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Arsénico, elemento de las incrustaciones en las redes de distribución de agua potable
en el norte de México y su desprendimiento
Manuel Fuentes Díaz*
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Ingeniero Bioquímico Industrial, maestría en Ingeniería Ambiental de la UNAM. Campo de especialización:
sistemas anaerobios de tratamiento de aguas residuales y sistemas fisicoquímicos para agua potable y aguas
residuales. 17 años de experiencia en el área de Biotecnología e Ingeniería Ambiental, ha trabajado en
investigación, docencia y para empresas privadas, actualmente labora en el Instituto Mexicano de Tecnología
del Agua, donde ha participado en por lo menos 15 proyectos de relevancia nacional. Actualmente trabaja en
sistemas de desalación y remoción de contaminantes específicos en agua potable.
(*) Paseo Cuauhnahuac 8532 Edificio 9 PB, Colonia Progreso, Jiutepec, Morelos, C.P. 62550-México Tel
+52(777) 329-36-00 ext. 157 – Fax +52(777)319-43-81. e-mail: mfuentes@tlaloc.imta.mx o
fuentesd@hotmail.com
RESUMEN
Este estudio demostró que existe un desprendimiento de arsénico en las tuberías de distribución de agua
potable donde existían antecedentes de pozos con concentraciones elevadas de arsénico >0.05 mg/L. Los
efectos a la salud provocados al ser humano por ingestión y contacto con arsénico han provocado que las
autoridades mexicanas cancelen los pozos que presentan este metaloide y busquen otras alternativas de
abastecimiento como: la perforación de nuevos pozos con bajas concentraciones de arsénico o tratamiento por
membrana de los pozos existentes. Sin embargo, a pesar de que las concentraciones de los pozos son
inferiores a la norma mexicana actual para el arsénico, el abastecimiento del agua se lleva a cabo en las
mismas tuberías que fueron utilizadas para abastecer a las comunidades antes de conocerse los efectos
negativos del arsénico en el ser humano. La tubería de la red contiene arsénico incrustado que se va “lavando”
con el agua con baja concentración de arsénico de acuerdo a lo que se presenta en este trabajo. Las
incrustaciones se localizaron en tuberías de hierro colado y galvanizado que tienen antigüedad hasta de 50
años. Se monitoreo un circuito cerrado con antecedentes de abasto de agua con altas concentraciones de
arsénico (>0.05 mg/L), esto quiere decir que la zona de estudio no tiene influencia de otros pozos que pudieran
interferir con el análisis de arsénico. (Los pozos que abastecen esta red tienen concentración menor a 0.05
mg/L de As). Se monitorearon 3 puntos: a la salida del pozo después de la cloración (no existía otro punto antes
de clorar porque ésta era en línea), el segundo punto de muestreo fue una toma domiciliaria en el parte media
de la comunidad y finalmente en la zona más alejada, el monitoreo se llevó a cabo durante 12 horas continuas,
se realizaron 16 análisis fisicoquímicos de cada muestra incluyendo el arsénico. En México, para el 2004, el
límite máximo permisible para el arsénico es de 0.030 mg/L, para el 2005 éste será de 0.025 mg/L (25 µg/L), lo
anterior significa que varios pozos que trabajan actualmente con concentraciones entre 0.03 a 0.026 mg/L, para
el 2005 estarán fuera de norma y tendrán que perforarse nuevos pozos con concentraciones iguales o menores
de arsénico de 0.025 mg/L. Sin embargo, a pesar de que los límites disminuyen, seguirá utilizándose la misma
red de distribución, lo que puede afectar al usuario final debido al arsénico que podría desprenderse en de las
incrustaciones aumentando la concentración de éste en el agua. Los resultados muestran que existe adsorción
y desprendimiento del arsénico de un punto a otro, el balance demostró que al final se desprende 4.1 µg/L. Una
de las incrustaciones encontrada contenía en su mayoría óxidos de hierro (67%), lo que favorece la adsorción
del arsénico, ésta presento una concentración de 384 miligramos de arsénico por kilogramo de incrustación
Palabras clave: Adsorción, incrustaciones, óxidos de hierro, análisis minerográfico, desorción
El objetivo del presente proyecto, fue el conocer si existe desorción (desprendimiento) o adsorción de arsénico
de las incrustaciones presentes en la red de distribución de agua potable en comunidades ubicadas en la
Comarca Lagunera, Coahuila, en el norte de México, donde existían pozos de agua potable con antecedentes
de arsénico.
