Arsénico – La Amenaza es Real

Por Greg Reyneke, MWS

El arsénico es un elemento que se encuentra en abundancia y que se puede encontrar en concentraciones variables en la corteza exterior de la Tierra en todas partes del mundo; tiende a encontrarse en concentraciones más altas en áreas donde hay minerales de cobre y plomo. El arsénico se clasifica químicamente como un metaloide ya que exhibe propiedades tanto de metal como de no metal; pero generalmente lo llamamos simplemente metal.

El arsénico elemental es un sólido gris plateado, pero rara vez se encuentra así en la naturaleza; tiende a combinarse con elementos activos como azufre, cloro y oxígeno. El arsénico combinado con estos elementos se conoce como arsénico inorgánico. Cuando el arsénico se combina con ligandos orgánicos o de carbono, se denomina arsénico orgánico. Los compuestos de arsénico inorgánico (como los que se encuentran en el agua) son altamente tóxicos, mientras que los compuestos de arsénico orgánico (como la arsenobetaína que se encuentra en los mariscos) son generalmente menos dañinos para la salud.

El arsénico nunca se puede destruir en el medio ambiente; solo puede cambiar su forma. La mayoría de los compuestos de arsénico inorgánico y orgánico son polvos blancos o incoloros que no se evaporan, pero que pueden adherirse a partículas diminutas que inevitablemente se transportan por el aire. Cuando las partículas en el aire son lo suficientemente pequeñas, pueden permanecer suspendidas por las corrientes de aire durante días y viajar muchos miles de millas desde su punto de origen original. Estas partículas eventualmente golpearán el suelo en forma de lluvia, nieve, etc. Muchos compuestos de arsénico comunes pueden disolverse fácilmente en el agua, por lo que el arsénico puede llegar fácilmente a los lagos y ríos, y no solo se encuentra en el agua subterránea.

Estamos expuestos al arsénico todos los días a través de jugos de frutas, verduras, arroz y granos, polvo en el aire o incluso por contacto con madera tratada a presión. Estas fuentes de arsénico generalmente no tienen un olor o sabor únicos, por lo que normalmente no puede saber si un compuesto de arsénico está al acecho en su comida, agua o aire. Actualmente, la principal causa reconocida del consumo involuntario de arsénico es beber agua subterránea que contiene arsénico. Las encuestas sobre el agua potable en los EE. UU. Indican que alrededor del 80 por ciento de los suministros de agua tienen menos de 2 ppb de arsénico, pero el dos por ciento de los suministros excede las 20 ppb de arsénico.

Una amenaza creciente y subestimada
Los compuestos de arsénico orgánicos e inorgánicos pueden ser metabolizados por su cuerpo en diversos grados y algunos incluso se excretan en la orina. La mayor parte del arsénico orgánico se expulsa y una gran cantidad de inorgánico puede salir de su cuerpo después de algunas semanas, pero parte de ese arsénico permanecerá en su cuerpo indefinidamente, generalmente unido a sus huesos, músculos y tejido conectivo. Se cree que un nivel elevado de arsénico en el cuerpo interfiere con el metabolismo celular.

La intoxicación por arsénico produce gastroenteritis, dolor de esófago, vómitos y diarrea violenta. Con el tiempo, la piel se vuelve fría y húmeda, la presión arterial desciende y aparece la debilidad general del cuerpo. La muerte por insuficiencia circulatoria se describe como una dulce liberación de las convulsiones. Las dosis elevadas de arsénico que no son fatales causan inquietud, náuseas, vómitos, dolores de cabeza, mareos, escalofríos, calambres, irritabilidad y niveles variables de parálisis y neuropatía que pueden progresar durante varias semanas. Incluso en niveles extremadamente bajos, el consumo de arsénico se ha relacionado recientemente con el desarrollo de diabetes, estrés oxidativo, daño al ADN, daño a la piel y mal funcionamiento del sistema inmunológico en personas susceptibles.

El Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos (DHHS), la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA de los Estados Unidos) han clasificado el arsénico como carcinógeno humano. La exposición crónica incluso a niveles bajos de arsénico (menos de 0.05 mg/L) se ha relacionado con complicaciones de salud, como cáncer de piel, riñón, pulmón y vejiga, así como otras enfermedades de la piel, del sistema neurológico y cardiovascular. Los estudios históricos indican que la absorción de arsénico por la piel es insignificante, por lo que lavarse las manos y bañarse no parecen representar un riesgo conocido para la salud humana o animal.

