Evaluación de condiciones ambientales: aire, agua y suelos en áreas de actividad minera en Boyacá, Colombia

Evaluation of environmental conditions: air, water and soil in areas of mining activity in Boyacá, Colombia

Carlos A. Agudelo-Calderón¹, Leonardo Quiroz-Arcentales², Cesar A. García-Ubaque³, Rocío Robledo-Martínez¹, Juan C. García-Ubaque¹ y Martha L. Vaca-Bohórquez⁴

¹ Instituto de Salud Pública. Facultad de Medicina, Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, Colombia. caagudeloc@unal.edu.co; jcgarciau@unal.edu.co; rrobledom@unal.edu.co
² Consultor. Ministerio de Salud y Protección Social, Colombia. leoquiroz45@hotmail.com.
³ Facultad Tecnológica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, Colombia. cagarciau@udistrital.edu.co.
⁴ Consultora. Investigadora. Bogotá, Colombia. ml.vaca68@uniandes.edu.co.

Recibido 2 Agosto 2014/Enviado para Modificación 18 Mayo 2015/Aceptado 6 Octubre 2015

RESUMEN

Objetivos Determinar concentraciones de PM₁₀, mercurio y plomo en aire intramural de viviendas, en fuentes de agua y suelo de municipios aledaños a actividad minera.

Método Se evaluaron 6 puntos en áreas de influencia y 2 en áreas control. Para las mediciones de aire intramural, se utilizaron los métodos NIOSH 600 (PM₁₀), NIOSH 6009 (mercurio) y NIOSH 7300 (plomo). Para análisis de aguas se utilizó la Guía de monitoreo de vertimientos del IDEAM y, para análisis de suelos se utilizó la técnica de vapor frío (mercurio) y absorción atómica (plomo).

Resultados En casi todas las viviendas seleccionadas, las concentraciones promedio de PM₁₀ y mercurio en aire intramural superaron las normas aplicables de seguridad del aire, mientras que las concentraciones de plomo estuvieron por debajo. En todos los cuerpos de agua se encontraron concentraciones elevadas de plomo y en algunos puntos en las zonas mineras se encontraron niveles altos de hierro, mercurio y aluminio. En el monitoreo de suelos, las concentraciones de mercurio están por debajo del nivel de detección y, para plomo se observaron diferencias entre los puntos monitoreados.

Conclusiones Se encontró concentración de varios contaminantes por encima de los valores aceptables. En las zonas evaluadas hay numerosas y diversas fuentes de contaminación de tal manera que no es posible individualizar las relaciones entre actividad minera y contaminación. Sin embargo, este tipo de estudios de corte aportan información puntual, útil para los agentes del sistema de salud ambiental e investigadores. Se sugiere instalar redes de monitoreo ambiental que permitan un seguimiento continuo.

Palabras Clave: Salud ambiental, material particulado, mercurio, plomo, minería (fuente: DeCS, BIREME).

ABSTRACT

Objectives To determine concentrations of PM₁₀, mercury and lead in indoor air of homes, water sources and soil in municipalities near mining operations.

Method 6 points were evaluated in areas of influence and 2 in control areas. For measurements of indoor air, we used the NIOSH 600 method (PM₁₀), NIOSH 6009 (mercury) and NIOSH 7300 (lead). For water analysis we used the IDEAM Guide for monitoring discharges. For soil analysis, we used the cold vapor technique (mercury) and atomic absorption (lead).

Results In almost all selected households, the average PM₁₀ and mercury concentrations in indoor air exceeded applicable air quality standards. Concentrations of lead were below standard levels. In all water sources, high concentrations of lead were found and in some places within the mining areas, high levels of iron, aluminum and mercury were also found. In soil, mercury concentrations were below the detection level and for lead, differences between the monitored points were observed.

Conclusions The results do not establish causal relationships between mining and concentration of these pollutants in the evaluated areas because of the multiplicity of sources in the area. However, such studies provide important information, useful to agents of the environmental health system and researchers. Installation of networks for environmental monitoring to obtain continuous reports is suggested.