I
1

NTRODUCCIÓN
La toxicidad del arsénico es compleja, depende de la vía de exposición, de la forma química, del estado de la
valencia y de la concentración a la que se hace la exposición. Así, por ejemplo, las sales inorgánicas trivalentes
son más tóxicas que las pentavalentes. La exposición continua a través del agua para consumo humano
ocasiona lesiones cutáneas características, tales como pigmentación, hiperqueratosis plantar y papilar, así
como la presencia de carcinomas en la piel. (OMS, 1995).
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA por sus siglas en inglés), clasifica al
arsénico como cancerígeno, la exposición a 0.05 mg As/L puede causar cáncer de piel en 31 de cada 1000
habitantes, por este motivo, la USEPA considera bajar este límite a 0.02 mg As/L y más aún, a futuro llegar al
límite permisible de 0.01 mg As/L. Se han encontrado altas concentraciones de este elemento en el agua de
bebida de Argentina, Bangladesh, Chile, China, Hungría, India y Estados Unidos. En México se ha identificado
este problema en diferentes regiones que incluyen a los estados de Baja California Sur, Chihuahua, Coahuila,
Durango, Guanajuato, Hidalgo y Morelos, donde se rebasa el límite máximo permisible de 0.030 mg As/L
establecido en la Norma Oficial Mexicana NOM-127SSA-1-1994 para el año 2004, lo que representa problemas
de moderados a graves para la salud pública. La norma mexicana para el arsénico ha sido más estricta cada
año desde el 2000 cuyo límite era de 0.05 mg/L, actualmente (en el 2004) el límite es de 0.030 mg/L, para el
2005 el límite será de 0.025 mg/L.
La zona de estudio se ubica en el norte del país, en una zona denominada Comarca Lagunera que incluye los
estados de Durango y Coahuila. En esta región, las autoridades se han preocupado por los problemas de salud
pública y continúan con estudios y acciones tendientes a disminuir la problemática de la presencia de arsénico
de origen natural, en las fuentes subterráneas de abastecimiento de agua para uso y consumo humano.
103° 30’
103°
102°30’
Durango
Coahuila
Durango
Coahuila
104° 25’ 30”
26°
3
2
1
FRANCISCO I. MADERO
TLAHUALILO
MAPIMÍ
4
5
7
CD. LERDO
6
46
44
59
41
#
# #
42
50
45
43
58
48
#
##
# ## # ## #
8 9 12 13 #
11
14
15 16
47 57
49 56
# 20
17 19
26 27 # 24 #
#
53
18
# #
52
29
51
30
25
28
GOMÉZ PALACIO
#
10
21
22 23
SAN PEDRO
MATAMOROS
33 31 32
34
54
35
VIESCA
55
37
39
40
38
TORREON
PARRAS
36
26°
25° 30’
Durango
Coahuila
25°
25°
Figura 1 Ubicación de los estados de la zona de estudio
104°
103° 30’
103°
Figura 2 Zona de monitoreo de pozos
102° 30’
Esta zona cuenta con 63 fuentes de abastecimiento (figura 2), de acuerdo a la norma oficial vigente en el año
de 1999, para el arsénico, 47 de éstas estaban dentro de norma, Huerto y López (1999). Con la disminución
gradual de los límites del arsénico para el 2005, el 43% (36 fuentes de abastecimiento) estarán fuera de norma.
La tabla siguiente muestra los niveles de concentración de arsénico en 63 pozos que abastecen a la comarca
lagunera, comparados con la norma mexicana que aplicaba en año 2000 y con la que aplicará el próximo año,
se muestra el número de pozos que ya no cumplirán con la norma en el 2005.
