¿Es posible limpiar sitios contaminados
con arsénico?


¿Es posible limpiar sitios contaminados
con arsénico?
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En un día cualquiera, en el que contribuimos a realizar los quehaceres del hogar, participamos en la generación de algún producto, ofrecemos algún servicio, asistimos a la escuela o, simplemente, vemos un partido de futbol, podríamos estar consumiendo algún contaminante, ya sea al entrar en contacto físico con él o, incluso, liberándolo y contribuyendo así a contaminar el medio ambiente, daño que se ha incrementado en las últimas décadas.
     El arsénico, cuyo símbolo químico es As, está en el ambiente de manera natural y es liberado, entre otras fuentes, por la actividad industrial, el transporte, la agricultura, etcétera.

Lo anteriormente mencionado favorece la acumulación de As en agua, suelos, aire y alimentos, provocando que día a día nos expongamos a su acción en nuestro organismo, aun durante actividades recreativas. Por ello, se han desarrollado diversas estrategias para reducir el As en el medio ambiente, a través de técnicas de remediación.
     La remediación es un conjunto de tecnologías para limpiar, restaurar o recuperar sitios contaminados, devolviendo al sitio sus características originales y sus funciones ecológicas, y dejándolo como si nunca hubiera estado contaminado. La finalidad de la remediación es remover, eliminar o reducir la cantidad de contaminantes, o bien, transformarlos en sustancias no tóxicas o menos dañinas, para que puedan reintegrarse a los ecosistemas.

Así como en el futbol existen estrategias para meter un gol, cuando planeamos remediar un sitio contaminado, lo podemos hacer de diferentes maneras, mediante ciertas estrategias. Por ejemplo, podríamos destruir o modificar los contaminantes, alterando su estructura química; extraerlos o separarlos, aprovechando sus propiedades, y aislarlos o inmovilizarlos, valiéndonos de la reducción de su capacidad para reaccionar.
     Podemos practicar este deporte (la remediación) en distintos lugares; por ejemplo: si tenemos agua contaminada con As en una laguna y pretendemos limpiarla ahí mismo, estaríamos realizando una remediación in situ (en el sitio). Si, por alguna razón, no podemos tratar esa agua en el mismo lugar y tenemos que desplazarla hacia otro sitio, estaríamos empleando una remediación ex situ (fuera del sitio). Además, si esa agua estuviera contaminada en el subsuelo y fuese necesario bombearla hacia la parte superior, estaríamos empleando remediación on site (sobre el sitio).

Al realizar algún ejercicio, por ejemplo, durante un partido de futbol, tenemos que respirar una gran cantidad de oxígeno (O2), sin embargo, a diferencia del futbol, la remediación de As u otros contaminantes se puede realizar en presencia o ausencia del O2. La remediación aeróbica (en presencia de O2) involucra una serie de reacciones químicas de oxidación, mientras que, en la remediación anaeróbica (en ausencia de O2) se emplean compuestos y elementos como nitrato, sulfato, hierro o manganeso, para llevar a cabo las reacciones que degradan los contaminantes.
     Podemos disminuir la contaminación a través de tratamientos biológicos, físico-químicos o térmicos. Los primeros —también llamados de biorremediación— emplean la actividad metabólica* de organismos como plantas, hongos, bacterias, entre otros, para remover, degradar o transformar los contaminantes en compuestos inocuos como CO2, H2O y NO3-. Los tratamientos físico-químicos utilizan (obviamente) las propiedades físicas y químicas de los contaminantes o del sustrato contaminado, para destruir, contener o separar los contaminantes; mientras que los tratamientos térmicos emplean calor para incrementar la volatilización, quemar, descomponer o inmovilizar los contaminantes.

El As, en forma inorgánica, es mucho más tóxico que su forma orgánica y, con frecuencia, se encuentra en aguas subterráneas y superficiales (en suelos, aire y alimentos). Debido a que el As posee propiedades intermedias entre los metales y los no metales, es pues, químicamente, un metaloide; aún más: se le considera un metal pesado, porque tiene una densidad de 5 g mL-1, es decir, es cinco veces más pesado que el agua. La presencia de As en agua potable y en alimentos es imposible de detectar a través de los sentidos, porque carece de sabor, olor y color; así que su detección y cuantificación sólo es posible con el apoyo de costosos equipos.
     Así como un balón se emplea en muchos deportes y en una gran cantidad de países, el As se ha utilizado en todo el mundo para una amplia variedad de propósitos. Además, al igual que los reglamentos de cada deporte regulan las dimensiones, peso, material, etc. de cada balón, las concentraciones máximas permisibles de As en agua potable y suelo también están establecidas de manera diferente en las legislaciones de casi todo el mundo. Los niveles de As superiores a los límites permisibles resultan ser, actualmente, un problema mundial que está ocasionando una de las peores crisis de salud pública, porque cuando el As o sus compuestos inorgánicos son consumidos por el ser humano, provocan trastornos en la salud, enfermedades graves y muerte de muchos seres (figura 1).