Key Words: Environmental health, particulate matter, mercury, lead, mining (source: MeSH, NLM).

En la minería y en las demás actividades económicas conexas, se identifican dos grupos de población que pueden tener exposición a los contaminantes que se generan. De una parte, los trabajadores que participan en los procesos productivos expuestos a gases, vapores, material particulado, etc. y a condiciones de riesgo de accidentes de trabajo (1). El otro grupo es la población general residente en zonas aledañas a los sitios de la explotación y/o transformación de los minerales. La exposición de la población general ocurre en los ámbitos de: vivienda, escuela y espacios comunitarios (vías públicas, parques, etc.) y es determinada tanto por procesos ambientales y sociales locales (precipitación, acceso a servicios públicos, hábitos de vida, tabaquismo, etc.), como globales (cambio climático).

Numerosos estudios han provisto evidencia de la contaminación que la actividad minera de carbón y hierro produce en el territorio cercano. Por ejemplo, en las reservas de carbón de la cuenca del Illinois se encontró un contenido de Azufre (S) del 0,5 al 7,0 % y un contenido de Pirita (FeS₂) del 5,0 %. Minerales que al ser removidos, entran en contacto con el O₂ y se oxidan; luego, al llegar a las fuentes de agua por sistemas de drenaje de las minas, producen acidez. Las descargas de iones ferrosos y férricos, lo mismo que de sulfatos y metales, tienen potencial tóxico para especies animales y vegetales (2). En la antigua zona minera de La Unión, ubicada al sur oriente de España, se identificó la presencia de metales como cromo, cadmio y plomo en suelos de áreas explotadas, lo que se considera un obstáculo para el crecimiento de vegetación que prevendría la erosión e impediría la diseminación de las sustancias tóxicas por el viento (3).

En las montañas Sudety y Tatra en Polonia se midió la concentración de metales en helechos de la especie A. Distentifolium, que se han propuesto como indicadores de la presencia de estos contaminantes en el suelo y el aire, dado que su resistencia a los mismos les facilita prosperar. Los análisis confirmaron la presencia de Cromo y Cadmio, sustancias definidas como tóxicas para los humanos (4). Otro tóxico que puede estar presente en el carbón en concentraciones mínimas, es el mercurio, lo cual se evidencia en el hecho de que el 45,0 % de las emisiones de mercurio de origen antrópico se originan en la combustión del carbón en procesos de generación de electricidad en plantas termoeléctricas (5).

Adicionalmente se ha encontrado contaminación de aire, tanto de material particulado (PM por sus siglas en inglés) como de otros gases, a través de reportes de redes de monitoreo de calidad de aire. En Itabira, Brasil, se encontró una media de la concentración de PM menor de 10 micras (PM₁₀) de 38,6 μg/m³ durante un periodo de 18 meses, con un valor mínimo de 6,1 μg/m³, un máximo de 160,0 μg/m³ y una mediana de 32,9 μ/m³ (6). El límite recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) es de 20,0 μg/m³ para el promedio anual y 50,0 μg/m³ como promedio de concentración diaria (7).

Hallazgos similares se han encontrado en comunidades inglesas ubicadas en cercanía de minas activas. Los patrones de variación diaria de la concentración de PM₁₀ fueron similares en comunidades cercanas y lejanas, pero el promedio geométrico de la concentración fue mayor en las comunidades expuestas (17,0 μg/m³) que en las alejadas (14,9 μg/m³) con una razón de promedios de 1,14 (IC95 % 1,13-1,16) (8). Otros estudios han monitoreado la concentración de contaminantes gaseosos como el dióxido de azufre (SO₂), dióxido de nitrógeno (NO₂), Ozono (O₃) y metales pesados como el Cromo, Cadmio y Plomo en zonas mineras como Bitterfeld y Hettstedt en Alemania (9-10).

El presente estudio se centra en medir la exposición a material particulado respirable (PM₁₀), mercurio y plomo de la población residente en algunos municipios con influencia de minería de carbón y hierro en el Departamento de Boyacá (Colombia).