2

TABLA 1: Concentración de arsénico en Pozos y su comparación con la norma mexicana en el año 2000
y 2005 (Huerto y López 1999) y elaboración propia. Total de pozos evaluados 63
Ubicación
Arsénico
mg/L
NOM-127*
2000(0.05
mg/L)
NOM-127*
2005 (0.025
mg/L)
Arsénico
mg/L
NOM-127*
2000(0.05
mg/L)
NOM-127*
2005 (0.025
mg/L)
Pozo 1 R. Blanco 0.0207 Cumple Cumple Pozo 6 0.0963 Cumple Cumple
Pozo 2 R. Blanco 0.0159 Cumple Cumple Pozo 7 0.0778 Cumple Cumple
El Coronel 0.0277 Cumple No cumple Pozo Sacrificio 1 0.2312 No cumple ---
Vicente Suárez 0.0121 Cumple Cumple Pozo Sacrificio 4 0.2246 No cumple ---
22 de Febrero 0.0125 Cumple Cumple V. Carranza 0.0536 No cumple
Morelos 0.0128 Cumple Cumple Pozo 1 Agrícolas 0.0512 No cumple
Poanas 0.0495 Cumple No cumple Pozo 2 Agrícolas 0.0283 Cumple No cumple
San Ramón 0.0637 No cumple --- Pozo 3 Agrícolas 0.0285 Cumple No cumple
Transporte 0.0411 No cumple --- Pozo 4 Agrícolas 0.0359 Cumple No cumple
La Torreña 0.043 No cumple --- Pozo Malvinas 1 0.0235 Cumple Cumple
Pozo 1 0.0211 Cumple Cumple Pozo Malvinas 2 0.0774 No cumple ---
Pozo 3 0.021 Cumple Cumple Pozo Malvinas 3 0.0285 Cumple No cumple
Pozo 4 0.0207 Cumple Cumple Pozo Virginias 0.0745 No cumple ---
Pozo 11 0.0362 Cumple No cumple Pozo el fresno 0.0151 Cumple Cumple
Pozo 12 0.0148 Cumple Cumple P. 1 San Felipe 0.0291 Cumple No cumple
Pozo 13 0.0146 Cumple Cumple P. 2 San Felipe 0.0181 Cumple Cumple
Pozo 16 0.0162 Cumple Cumple P. 3 San Felipe 0.0055 Cumple Cumple
Pozo 6 0.0077 Cumple Cumple P. 4 San Felipe 0.0155 Cumple Cumple
P. 8 interestatal 0.0444 Cumple No cumple Pozo Lujan 0.0109 Cumple Cumple
Pozo 9 0.0298 Cumple No cumple P. San Antonio B 0.0096 Cumple Cumple
III
Pozo 15 0.0355 Cumple No cumple Pozo la Joya 0.0134 Cumple Cumple
Salamanca 0.1966 No cumple --- Pozo San
0.022 Cumple Cumple
Agustín
San Jacinto 0.0253 Cumple Límite P. Nuevo
0.0296 Cumple Cumple
Mieleras
León Guzmán 0.0313 Cumple No cumple Pozo San Isidro 0.0394 Cumple No Cumple
P. 3 Torreón 0.0482 Cumple No cumple Pozo 1 Coyote 0.0084 Cumple Cumple
Pozo 59 0.0278 Cumple No cumple P. 3223 Coyote 0.0119 Cumple Cumple
Pozo 30 0.0538 No cumple --- T. Caballo
0.0242 Cumple Cumple
Blanco
Pozo 29 0.0301 Cumple No cumple Toma ej. Las 0.0716 No cumple No cumple
Vegas
Pozo 2 0.0581 No cumple --- P. 18 interestatal 0.0389 Cumple No cumple
Pozo 3 Matamoros 0.0729 No cumple --- P. 10 San Felipe 0.0594 No cumple No cumple
Pozo 4 Matamoros 0.0884 No cumple --- P. San Antonio B 0.0136 Cumple Cumple
I
Pozo 5 0.022 Cumple Cumple
Año 2000 2005
Pozos que
Cumplen 47 27
% cumple 75% 43%
La Comisión Nacional del Agua, realizó un monitoreo para actualizar la información sobre la concentración de
arsénico en los pozos que abastecen actualmente dicha región. A partir de los resultados del monitoreo antes
3

mencionado, se determinó si existían diferencias entre las concentraciones de arsénico encontradas en algunos
pozos y tomas domiciliarias correspondientes.
