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Introducción
El desarrollo de la sociedad marcha unido al aumento de la actividad industrial y en consecuencia, a la generación de una enorme cantidad de desechos que contaminan al suelo, al agua y al aire por diferentes vías, convirtiéndose la contaminación en uno de los principales problemas ambientales a nivel global.1
Especial atención cobran los denominados desechos peligrosos, por sus características físicas, químicas o biológicas que representan un peligro para la salud y el medio ambiente. Por lo tanto, el adecuado manejo y disposición final de los mismos es un tema prioritario a nivel internacional. Al respecto, el mayor problema que enfrenta Cuba es precisamente, la inexistencia de un lugar para la disposición final o confinamiento de estos desechos. En tal sentido, las instalaciones de la no concluida Central Electronuclear de Juraguá (CEN), en la provincia de Cienfuegos, han sido destinadas a constituir el Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos Juraguá, los cuales se generan en nuestro país en cantidades que superan las 100 000 toneladas anualmente.2
El establecimiento de este confinatorio conlleva a la necesidad de hacer una vasta caracterización de los principales componentes del ecosistema, la cual constituirá la línea base y permitirá evaluar el impacto del funcionamiento de esta instalación sobre el medio.
Para confirmar si un determinado suelo está contaminado y cuál es el nivel de contaminación, es usual comparar los tenores totales de los elementos o de las sustancias investigadas con valores orientadores, que pueden ser los de un suelo no contaminado o valores de referencia de calidad (patrones), que son establecidos por diversas legislaciones mundiales.3
Las propiedades intrínsecas de los suelos determinan su calidad, así como su capacidad productiva y de amortiguador ambiental, existiendo la urgencia de controlar la contaminación como una vía para preservar la fertilidad e incrementar su productividad. La polución puede ser definida como un cambio indeseable en las características físicas, químicas o biológicas, que inciden negativamente en la salud de este ecosistema.4
Referente a los desechos peligrosos un creciente interés ha estado dirigido hacia los residuos industriales contaminados con metales pesados (MP), dado por su gran toxicidad y persistencia en el ambiente. Los MP están presentes en los suelos de modo natural, estando relacionadas sus concentraciones con el material pétreo que interviene en el proceso de génesis de los suelos. En la mayoría de las veces estas concentraciones no ofrecen riesgo para la salud humana. Sin embargo, estos tenores iniciales pueden ser incrementados por actividades antrópicas que posibilitan la entrada adicional de estas sustancias al suelo. Tradicionalmente, este enriquecimiento se relaciona con la actividad industrial y minera. No obstante, algunos insumos agrícolas usados con finalidad correctiva o nutricional para las plantas, también pueden ser fuentes de contaminación.5
Hasta el presente en Cuba, no se han definido los valores de referencia que acrediten el nivel de contaminación de los suelos, considerando que las concentraciones naturales de MP varían con los tipos de suelos, no resultando adecuado comparar éstos con los propuestos por legislaciones foráneas. Estos elementos, sufren escasa degradación y por tanto son considerados toxinas bioacumulativas persistentes, representando un marcado riesgo para la salud.6
Teniendo en cuenta estos aspectos, el objetivo de este trabajo fue caracterizar químicamente los suelos del área de emplazamiento del Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos Juraguá y básicamente, determinar las concentraciones de MP existentes, considerándolas como niveles de base o de referencia, para la evaluación del impacto de la instalación.
Materiales y métodos
Área de estudio y colecta de muestras
La toma de muestras tuvo lugar entre mayo del 2016 y agosto del 2017. En la figura 1 se identifican los puntos de muestreo de los suelos superficiales en el área de emplazamiento del Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos Juraguá, para la caracterización química de los mismos. Esta área está ubicada en la región centro-sur de Cuba, en la provincia de Cienfuegos y se localiza entre las coordenadas geográficas 22,059 685 y 22,068 076 de Latitud Norte y entre -80,518 236 y -80,506 588 de Longitud Oeste (proyección WGS84). En el área investigada los tipos de suelos que predominan son los ferralíticos, seguidos por los húmicos y una menor área donde predominan los fersialíticos.7
Los puntos de muestreo fueron ubicados en forma de malla, equidistantes a 100 metros aproximadamente, tal como se aprecia en la figura 1. En los lugares donde el acceso fue más difícil, las muestras de suelos se tomaron siguiendo transeptos simples.