Conozca a su enemigoHay siete especies comunes de arsénico que se pueden encontrar en el agua (ver Figura 1). El agua expuesta al oxígeno disuelto generalmente contiene arsénico en el estado pentavalente +5 (oxidado), mientras que las aguas hipóxicas (poco o nada de oxígeno disuelto) contienen arsénico en el estado trivalente +3 (reducido). Ambos son bastante tóxicos, pero los humanos asimilan más fácilmente el trivalente, lo que lo hace aún más peligroso. Algunas especies de bacterias obtienen energía oxidando varios materiales mientras reducen los arseniatos para formar arsenitos utilizando enzimas conocidas como arsenato reductasas. Además, hay especies de bacterias fotosintéticas que pueden oxidar los arsenitos en arseniatos; así que, siempre que sea práctico, recuerde determinar la especie siempre que sea posible antes de intentar una solución de tratamiento. Los métodos de tratamiento varían en eficacia según el estado de oxidación del arsénico, el pH de la base y, por supuesto, la concentración de contaminantes interferentes.

Fijación de límites y equilibrio del costo
El camino hacia la reducción del contenido de arsénico en el agua potable ha sido lento y tortuoso, ya que el arsénico se encuentra en tantos lugares y el importante gasto que implica su tratamiento a nivel municipal. El primer reglamento nacional para el nivel permitido de arsénico en los EE. UU. fue de 0.05 mg/L, según lo establecido en los Reglamentos Nacionales Interinos Primarios de Agua Potable de 1975 (NIPDWR, por sus siglas en inglés). Como parte de las enmiendas a la Ley de Agua Potable Segura (SDWA, por sus siglas en inglés) de 1996, la EPA de los EE. UU. recibió instrucciones de llevar a cabo investigaciones sobre los efectos en la salud y la relación costo-beneficio para determinar una nueva norma para el arsénico.

En junio de 2000, la EPA de EE. UU. propuso un Nivel Máximo de Contaminante (MCL, por sus siglas en inglés) de arsénico revisado de 0.005 mg/L y solicitó comentarios del público sobre MCLs alternativos de 0.003, 0.010 y 0.020 mg/L. La agencia publicó una regla final en el Registro Federal en enero de 2001 (US EPA, 2001), estableciendo el MCL de arsénico en el agua potable en 10 ppb (0.010 mg/L). Esta regla se aplica en más de 60,000 sistemas de agua comunitarios en los Estados Unidos y la mayoría de los condados exigen que se adhieran a la regla antes de que una casa pueda ser ocupada si tiene una fuente de agua privada. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés), las concentraciones de arsénico que superan los 10 μg/L parecen observarse con mucha más frecuencia en el oeste de los Estados Unidos (incluida Alaska) que en la mitad oriental.

Obviamente, el MCL de la EPA de EE. UU. para arsénico no representa un nivel de consumo seguro, sino más bien un nivel en el que los proveedores de agua municipales reducen el riesgo para la salud y la seguridad humanas y lo logran económicamente. Dado que el arsénico se consume de muchas otras fuentes distintas del agua, debemos esforzarnos por reducir el nivel de arsénico en el agua potable a cero.

Estrategias de tratamiento
La EPA de EE. UU. Ha identificado las siguientes como las Mejores Tecnologías Disponibles (BAT, por sus siglas en inglés) para lograr el cumplimiento de los límites reglamentarios más recientes y se enumeran en la regla final y la Guía de Implementación para la Regla de Arsénico como Tecnologías de Cumplimiento de Sistemas Pequeños (SSCT, por sus siglas en inglés):

• Alúmina activada (AA)
• Reversión de electrodiálisis
• Coagulación / filtración mejorada
• Suavizado de cal mejorado
• Intercambio de iones (IX)
• Oxidación con posfiltración
• Ósmosis Inversa (OI)

Además, se encuentran disponibles una variedad de resinas especializadas, titanio y otros medios de metales de tierras raras que muestran resultados prometedores en el tratamiento del arsénico. En el mundo de los sistemas de Punto de Ingreso, los métodos de tratamiento más comunes incluyen:

• Alúmina activada
• Co-precipitación con medios manganosos
• Intercambio iónico
• Adsorbentes de óxidos metálicos (sorbentes) en tanques o cartuchos
• Ósmosis Inversa (OI)

Los tontos se apresuran
La primera regla al intentar abordar la contaminación por arsénico es conocer y comprender sus limitaciones. Si nunca ha hecho esto antes, no se apresure a hacerlo; usted (como mínimo) se avergonzará y posiblemente pondrá en peligro la salud y seguridad de su cliente. Consulte con expertos de la industria y su(s) proveedor(es) de equipos para asegurarse de proteger siempre a su cliente y dar prioridad a sus necesidades.

Hacer pruebas no es algo opcional
Siempre que se le asigne un proyecto de reducción de arsénico, examine la fuente de agua utilizando un laboratorio acreditado por NELAP (Programa Nacional de Acreditación de Laboratorios Ambientales) cuyos datos serán aceptados por su agencia reguladora local. Como mínimo, examine lo siguiente: arsénico total (la especiación es buena, pero no está de más suponer que todo es As3 como precaución), pH, alcalinidad total, fosfato, sílice, vanadio, selenio, molibdeno, hierro y manganeso. Si hay olor a sulfuro de hidrógeno (huevo podrido), asegúrese de cuantificarlo para los cálculos de demanda oxidativa total.