De los 20 sistemas monitoreados en el estudio preliminar, ocho (40%) aumentaron su concentración del pozo a
la toma domiciliaria. Con base en lo anterior, para conocer o inferir la posible acumulación o desprendimiento
(adsorción o desorción) de arsénico dentro de las redes de distribución, fue necesario investigar la formación de
incrustaciones, su composición y bajo que condiciones habría adsorción o desprendimiento del arsénico, Huerto
y López (1999).
El sistema de distribución principal de agua potable tiene una antigüedad mayor de 50 años, parte del material
de la red es de asbesto-cemento y otra de hierro colado, la antigüedad en los ramales, dependerá de la edad de
la comunidad, si ésta tiene mas de 50 años los ramales serán en su mayoría de hierro colado, entre 25 a 15
años de asbesto cemento, y si es menor de 14 años de PVC.
Años anteriores, cuando no se conocían los efectos de salud provocados por el arsénico, esta red se abastecía
de agua de pozos con concentraciones de arsénico hasta 0.8 mg/L (la norma actual en el 2004 establece 0.030
mg/L). Con el paso del tiempo y las incrustaciones naturales por la dureza del agua, se supone que el arsénico
queda atrapado en estas, principalmente en las tuberías de hierro colado. Al conocerse los efectos negativos
del arsénico, la norma mexicana fue más estricta en este parámetro y estableció como límite máximo permisible
0.05 mg de arsénico/L en agua potable para consumo humano en el año de 1994, por lo que muchos pozos
fueron cerrados y se perforaron nuevos con concentraciones menores a la norma, para el 2005 el límite bajará a
la mitad (0.025 mg/L), provocando que se cierre aún mas pozos. Sin embargo, en los sistemas de distribución
no se realizaron sustituciones de las tuberías de hierro colado que a la fecha siguen funcionando. El presente
trabajo tuvo como objetivo: demostrar si existe adsorción del arsénico presente en los nuevos pozos por parte
de las incrustaciones presentes en la red y conocer si existe desorción (desprendimiento) por parte de la
incrustación hacia el usuario final, por cuestiones de operación de la misma (falta o exceso de cloro, paros
prolongados en la distribución etc.)
METODOLOGÍA
Sé monitoreo la calidad del agua en la red de agua potable de un sistema cerrado, esto significa que el pozo
que abastece a la comunidad o colonia, es único y no existe otra fuente, por lo que se conoce que cantidad de
arsénico aporta el pozo y esta no deberá ser mayor o menor al usuario final, se tomó agua en 3 puntos de la
red; el primero a salida del pozo, como la cloración era en línea se tomó agua clorada, de ahí iba a un tanque
de almacenamiento y de ahí se distribuía el segundo punto fue en la parte media de la red y el tercero en el
domicilio mas alejado del pozo. Los parámetros analizados fueron: cloro total, hierro, silicatos, pH, temperatura,
conductividad, alcalinidad, cloruros, dureza total, sulfatos, nitrógeno total, dureza de calcio, calcio, manganeso,
magnesio y arsénico. La toma de muestras fue simultánea en todos los puntos y durante un periodo de 12 horas
tomando muestras puntuales cada hora y media. Así mismo, se tomaron muestras de incrustaciones localizadas
en uno de los puntos monitoreados A estas muestras se les sometió a pruebas de absorción y desprendimiento
del arsénico, mediante la modificación de parámetros que podrían ocurrir en la red como el pH, tiempo de
contacto y cantidad de cloro en pruebas de jarras. Para determinar las variantes que iban a monitorearse, se
utilizó un sistema exponencial 2 3 Goupy, J., (1988). Para confirmar los resultados, las incrustaciones fueron
sometidas a microscopía de barrido donde se obtuvo en porcentaje la cantidad de cada elemento, para conocer
todos los compuestos presenten en la incrustación, se realizó la difracción por rayos X, fluorescencia de rayos X
para los elementos presentes, el análisis químico por absorción atómica indicó la cantidad de cada elemento
por kg de incrustación, con la información anterior se realizó un análisis minerográfico que proporcionó el
porcentaje de elementos presentes en la incrustación.