Todas las muestras de suelo se colectaron con una cuchara de muestreo, a una profundidad de hasta 10 cm aproximadamente, limpiándolas de hierbas, raíces y piedras. En cada caso se tomaron entre 300 y 500 g de suelo. Las muestras se envasaron en bolsas de nylon, se etiquetaron adecuadamente y fueron trasladadas al Laboratorio de Ensayos Ambientales (LEA) del Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos (CEAC).
Preparación química de las muestras
La preparación de las muestras se realizó según.8) Las muestras de suelo se secaron en una estufa Binder de fabricación alemana, a 45oC hasta lograr un peso constante, con una variación menor del 5 % del peso. Luego se molieron ligeramente con un molino de ágata, marca Retaché, modelo PM 400 y se tamizaron por una malla de 0,25 mm, en una zaranda Retsch, AS-200, ambos equipos de procedencia alemana.
La digestión de las muestras de suelo se realizó en horno de microondas Milestone Ethos 1, de procedencia italiana, según el método 3051 de la USEPA.9 De la fracción fina de suelo seco (<0,25mm) se tomaron alícuotas de 0,5 g, se depositaron en bombas de teflón y se le adicionaron poco a poco 6 ml de ácido nítrico concentrado HNO3 65%, agitándolo cada 5 min durante media hora. Posteriormente, se le agregó 2 ml de peróxido de hidrógeno H2O2 30% y se volvió a agitar cada 5 min durante media hora, evitando que se derramara por la formación de espuma. Finalmente, se tapó la bomba de teflón y se introdujo dentro del envase de seguridad del horno de microondas para realizar la digestión de la muestra.
Una vez digerida se trasvasó completamente a un beaker de teflón, y se redujo a volumen mínimo en una plancha de calentamiento, se dejó refrescar y se le añadió 5 ml de ácido fluorhídrico HF 48 %. Se pasó nuevamente a la plancha de calentamiento, repitiendo el ataque con 5 ml de HF 48 % hasta la total disolución. A las sales húmedas obtenidas se le añadió 1,5 ml de ácido perclórico HClO4 60 % y se volvió a calentar en la plancha de calentamiento, observando humos blancos. Se retiró de la plancha, se dejó enfriar y se le adicionó 4 ml de HNO3 65 % y 10 ml de agua destilada, se calentó ligeramente hasta la total disolución. Las muestras así tratadas se filtraron y enrasaron con agua destilada para su medición en volumétricos de 25 ml. Todos los reactivos utilizados fueron de calidad puro para análisis (p.a) y provistos por la Merck.
Medición de MP en muestras de suelo
Las disoluciones así preparadas estuvieron listas para la determinación de las concentraciones de MP (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd y Mn), utilizando el método de Aspiración Directa por Espectroscopía de Absorción Atómica (AAS) en llama aire-acetileno, en un equipo Avanta, GBC Scientific, de fabricación australiana, acoplado al sistema de llama Aire-Acetileno, según los métodos (USEPA, 220,1; 289,1; 218,1; 249,1; 239,1; 213,1 y 243,1, respectivamente).10-16) Se utilizó el software GBC AVANTA.17 Tanto los reactivos utilizados de grado analítico, como la serie de disoluciones estándar para la calibración del equipo fueron suministradas por la Merck. El control de la calidad se realizó mediante el Control de la Curva de Calibración, verificando siempre que el coeficiente de regresión fuera ≥ 0,99.
El Hg fue determinado utilizando un analizador directo de mercurio (DMA-80), de la Millestone (USEPA Method 7473).18
Análisis estadístico de los resultados
Para el análisis estadístico se utilizó el software Statgraphic Centurion XVI.I.19 Este programa posibilitó determinar parámetros importantes para establecer los niveles de referencia de los MP investigados en los suelos superficiales del área de emplazamiento del Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos Juraguá. Así, fueron establecidos para cada MP, el valor mínimo, el valor máximo, el valor medio, la desviación stándar, los coeficientes de variación (CV) y los intervalos de confianza para la media, con una probabilidad del 95 %. Este intervalo asume que la población de la cual proviene la muestra puede representarse por la distribución normal. Para la mayoría de los MP el sesgo y la curtosis estandrizada estuvieron entre -2 y +2, confirmando este supuesto. Por otro lado, el intervalo de confianza para la media es bastante robusto y no muy sensible a violaciones del supuesto de la normalidad, de aquí su validez.