FIGURA 1. Origen, dosis letal y efectos del As en el cuerpo humano

Al igual que en todos los deportes en los que se utiliza un balón, en las tecnologías para remediar la presencia del As y su posible riesgo sanitario, están presentes los desarrollos tecnológicos de punta. En las últimas décadas se han desarrollado tecnologías para disminuir la concentración de As en suelos, aire, alimentos y agua.
     Cuando el As está en solución, éste puede ser removido con pequeñísimas moléculas o estructuras, denominadas nanopartículas, las cuales tienen dimensiones tan pequeñas que van de 1 a 100 nanómetros (un nanómetro es igual a una mil millonésima parte de un metro). Además, algunos productos o subproductos industriales y agrícolas de bajo costo también tienen la capacidad de atrapar el As elemental o sus compuestos. En todos los casos mencionados, los iones de H+ y la humedad desempeñan un papel fundamental en la remoción de As. Particularmente, su remoción en agua utiliza nanopartículas de hierro, las cuales aglomeran y precipitan los contaminantes, bajo condiciones controladas de temperatura y oxígeno.
     A pesar de que los contaminantes con As son muy pequeños, es posible separarlos y extraerlos a través de una diminuta red, como aquella que retiene el balón luego de un espectacular gol. En este sentido, denominamos a esa diminuta red: membrana, la cual, por lo general, está cargada positivamente y puede, sin problema alguno, reducir la concentración de As en agua residual o agua potable. Redes similares, pero de menores dimensiones, construidas por unos cuantos nanómetros, también han servido para extraer As de agua potable.
     Así como en el futbol los jugadores emplean la carga para desplazar legalmente a un jugador contrario, sin perder el control del balón, en remediación empleamos la carga magnética de óxidos de hierro, en particular de magnetita (Fe3O4) o de otros materiales, para separar físicamente, remover y precipitar As de suelos y agua.
     Ahora bien, cuando un estadio de futbol está bastante deteriorado y resulta, además de complicado, muy caro remodelarlo, lo mejor es construir uno nuevo a pesar del gran costo que eso implica. De la misma forma, si el sistema suelo está muy contaminado —al grado que resulta demasiado difícil extraer, separar o degradar los contaminantes—, es recomendable excavar, retirar y remplazar el suelo por otro no contaminado. En este sentido, al igual que construir un estadio, el excavar y remplazar el suelo es una estrategia tan cara como efectiva.

A una final de futbol asiste una gran cantidad de aficionados, todos listos y preparados para el espectáculo, con el firme deseo de que gane su equipo favorito y se imponga la calidad técnica. Cuando hablamos de remediación, también organizamos grandes eventos en los que invitamos a participar a plantas o microorganismos. Estos invitados disfrutarán de un gran festín en el que se alimentarán de los contaminantes y otros sustratos, los cuales les aportarán energía para degustar sin medida los contaminantes. El proceso de remediación en el que se emplea organismos vivos para degradar o transformar contaminantes en compuestos como CO2, H2O y NO3-, es denominado biorremediación.
     Durante una final, en un estadio, varias actividades se realizan al mismo tiempo, sin que una afecte a las demás, pero, todas contribuyen a dar ese toque particular y especial a una final. Durante la biorremediación, también sería posible desarrollar varias tecnologías para limpiar, sin que alguna altere el desempeño de otra, pero, al mismo tiempo, cada una contribuye al mismo fin: hacer que los invitados disfruten del festín; lo que, en este caso implica: comer y degradar contaminantes. Estas tecnologías que, sin duda, disfrutarán nuestros flamantes invitados son:

  • La bioaumentación, que es la incorporación de microorganismos a un sustrato contaminado. 
  • La bioestimulación o la adición de alimento, para que los organismos existentes en la matriz contaminada incrementen su población y su capacidad para degradar contaminantes.
  • La fitorremediación, que consta de algunos procesos en los cuales se emplea plantas para remediar suelos o cuerpos de agua (figura 2). Algunas de las variantes de la fitorremediación son la ficorremediación (que implica el uso de algas) y la micorremediación (que se realiza mediante la participación de hongos).