Las incrustaciones únicamente se localizaron en tuberías de acero. A pesar de que existe una alta dureza
permanente en el agua, no se encontraron éstas, en tuberías de PVC y de asbesto cemento. Una de las
incrustaciones se obtuvo en la ciudad de Torreón (sitio monitoreado en calidad de agua). Las incrustaciones
fueron pulverizadas y tamizadas a una malla de 16 mm., posteriormente éstas fueron puestas en el equipo de
jarras, se les agregó un litro de agua destilada y se ajustó el pH, cloro y el tiempo de contacto, tomando
muestras a los 15 minutos (inicio) y al final del experimento (6 h).
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Como se mencionó, las incrustaciones fueron sometidas a pruebas de adsorción y desorción del arsénico,
variando 3 factores que pueden ocurrir en las redes de agua potable. La siguiente tabla muestra las variables
evaluadas y valores tomados. Los valores mínimos y máximos fueron se obtuvieron del monitoreo de calidad
del agua. Para la desorción no se agregó arsénico únicamente la incrustación, para la absorción se agregó
arsénico a una concentración de 1.248 mg/L (concentración máxima histórica localizada en uno de los pozos
que abastecía la zona).
TABLA 2: Valores y variables utilizadas para las pruebas de jarras de las incrustaciones
Parámetro -1 +1
A=pH 5.5 8.5
B= Cloro Libre 0 3.5
C= Tiempo de contacto (h) 0.25 6
RESULTADOS
Los resultados de calidad de agua se muestran en la tabla 3.
TABLA 3: Resultados de los análisis fisicoquímicos
Parámetro mg/L
Pozo
Punto 1
Dom-1
Punto 2
Dom-2
Punto 3
Dureza de Ca+ 2 261 261 268
Dureza Mg +2 120 122 126
Dureza temporal 186 186 190
Dureza permanente 195 197 204
Dureza total 381 383 394
Alcalinidad total 186 186 190
Índice de Ryznar 6.98
Aniones
Bicarbonatos* 186 186 190
Cloruros 39 39 32
Sulfatos 180 174 240
Silicatos 27 27 28
Nitratos 2.6 8.0 9.1
Cationes
Fe +2 0.0600 0.0657 0.0488
Mn +2 0.0106 0.0341 0.0196
As +3 0.0236 0.0229 0.0277
Realizando el balance de arsénico en cada punto se observó que después de 12 horas de muestreo existe una
desorción o desprendimiento del arsénico de 4.1 µg/L.
5

La incrustación encontrada en el sitio del muestreo se presenta en la siguiente figura:
Los resultados de sorción para la incrustación en las pruebas de jarras
fueron los siguientes: el arsénico se adsorbe cuando la incrustación es
sometida a pH ácidos y tiempo de contacto de 6 horas. El arsénico se
desprende de la incrustación bajo tres condiciones; 1) pH alcalino (8.5)
y sin cloro, 2) pH alcalino y tiempo de contacto de 6 horas, y 3) cuando
la concentración de cloro es cero o muy baja y el tiempo de contacto es
alto.
Figura 3 Tubería obtenida de la red de distribución evaluada
De acuerdo a lo observado durante la operación de la red, la condición número 3 es la que mas ocurre, ya que
suele terminarse el cloro y no cuentan con reserva y llegan a durar hasta varios días sin cloro hasta que se
reestablece el suministro.
Los resultados del análisis del estudio mineragráfico fueron los siguientes:
. Fases presentes .
Muestra Fórmula Compuesto Porcentaje
Pozo 12. Torreón. Red de Agua Potable
Na(Si 3 Al)O 8 Silicoaluminato de sodio 0.36
SiO 2 Dióxido de silicio 23.14
FeO.OH Goethita (Dióxido de Fierro (III) hidratado) 50.57
FeO.Fe 2 O 3 -------------------------- 16.80
(Na 2 K 2 ) 2 (Mg,Fe) 3(Fe,Al) 2 (SiO 3 ) 8 --------------------------- 0.26
Ca 2 Al 4 Si 14 O 36 .14 H 2 O Silicoaluminato de calcio 0.53
La composición principal de la muestra son óxidos de hierro. Los óxidos de hierro favorecen la adsorción del
arsénico, esto explica él porque de este fenómeno podría ocurrir en las líneas de distribución. La incrustación
esta formada por el 67% de óxidos de hierro de acuerdo a la tabla anterior. El análisis químico de las
incrustaciones muestra la presencia de arsénico y encontró a una concentración de 384 mg de As/kg de
incrustación.
