el cuadro 15.

 

Sedimento

Se recomienda obtener las muestras de sedimento cercanos a los seleccionados para monitoreo de agua superficial. Se puede aplicar la metodología de muestreo y conservación de muestras descrita en la norma mexicana NMX-AA-132-SCFI-2006 (SE, 2006) o en la USEPA (2001). Los métodos de conservación de muestras, así como los métodos analíticos, se presentan en el cuadro 15.

 

Métodos analíticos

Los métodos vigentes para análisis de agua, sedimento y suelo se indican en el cuadro 15. En la normatividad nacional se especifica el uso de espectroscopía de emisión atómica de plasma por acoplamiento inductivo y/o absorción atómica para análisis de metales (SE, 2009a, b y c), y extracción en fase sólida o líquido/líquido, y cromatografía de gases con detector de captura de electrones para análisis de plaguicidas (SE, 2009d).

 

Frecuencia de muestreo

Agua subterránea/suelo

Para el monitoreo de STPB en agua subterránea, se recomienda iniciar con muestreos semestrales durante los dos primeros años, para determinar tendencias temporales de las concentraciones; posteriormente y dependiendo de los resultados obtenidos, se pueden establecer las épocas y frecuencias de muestreo de STPB en los años siguientes. Para suelo se recomienda realizar muestreos semestrales, de preferencia después del inicio de los ciclos de siembra en las zonas agrícolas.

 

Agua superficial/sedimento

Al igual que para agua subterránea, el monitoreo en agua superficial debe iniciar con muestreos semestrales durante los primeros dos años y, posteriormente, a través del análisis de los resultados, se definirán las épocas y frecuencias de muestreo en los siguientes años.

 

Sedimento

Como la frecuencia de los muestreos de sedimento depende de la velocidad de sedimentación en los cuerpos de agua, se recomienda primero determinar las velocidades de sedimentación y la tendencia histórica de STPB mediante fechado de sedimentos con isótopos radiactivos y análisis químicos de los STPB en núcleos de sedimento de los sitios seleccionados. Una vez establecidas las frecuencias de muestreo, se puede dar seguimiento a las variaciones en calidad de sedimento mediante su monitoreo.

 

Conclusiones

Se presentó una metodología y resultados de selección de sustancias para un programa de monitoreo de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos. Esta selección se llevó a cabo con base en prioridades establecidas internacionalmente, prioridades definidas en la normatividad mexicana, capacidad e infraestructura existente. Asimismo, para iniciar el programa de monitoreo de vigilancia de STPB en cuencas hidrológicas y acuíferos, se recomendaron sitios tanto prístinos como afectados en el norte, centro y sureste de México.

 

Agradecimientos

La autora agradece al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua por el financiamiento para la realización de este trabajo a través del proyecto TH-1007.1. Asimismo, agradece el apoyo de las siguientes personas: Manfred van Afferden, Luis Carlos González Márquez, Axel Falcón Rojas y Carlos Corzo Juárez.

 

Anexo

 

Referencias

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