METODOLOGÍA

Se midió la concentración de PM₁₀, mercurio y plomo en aire intramural de la zona, mediante 8 estaciones de monitoreo. Seis de ellas en municipios en los que se dan múltiples tipos, informales, formales y empresariales, de actividad minera (Paz de Río, Samacá, Socotá, Tasco, Socha y Sativa Sur) y las dos restantes en municipios control (Ramiriquí y Tenza), fuera de la zona de influencia. Se realizaron mediciones ambientales en 2 períodos. Se midió la concentración de PM₁₀, aplicando la metodología recomendada por la National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Método NIOSH 600. Para mercurio se utilizó el Método NIOSH 6009 y para plomo, el Método NIOSH 7300.

Para el muestreo en agua se seleccionaron cuerpos de agua en los municipios de Paz de Río, Samacá, Ramiriquí y Socha. Se realizaron dos muestreos compuestos durante 8 horas en cada uno de los cuerpos de agua, en dos periodos diferentes (seco y lluvioso). Se recolectaron las muestras para su posterior análisis, siguiendo la Guía para monitoreo de vertimiento de aguas superficiales y subterráneas del IDEAM (11). Se hizo análisis fisicoquímico y determinación de mercurio (Hg) y plomo (Pb) con el fin de evaluar la calidad del agua superficial, de acuerdo con las metodologías acreditadas bajo la norma NTC-ISO/IEC 17025: 2005. Los resultados se compararon con la Resolución 2115 de 2007 (12).

El muestreo de suelo se llevó a cabo en los municipios de Paz de Río, Socotá, Socha, Tasco, Samacá, Ramiriquí y Tenza. Se realizó una perforación en cuadro de 0,3 x 0,3 x 0,3 m y se tomó una muestra de 1 kg. Para el análisis de mercurio en las muestras de suelo se usó un Analizador de mercurio MAS 50 D. La técnica utilizada fue generación de mercurio por vapor frío. El equipo usado para la determinación de plomo fue un Espectrofotómetro de Absorción Atómica Perkin Elmer 2380.

RESULTADOS

Calidad del aire

En la Figura 1, se presentan los resultados de PM₁₀ en el aire intramural de los municipios de estudio. Se reporta una diferencia importante entre los promedios de concentración para los periodos 1 y 2 en casi todos los municipios, con excepción de Paz de Río, cuyos valores presentan una diferencia mucho menor. Además, se observa que los promedios de concentración del primer periodo son apreciablemente mayores con respecto al segundo periodo, para los mismos municipios, con excepción también de Paz de Río. No se aprecian diferencias entre los registros obtenidos en los municipios de influencia minera y los municipios de control para este parámetro.

En la Figura 2 se presentan los resultados de mercurio en aire intramural de los municipios. Se observa una diferencia apreciable entre los promedios de concentración de mercurio entre los periodos 1 y 2 en la mayoría de los municipios, con excepción de Tasco, Tenza y Samacá, cuyos valores promedio son similares. Se aprecia también que para los municipios de Paz de Río, Sativa Sur, Socha, y Socotá, los promedios de concentración de mercurio del primer periodo son apreciablemente mayores con respecto al segundo periodo, mientras que para Ramiriquí el comportamiento es inverso. Y para los dos periodos de medición, en casi todos los sitios seleccionados, con excepción de Tasco, las concentraciones promedio de mercurio superaron ampliamente la norma de calidad del aire (13). Para este parámetro se aprecian diferencias entre los valores reportados en los municipios de influencia minera y los municipios de control.

En la Figura 3, se presentan los resultados para las mediciones de plomo en el aire intramural de los municipios de estudio. Se aprecia también que en los municipios de Tasco, Sativa Sur Socotá y Ramiriquí, solamente se detectaron concentraciones de plomo durante el primer periodo de mediciones, mientras que en Samacá solamente se registraron en el segundo periodo. En el municipio de Tenza no se encontraron concentraciones de plomo en ninguno de los periodos de medición. Es de notar también que, en los dos periodos de medición, en casi todos los sitios seleccionados, con excepción de Socotá, las concentraciones promedio de plomo, cumplen con la norma de calidad del aire (13). No se encontraron diferencias entre los valores reportados en los municipios con influencia minera y los municipios de control.