Resultados y discusión
En la tabla 1, se resumen los resultados principales de los niveles de metales pesados en los suelos investigados del área de emplazamiento del Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos obtenidos en esta investigación.
Como niveles de referencia de los MP en los suelos del área del emplazamiento del Confinatorio, deben ser considerados los intervalos de confianza determinados para el valor medio con una probabilidad del 95 % (tabla 1). Estos intervalos significan que cada cien muestras de suelo superficial tomadas al azar en el área estudiada, noventa y cinco de ellas tendrán el valor de la concentración del MP investigado, dentro de este intervalo.
Las concentraciones de MP estuvieron en el siguiente orden creciente [Hg] < [Cu] < [Pb] < [Ni] < [Cr] < [Zn] < [Mn]. Para el Cd, todas las muestras de suelo presentaron valores <2,07 mg/kg, sólo se pudo cuantificar en tres muestras (1,8 ±0,3; 2 ± 0,4 y 3,6 ± 1,1) mg/kg.
La tabla 2 presenta la comparación entre los valores obtenidos para los metales pesados en el área del emplazamiento del Confinatorio con los valores reportados por otros autores.
Según los resultados obtenidos en esta investigación (tabla 1), el intervalo de confianza del valor medio de la concentración de mercurio (niveles de referencia), en el área investigada es [31,12; 43,78] µg/kg. Estos valores están en un orden por debajo de los valores reportados por Rodríguez 20 y en el mismo orden de magnitud de los reportados por Kabata - Pendias 21 (tabla 2) y están dentro del intervalo de valores reportados como naturales en la litosfera 22, no se identificó ningún sitio contaminado con mercurio.
El valor medio de la concentración de cobre en los suelos analizados, para un 95 % de probabilidad está en el intervalo [7,61; 12,09] mg/kg. En el punto de muestreo 81 de la zona de emplazamiento fue encontrado un valor de 245 mg/kg. Este valor está muy por encima de los valores de cobre considerados como naturales y sobrepasa los límites máximos establecidos para uso agrícola y residencial; pero no industrial.23
Tabla 1 Niveles de referencia de metales pesados en los suelos superficiales del área de emplazamiento del Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos Juraguá.
| Parámetro | n | Valor mínimo | Valor máximo | Valor medio | Desv. Stándar | CV*( %) | Intervalo de confiabilidad 95% probab. para la media | |
| Mercurio [µg/kg] | 98 | <2,2 | 171,0 | 37,45 | 31,57 | 84,30 | [31,12; 43,78] | |
| Cobre [mg/kg] | 91 | <0,6 | 42,0 | 9,85 | 10,78 | 109,44 | [7,61; 12,09] | |
| Cinc [mg/kg] | 95 | <1,0 | 400,0 | 67,39 | 87,55 | 129,91 | [49,56; 85,22] | |
| Plomo [mg/kg] | 98 | 6,8 | 89,0 | 18,18 | 13,91 | 76,51 | [15,39; 20,97] | |
| Cadmio [mg/kg] | 98 | <1,0 | - | <2,07 | - | - | - | |
| Níquel [mg/kg] | 95 | <2,0 | 84,0 | 21,44 | 21,48 | 100 | [17.07; 25,82] | |
| Manganeso [mg/kg] | 94 | <0,5 | 1 200,0 | 262,12 | 244,26 | 93,19 | [212,09; 312,16] | |
| Cromo [mg/kg] | 93 | <3 | 144.0 | 31.78 | 36,19 | 113,87 | [24,33; 39,24] |
De la tabla 2 se puede apreciar que los niveles de cobre en los suelos monitoreados están por debajo de los valores publicados por Rodríguez 20 y por Kabata - Pendias 21 y en el mismo orden de magnitud de los valores reportados por Sibello.24 Asimismo, las concentraciones de cobre estuvieron en correspondencia con las reportadas para el mundo (12 mg/kg) 25 y comparándolas con las reportadas para los suelos holandeses por Crommentuijn 26, son también menores.