 El conocimiento es poder
La Fundación para la Investigación de la Calidad del Agua (WQRF, por sus siglas en inglés) mantiene un recurso poderoso en el Mapa de Ocurrencia de Contaminantes (https://www.wqrf.org/map.html, vea la Figura 1). Asegúrese de visitar este sitio e investigar los niveles de arsénico y otros contaminantes relacionados en el área; esto puede ayudarlo con la planificación de contingencias. El USGS también mantiene una extensa base de datos GIS. La imagen gráfica del mapa en https://water.usgs.gov/GIS/browse/arsenic_map.png se basa en muestras de 31,000 pozos y manantiales en 49 estados recolectadas para estudios sobre recursos de agua subterránea potable por el USGS, la Agencia de Control de la Contaminación de Minnesota. , la Junta de Desarrollo del Agua de Texas, el Departamento de Recursos Naturales de Wisconsin y los seis estados de Nueva Inglaterra: New Hampshire, Vermont, Maine, Massachusetts, Rhode Island y Connecticut. Los datos tabulares y los archivos GIS de este conjunto de datos excluyen las concentraciones de arsénico de fuentes ajenas al USGS. La estimación de la concentración de arsénico en el agua subterránea en cualquier área específica debe considerar las siguientes limitaciones y fuentes de variabilidad:

• Los datos pueden incluir una variedad de tipos de pozos, incluidos pozos privados, pozos de suministro público y pozos de monitoreo que no se utilizan para el suministro de agua.
• Estas muestras de agua subterránea no representan con precisión el agua potable servida por los sistemas públicos de suministro de agua porque estos servicios públicos pueden tratar o mezclar agua subterránea con altas concentraciones de pozos individuales para cumplir con los estándares de agua potable antes de entregarla a los consumidores.
• La apariencia de la distribución de arsénico está influenciada por el orden en que se trazan los pozos. Por lo general, los pozos con concentraciones más altas se dibujan sobre aquellos con concentraciones más moderadas. El trazado excesivo de este tipo puede exagerar la frecuencia de valores altos en áreas donde los pozos están muy juntos.
• La concentración de arsénico puede variar con la profundidad dentro del mismo acuífero o entre acuíferos apilados verticalmente; por ejemplo, un acuífero poco profundo de arena y grava puede cubrir un acuífero de lecho rocoso más profundo.

Con estas calificaciones en mente, los datos de recursos como estos proporcionan una estimación de la presencia de arsénico en el recurso de agua subterránea en general.Figura 2. Mapa de presencia de contaminantes de WQRF: niveles de arsénico detectados.

Desarrollo de una estrategia de tratamiento
El alcance de este artículo no es enseñarle exactamente cómo tratar cada situación, sino ayudarlo a comprender el paradigma de tratamiento y posiblemente mejorar su técnica. Algunas cosas a considerar:

• Todas las partes móviles deben estar protegidas por un filtro de 100 micrones como mínimo.
• El arsénico V suele ser más fácil y rentable de tratar que el arsénico III, así que considere una etapa de oxidación antes de cualquier intento de eliminación. Se pueden usar varias técnicas de oxidación, tales como aireación en masa, ozonización, cloración, adición de permanganato, así como exposición a un medio oxidativo como arena verde de manganeso u otros materiales manganosos.
• Si el agua contiene suficiente hierro, un removedor de hierro oxidante de medio manganoso posiblemente puede eliminar cantidades significativas de arsénico junto con el hierro precipitado.

A continuación, se muestran algunas pautas generales:

• Niveles altos de hierro (> 0.3 mg/L) y alta proporción de hierro a arsénico (20:1). Los procesos de eliminación de hierro se pueden utilizar para promover la eliminación de arsénico del agua potable mediante adsorción y coprecipitación. Las fuentes de agua con esta proporción son candidatos potenciales para la eliminación de arsénico mediante la eliminación de hierro.
• Niveles altos de hierro (> 0.3 mg/L) y baja proporción de hierro a arsénico (<20:1). Si la proporción de hierro a arsénico en la fuente de agua es menor de 20:1, entonces se debe seleccionar un proceso de tratamiento modificado como coagulación/filtración con la adición de sales de hierro.
• Bajos niveles de hierro (<0.3 mg/L). Las tecnologías como los medios adsorbentes y el intercambio iónico se adaptan mejor a sitios con niveles de hierro relativamente bajos en sus fuentes de agua (menos de 0.3 mg/L, el MCL secundario del hierro). Por encima de este nivel, pueden ocurrir problemas de sabor, olor y color en el agua tratada, junto con un mayor potencial de ensuciamiento de los componentes del sistema con partículas de hierro.
• Después de la eliminación de hierro y arsénico con medios manganosos, los adsorbentes (sorbentes) son actualmente el método más rentable para reducir el arsénico en sistemas residenciales y comerciales pequeños. Los sorbentes de uso común están hechos de titanio y otros metales de tierras raras.
• Implemente siempre una técnica absorbente de arsénico de doble paso: planifique la redundancia.
• El intercambio de aniones es una técnica eficaz para eliminar la alcalinidad y reducir los iones competidores en la fuente de agua que puede prolongar significativamente la vida útil de los lechos de medios absorbentes.
• Si utiliza columnas de medios de eliminación de arsénico que no se lavan a contracorriente, o cartuchos de medios para toda la casa, recuerde tratar los sedimentos >5 micrones aguas arriba para evitar el ensuciamiento y la inevitable canalización.
• El pospulido submicrónico puede ser una técnica rentable para proteger del paso de finos aguas abajo del desgaste del medio.

Consulte la Figura 3 para ver un ejemplo de combinación de medios manganosos con sorbentes de doble paso junto con la filtración previa y posterior.Figura 3. Sistema de tratamiento de arsénico, que contiene medios manganosos combinados con sorbentes de doble paso junto con prefiltración y posfiltración.

Piloto
Siempre que sea posible, haga una prueba piloto del enfoque de tratamiento propuesto o, al menos, haga una prueba de banco para probar la eficacia de su enfoque. Es mucho más barato y más fácil ajustar su metodología en este punto que instalar equipos de tamaño completo y tener que hacer cambios más adelante, a gran escala.

Gestión de las expectativas y planificación del mantenimiento
Eduque cuidadosamente al cliente potencial sobre lo que su sistema de reducción de arsénico puede y no puede hacer, especialmente si hay otros contaminantes no relacionados con la salud como la dureza, sulfatos y SDTs que no serán tratados. Es igualmente importante planificar y documentar un plan de mantenimiento de rutina para prefiltros, oxidantes, tanques/cartuchos de sorbete y otros componentes relacionados; su sistema sólo funcionará correctamente si se le da el mantenimiento adecuado.

Pensamientos finales
Los niveles de arsénico continúan aumentando y lo encontramos en más lugares que nunca. A medida que se desarrollan más datos de investigación, nos damos cuenta de que el único nivel aceptable de arsénico en el agua potable es CERO. Con el cambio climático global y la explosión poblacional, los recursos de agua subterránea están cada vez más bajo presión y la dinámica de las aguas subterráneas está cambiando. No tenemos acceso a la misma calidad o cantidad de agua que solíamos tener y probablemente nunca más la tendremos. Debe estar preparado para abordar el arsénico en lugares y niveles que nunca antes tuvo que abordar.

 Fuentes Adicionales de lectura
“Association of arsenic with adverse pregnancy outcomes/infant mortality: a systematic review and meta-analysis.” Quansah R, Armah FA, Essumang DK, Luginaah I, Clarke E, Marfoh K, et al. Environ Health Perspect. 2015;123(5):412-21.

Arsenic in tube well water in Bangladesh: health and economic impacts and implications for arsenic mitigation. Flanagan, SV, Johnston RB and Zheng Y (2012). Bull World Health Organization 90:839-846.

“Effects of Arsenic Toxicity at the Cellular Level: A Review.” Vigo, J. B. & J. T. Ellzey (2006). Texas Journal of Microscopy. 37 (2): 45–49.

“The role of biomethylation in toxicity and carcinogenicity of arsenic: A research update.” Stýblo, M.; Drobná, Z.; Jaspers, I.; Lin, S.; Thomas, D. J. (2002). Environmental Health Perspectives. 110 (Suppl 5): 767–771

Treatment Technologies for Arsenic Removal. US EPA Office of Research and Development, National Risk Management Research Laboratory

 Acerca del autor
El Sr. Greg Reyneke tiene casi tres décadas de experiencia continua en la gestión y el desarrollo de distribuidores de tratamiento de agua. Su experiencia abarca toda la gama de aplicaciones de gestión de la calidad del agua residencial, comercial e industrial. El Sr. Reyneke, que recibió los premios Ray Cross y Regents, ha estado activo en la Asociación de Calidad del Agua (WQA) desde 2004 y ha formado parte de numerosos comités y grupos de trabajo. Es ex presidente de la Asociación de Calidad del Agua del Pacífico y es miembro de la Junta de Directores y la Junta de Gobernadores de WQA. Reyneke escribe prolíficamente y viaja por todo el mundo, ayudando a mejorar la vida humana a través de una mejor calidad del agua. Puede seguirlo en su blog en www.gregknowswater.com.