Cuerpos de agua

La concentraciones de metales en las muestras de agua se compararon con los límites determinados en la resolución 2115 de 2007 (12), como se indica en las Tablas 1 a 4. En todos los cuerpos de agua se encontraron concentraciones elevadas de plomo, incluyendo el municipio fuera de la zona de influencia de la actividad minera.

Por otra parte, en los tres municipios mineros se encontraron niveles elevados de hierro en el agua de las fuentes analizadas. En el agua del río Sopaga del municipio de Paz de Río se encontraron niveles elevados de mercurio. En la quebrada el Tirque del municipio de Socha y en el agua del río Sopaga se encontraron niveles elevados de aluminio.

Monitoreo en suelo

En la Tabla 5 se presentan los resultados de mercurio y plomo en suelo, según el análisis de las muestras seleccionadas. También se llevó a cabo el análisis de una solución blanco, para verificar el 0 en la calibración de los equipos.

Los resultados de mercurio en suelo, registran valores por debajo del nivel mínimo detectable por el equipo de análisis para todas las muestras, y no se pueden establecer diferencias entre los puntos seleccionados. Por otra parte, en los resultados de contenido de plomo se observaron diferencias entre los puntos de monitoreo en los municipios de influencia minera y los municipios de control.

DISCUSIÓN

Es claro que se presenta un nivel de contaminación por encima de los límites aceptables en el aire intramural de las viviendas, principalmente para de PM₁₀ y mercurio. Esta situación puede ser atribuible a la actividad minera que se desarrolla en la zona de estudio desde hace varias décadas. Sin embargo, no es posible individualizar relaciones de causalidad entre los niveles de contaminación y la actividad minera, debido a que esta se presenta de manera difundida y diversa (informal, formal y empresarial) en los municipios evaluados.

Con respecto a las concentraciones de plomo, los valores encontrados en aire intramural no superan los límites permisibles; sin embargo en los cuerpos de agua sí se encontraron registros por encima de los valores máximos permitidos. Por otra parte, el hallazgo de que no hay diferencias entre los municipios de los grupos de estudio y control, en los casos del PM₁₀ y el plomo (ambos en el aire intramural) y, los metales en el agua, sugiere que la contaminación por estos elementos en los municipios control, proviene de fuentes diferentes a la actividad minera.

Finalmente, este tipo de estudios de corte es valioso, ya que aporta información puntual, útil a los agentes del sistema de salud ambiental e investigadores; sin embargo, es conveniente que desde las autoridades ambientales y de salud se coordine el montaje y operación de redes de monitoreo permanente que permitan el seguimiento continuo y evaluación de causalidades de la situación, que permitan la toma oportuna de decisiones en beneficio de la salud de la población general.

REFERENCIAS

1. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). Guía para la identificación de los peligros y la valoración de los riesgos en seguridad y salud ocupacional. Bogotá: ICONTEC; 2012.         [ Links ]

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3. Fernández D, Roldán A, Azcón R, Caravaca F, Baath E. Effects of water stress, organic amendment and mycorrhizal inoculation on soil microbial community structure and activity during the establishment of two heavy metal-tolerant native plant species. Microb ecol. 2012;63(4):794-803.         [ Links ]

4. Samecka-Cymerman A, Kolon K, Mróz L, Kempers A. Bioindicative comparison of the fern Athyrium distentifolium for trace pollution in the Sudety an Tatra mountains of Poland. Environ Monit Assess. 2012; 184 (10):6357-65.         [ Links ]

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11. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales. Guía para el monitoreo de vertimientos, aguas superficiales y subterráneas. Bogotá: IDEAM; 2002.         [ Links ]

12. Resolución 2115 de 2007 del Ministerio de Protección Social MPS y Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial MAVDT; Jun. 22, 2007.         [ Links ]

13. Resolución 610 de 2010 de Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial MAVDT; Mar. 24, 2010.         [ Links ]