Realizando el balance en la red, considerando la hidráulica del sistema, distancias, tiempos de retención y
concentraciones de arsénico en cada punto y las incrustaciones encontradas, esta tiene una capacidad de
desprender arsénico a un ritmo de 156 µg/L*d de acuerdo a las pruebas de jarras. En condiciones reales de
operación de la red, el arsénico se desorbe a una tasa de 11.8 µg/L*d.
CONCLUSIONES
• El agua del pozo evaluado presentó un índice de Ryznar mayor a 6 que indica que el agua es corrosiva
y poco incrustante a temperatura ambiente y a temperaturas altas esta sería incrustante. La
temperatura promedio en la red fue de 25 o C, por lo que las líneas de agua caliente de las casas que
sean de acero galvanizado tendrán incrustaciones.
• En el año 2000 de los 63 pozos evaluados 47 de estos (75%) cumplían con la norma para arsénico
(0.05 mg/L), con la disminución gradual de la norma, sólo 27 pozos (43%) estarán dentro de norma para
el año 2005. A pesar de que la norma es mas estricta, la red de distribución es la misma, que en
algunas zonas desde hace mas de 50 años y a ésta, a lo largo de los años, se le ha ido acumulando e
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incrustando sales incluyendo el arsénico que bajo ciertas condiciones de operación de la red se
demostró que el arsénico puede ser adsorbido o desprendido.
• No se localizaron incrustaciones en las tuberías de PVC y de asbesto cemento, solo en las tuberías de
acero galvanizado y hierro colado.
• La red de abastecimiento monitoreada mostró en el balance de arsénico una desorción de 4.1 µg/L
equivalente a 11.8 µg/L*d una vez realizando el balance de la red.
• Las incrustaciones de la red evaluada esta formada por el 67% de óxidos de hierro. El análisis químico
de las incrustaciones muestra presencia de arsénico 384 mg de As/kg.
• Los resultados de sorción para la incrustación en las pruebas de jarras muestra que el arsénico es
adsorbido cuando la incrustación es sometida a pH ácidos y tiempo de contacto de 6 horas. El arsénico
se desprende de la incrustación bajo tres condiciones; 1) pH alcalino (8.5) y sin cloro, 2) pH alcalino y
tiempo de contacto de 6 horas, y 3) cuando la concentración de cloro es cero o muy baja y el tiempo de
contacto es alto.
• De acuerdo a lo observado durante la operación de la red, es muy probable que la desorción del
arsénico se deba a que no exista suministro de cloro y el agua este en la red tiempos largos, debido a
que en las pruebas de desorción se observó que existe desprendimiento de arsénico cuando no hay
cloro y el agua permanece mucho tiempo en contacto con la incrustación.
• Con lo anterior, se puede concluir que las incrustaciones presentes en la red de distribución podrían
adsorber y desprender arsénico si cambian las condiciones REDOX de la red. Los factores que
provocan este fenómeno dependerán de la formación de la incrustación, del material de formación y de
las condiciones de operación de la red. Por lo que no se puede generalizar, que todas las
incrustaciones se van a comportar de igual forma en cuanto al fenómeno de sorción y desprendimiento
del arsénico. Sin embargo, este fenómeno se presenta en las redes de distribución, ya que se
comprobó que hay desprendimiento del metaloide, aumentando la concentración de éste en el usuario
final hasta 4.1 µg/L (11.4 µg de As/L*d). La falta de cloro y tiempo de residencia altos, favorecen el
fenómeno de desorción, por lo que es necesario poner atención en la operación de la red.
Agradecimientos: Rubén Huerto Delgadillo por facilitar la información para actualizar los niveles de
concentración de arsénico en pozos. A la M.I. Ma. de Lourdes Rivera Huerta, M.I. Antonio Ramírez González y
al Ing. Cristian Cassals (estudiante francés) por su participación en el proyecto y a la Ing. Leticia Bedolla
Vázquez por la realización de las pruebas de laboratorio.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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8