FIGURA 2. Procesos involucrados en la fitorremediación


     Del mismo modo que en un estadio los rijosos son inmovilizados para que no causen destrozos, en los sistemas contaminados, también los contaminantes son inmovilizados para que no dañen los e-cosistemas. Durante este proceso, los contaminantes se hacen menos reactivos o volátiles y, si fuera necesario, el contaminante es retenido dentro de una matriz sólida, mediante la adición de un material solidificante.
     A menudo, es necesario realizar, de manera conjunta, la reducción de la reactividad y volatilidad de un contaminante y la solidificación de éste. Si en el estadio la inmovilización de un rijoso resulta complicada, el uso de una corriente eléctrica se convierte en una alternativa, al menos en algunos países. Del mismo modo, si la extracción del As u otros contaminantes del suelo no fuera posible con métodos más convencionales, aplicar una corriente eléctrica continua de baja intensidad, podría provocar la migración del contaminante hacia una barra metálica cargada eléctricamente, donde se concentrará, para luego ser retirado, tratado y dispuesto adecuadamente.
     Cuando la final de futbol concluye, los aficionados —claro, después de celebrar o lamentar— se marchan, por lo que retirar desperdicios y limpiar el lugar, se vuelve imprescindible. Un suelo que contenga mucho As u otros contaminantes también se lava, y tal limpieza consiste en la aplicación de líquidos (generalmente agua combinada con químicos) y un procedimiento mecánico para limpiar el suelo; proceso durante el cual, sus partículas finas y gruesas se tratan por separado.
     Después de la fiesta que implica una final de futbol y luego de los festejos correspondientes, se lograron los objetivos para los cuales el estadio fue construido y la imponente edificación, ya limpia, queda lista para un evento más.
     Los humanos disfrutamos los suelos, el agua y el aire, pero, debido a que los usamos y aprovechamos de forma inadecuada, éstos se contaminan a través del tiempo, por lo que, después de cierto periodo, todo queda sucio y, paradójicamente, adecuado para el próximo festín, en el que los invitados (plantas, microorganismos y algunas tecnologías) dejarán limpio y listo nuestro medio ambiente para el uso de las futuras generaciones, claro, siempre y cuando, los manejemos de manera inteligente y responsable.

El As se ha convertido en un problema ambiental y de salud pública, el cual ha sido relacionado con el consumo de agua potable y alimentos, pero también está presente en suelos, cuerpos de agua y aire.
     Las tecnologías de remediación han mitigado la contaminación por As en lugares muy puntuales; no obstante, el problema a nivel mundial sigue creciendo, por lo que es necesario informar a la población y procurar concientizarla y, de especial importancia, involucrar a los tomadores de decisiones (políticos e industriales), para impulsar un desarrollo sustentable.

  • Basu, A., D. Saha, R. Saha, T. Ghosh, B. Saha (2014). “A Review on Sources, Toxicity and Remediation Technologies Removing Arsenic from Drinking Water”, Research on Chemical Intermediates, vol. 40, pp. 447-485.
  • Fernández-Luqueño, F., F. López-Valdez, P. Gamero-Melo, S. Luna-Suárez, E. N. Aguilera-González, A. I. Martínez, M. S. García-Guillermo, R. Herrera-Mendoza, M. A. Álvarez-Garza, I. R. Pérez-Velázquez (2013). “Heavy Metal Pollution in Drinking Water – A Global Risk for Human Health: A Review”, African Journal of Environmental Science and Technology, vol. 7, pp. 567-584.
  • Sharma, A. K., J. C. Tjell, J. J. Sloth, P. E. Holm (2014). “Review of Arsenic Contamination, Exposure through Water and Food and Low Cost Mitigation Options for Rural Areas”, Applied Geochemistry, vol. 41, pp. 11-33.
Dr. Fabián Fernández-Luqueño,  Ing. María Fernanda Valerio-Rodríguez

Se desempeñan como investigadores en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, del IPN (Cinvestav), Unidad Saltillo; y están adscritos al Programa de Sustentabilidad de los Recursos Naturales y Energía.

Dr. Fernando López-Valdez

Es Profesor Titular C, con línea de investigación en Biotecnología Agrícola, en el Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada.

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