En el caso de los tenores de cinc, excluyendo al valor de 512 mg/kg de suelo, encontrado en el punto de muestreo 108, considerado como valor fuera del rango, el valor medio obtenido (67,39 mg/kg), está en el mismo orden que el reportado para el mundo 21, 25 y ligeramente por debajo del valor medio reportado en 20, 24 y 26. El valor medio de las concentraciones de cinc para un 95% de confianza está en el intervalo [49,56; 85,22] mg/kg. En esta investigación fueron encontrados varios sitios con valores por encima del valor máximo considerado como natural (264 mg/kg) 21; pero ninguno de estos valores supera los límites establecidos para los diferentes usos del suelo.23 Es de señalar que el valor máximo de cinc determinado en el área de estudio fue aproximadamente cinco veces superior al valor máximo reportado por Fadigas y colaboradores. en suelos brasileros.27
Tabla 2 Comparación de los resultados de los metales pesados medidos en suelos superficiales para la Línea Base Confinatorio, en el área de emplazamiento, con los reportados por la literatura.
-- No reportados
Para el caso del plomo, los resultados obtenidos en esta investigación están en correspondencia con los resultados reportados. 20, 21, 24, y 28 Sin embargo el valor medio (18,18 mg/kg) está por debajo del valor medio reportado para Holanda.26 El intervalo de confianza para la media con un 95 % de confiabilidad es para el plomo [15,39; 20,97] mg/kg en el área investigada.
Asimismo, los intervalos de confianza para la media de las concentraciones de níquel, manganeso y cromo son: [17,07; 25,82] mg/kg; [212,09; 312,16] mg/kg y [24,33; 39,24] mg/kg respectivamente, para una confiabilidad del 95 %. Los valores determinados en esta investigación de estos metales, son inferiores a los reportados en 20, 24, 28 y están en el mismo orden que los reportados como naturales para otros países.21, 27 Para el caso del níquel fueron excluidos los valores de 240 mg/kg encontrado en el punto 5 y el de 248 mg/kg encontrado en el punto 81 del área del emplazamiento del Confinatorio, por encontrarse fuera del rango y duplicar el valor máximo considerado como natural. Las 98 muestras medidas de cadmio, con excepción de tres muestras, presentaron valores menores que 2,07 mg/kg. No se midieron valores anómalos de este elemento en los suelos estudiados. Estos suelos presentaron menores valores para el cadmio que los reportados por Amaral y Febles 28, en los suelos de Mayabeque y Artemisa, en Cuba.
De forma general se obtuvieron coeficientes de variación (CV) elevados para los parámetros estudiados, por encima del 70 %, incluso para el níquel, cobre, cinc y el cromo, mayores que el 100 %, lo cual está relacionado con una gran variabilidad espacial. Esta variabilidad fue incrementada probablemente por las labores de preparación del suelo durante la construcción de las instalaciones que constiuirán el confinatorio. Procesos naturales y antropogénicos pueden influir en la variabilidad de las concentraciones de diferentes elementos en el suelo.28 Una última comparación se realizó con respecto a los CV obtenidos con los reportados por Sá Paye y colaboradores 25, observando valores igualmente elevados, influenciado por la variabilidad espacial de los tipos de suelos en las áreas investigadas.
Conclusiones
En este trabajo quedaron caracterizados químicamente los suelos del área de emplazamiento del Confinatorio Nacional de Desechos Peligrosos Juraguá, como parte de la Línea Base Ambiental. Se establecieron los intervalos de confianza para el valor medio de las concentraciones existentes de los metales pesados investigados con un 95 % de confiabilidad y son considerados los niveles de referencia de estos elementos en el área investigada. Dichos valores están dentro del rango reportado como valores naturales para suelos. Estos niveles, inéditos hasta ahora, son importantes porque permiten evaluar el impacto de la instalación en el ecosistema terrestre. Se refuerza la idea de que lo más aconsejable es considerar como valores bases o de referencias, aquellos que hayan sido determinados directamente en el sitio de interés, como ha sido en esta investigación y no valores determinados en otros sitios, donde la génesis del suelo influye en estos parámetros.
