Propuesta metodológica para calcular la carga de metales pesados resuspendidos a partir del sedimento depositado en vías de la ciudad de Bogotá
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2023-02-20
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Descripción
La contaminación por metales pesados (MPs) en el suelo, recurso hídrico y aire representa una de las problemáticas más grandes de salud pública y ambiental a nivel global y local. En el campo de la medición e identificación de este fenómeno en el ámbito de calidad del aire es poco abordado y estudiado en Colombia actualmente. El propósito de esta investigación es proponer una metodología que determine la carga potencialmente resuspendible de MPs desde los sedimentos viales (SV) urbanos, los cuales pueden generar potenciales impactos sobre la salud pública y la calidad del aire. Se realizó una revisión sistemática de literatura entre los años 2000-2020. Los resultados muestran el siguiente orden de importancia para las categorías detectadas en los métodos para estimar las cargas de MPs resuspendidos a partir del SV: metodología de aspirado (15,0%) > tubos de muestreo con filtro (7,50%) > metodología de aspirado y barrido (5,00%), muestras de suelo (5,00%) > metodología de barrido (2,50%). En cuanto a las metodologías de análisis de laboratorio para muestras de MPs resuspendibles desde el SV, los hallazgos muestran el siguiente orden de importancia: Espectrometría de plasma de acoplamiento inductivo (70,4%) > espectrometría de absorción atómica (14,8%) > cromatografía iónica (7,40%) > difracción de rayos X para polvo (3,70%) y espectrometría de masas de ionización térmica (3,70%). Los resultados sugieren el siguiente orden de importancia a nivel mundial en estudios de MPs asociados con el SV urbano: Pb > Cu > Zn > Cd > Ni > Cr. En efecto, el Pb (56,4%), Cu (53,8%) y Zn (53,8%) son los MPs de mayor interés a nivel mundial, debido posiblemente a que evidencian correlaciones significativas con otros MPs detectados en el SV (p.ej., Cr y Ni). En este estudio, proponemos una metodología para determinar la fracción de MPs potencialmente resuspendible desde el SV a partir de una ecuación de lavado que cuantifica la porción lavada durante evento de escorrentía propuesto por Zafra et al. (2017). Los resultados obtenidos utilizando la metodología para determinar la fracción resuspendible y el método simplificado sugieren que la carga potencial de MPs arrastrados por la escorrentía de SV promedió entre 16,6 y 46,3 % (Mn, Cd, Zn, Cu, Ba, Pb, Co, Ni, Fe, y Cr. Fe, Pb y Cu). Estos son los MPs qué mayor porcentaje aportan a ser resuspendidos en promedio en las dos zonas de estudio. La fracción de tamaño inferior a 250 μm contribuye con un promedio del 86,7 % de la carga potencial de MPs arrastrada por la escorrentía del SV; el 13,3% restante lo aporta la fracción de tamaño SV mayor o igual a 250 μm. Las fracciones sólidas y disueltas contribuyen con el 70,7 y el 29,3 % de la carga potencial de MPs arrastrada por la escorrentía del SV, respectivamente. Finalmente, substrayendo de la fracción total de SV la porción arrastrada por eventos de escorrentía, se obtuvo la fracción seca de SV con carga de MPs potencialmente resuspendible al ambiente. Utilizando la metodología para determinar la fracción seca resuspendible, sugieren que la carga potencialmente resuspendible de MPs promedió entre 53,7 y 83,4 %, en donde los MPs que más contribuirían a dicha carga a las superficies viales estudiadas fueron: Fe (79,4 %), Pb (75,5 %) y Zn (71,1 %).
Resumen
Pollution by heavy metals (HMs) in the soil, water resources and air represents one of the biggest public and environmental health problems at the global and local levels. In the field of measurement and identification of this phenomenon in the field of air quality, it is currently little addressed and studied in Colombia. The purpose of this research is to propose a methodology that determines the potentially re-suspendable load of HMs from urban road deposited sediments (RDS), which can generate potential impacts on public health and air quality. A systematic literature review was carried out between the years 2000-2020. The results show the following order of importance for the categories detected in the methods to estimate the loads of resuspended HMs from the RDS: Aspirate methodology (15.0%) > sampling tubes with filter (7.50%) > methodology vacuuming and sweeping (5.00%), soil samples (5.00%) > sweeping methodology (2.50%). Regarding the laboratory analysis methodologies for re-suspendable HM samples from the RDS, the findings show the following order of importance: Inductively coupled plasma spectrometry (70.4%) > atomic absorption spectrometry (14.8%) > ion chromatography (7.40%) > X-ray powder diffraction (3.70%) and thermal ionization mass spectrometry (3.70%). The results suggest the following order of importance worldwide in HM studies associated with urban VS: Pb > Cu > Zn > Cd > Ni > Cr. Indeed, Pb (56.4%), Cu (53.8 %) and Zn (53.8%) are the HMs of greatest interest worldwide, possibly because they show significant correlations with other HMs detected in the RDS (for example, Cr and Ni). In this study, we propose a methodology to determine the fraction of HMs potentially re-suspendable from the RDS from a washing equation that quantifies the portion washed during the runoff event proposed by Zafra et al. (2017). The results obtained using the methodology to determine the re-suspendable fraction and the simplified method suggest that the potential load of HMs carried by RDS runoff averaged between 16.6 and 46.3% (Mn, Cd, Zn, Cu, Ba, Pb, Co, Ni, Fe, and Cr. Fe, Pb, and Cu). These are the HMs that contribute the highest percentage to be resuspended on average in the two study areas. The fraction smaller than 250 μm contributes with an average of 86.7% of the potential load of HMs carried by the runoff of the RDS, the remaining 13.3% is contributed by the SV size fraction greater than or equal to 250 μm. The solid and dissolved fractions contribute with 70.7 and 29.3% of the potential load of HMs dragged by the runoff of the RDS, respectively. In the same way, the results obtained using the methodology to determine the re-suspendable fraction suggest that the potential load with the possibility of being re-suspendable of HMs averaged between 53.7 and 83.4 %. Finally, by subtracting from the total fraction of RDS the portion washed away by runoff events, the dry fraction of RDS with a load of HMs potentially re-suspendable to the environment was obtained. Using the methodology to determine the re-suspendable dry fraction, they suggest that the potentially resuspendable load of MPs averaged between 53.7 and 83.4 %, where the HMs that would contribute the most to said load on the road surfaces studied were: Fe (79, 4%), Pb (75.5%) and Zn (71.1%).
Palabras clave
Metales pesados, Sedimento vial, Polvo vial, Re-suspensión, Fracción seca