Contaminacion por Metales Pesados-Tarea 01-Tratamiento de las Aguas Residuales PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZCARRIONFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICATRABAJO MONOGRAFICOCONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS: IMPLICACIONES ENSALUD, AMBIENTE Y SEGURIDAD ALIMENTARIAPRESENTADO POR:CORDOVA MERINO, AIMECORREO INSTITUCIONAL:1...

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UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

TRABAJO MONOGRAFICO

CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS: IMPLICACIONES EN SALUD, AMBIENTE Y SEGURIDAD ALIMENTARIA PRESENTADO POR: CORDOVA MERINO, AIME CORREO INSTITUCIONAL:

[email protected] DOCENTE: ING. JOSE VICENTE NUNJA GARCIA

HUACHO- PERÚ 2021

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TABLA DE CONTENIDO.

TABLA DE CONTENIDO.........................................................................................................2 INTRODUCCIÓN......................................................................................................................3 I.

ASPECTOS GENERALES...............................................................................................4 1.1.

Problema general........................................................................................................4

1.2.

Problemas específicos.................................................................................................4

1.3.

Objetivo general.........................................................................................................4

1.4.

Objetivos específicos...................................................................................................4

II.

MARCO TEORICO.......................................................................................................4

2.1.

Metales Pesados..........................................................................................................4

2.1.1.

Oligoelementos o micronutrientes.....................................................................5

2.1.2.

Metales pesados sin función biológica conocida...............................................5

2.2.

Métodos de Detección de Metales Pesados................................................................5

2.2.1.

Espectrofotometría de absorción atómica.........................................................5

 De llama...........................................................................................................................5  De cama de grafito...........................................................................................................5  Con cámara de Hidruros...................................................................................................5  Por vapor frío...................................................................................................................5 2.2.2.

Espectroscopía de emisión atómica...................................................................6

 De llama...........................................................................................................................6  Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP) – Óptico Simultáneo.......................................6  Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP) – Secuencial....................................................6 2.2.3.

Fluorescencia de rayos x por reflexión total.....................................................6

2.2.4.

Voltamperometría de redisolución anódica......................................................6

2.3.

2.3.1.

Mercurio..............................................................................................................8

2.3.2.

Plomo...................................................................................................................8

2.3.3.

Cadmio................................................................................................................8

2.3.4.

Cobre...................................................................................................................9

2.3.5.

Cromo..................................................................................................................9

2.3.6.

Arsénico.............................................................................................................10

2.4. III.

Exposiciones a metales pesados y afectación para la salud.....................................7

Contaminación por Metales pesados en alimentos.................................................10 CONCLUSIONES........................................................................................................12

3 IV. V.

RECOMENDACIONES..............................................................................................12 REFERENCIAS...............................................................................................................13

4

INTRODUCCIÓN. El agua constituye un elemento esencial para el desarrollo de la vida y de las actividades humanas; es difícil imaginar cualquier tipo de actividad en la que no se utilice, de una u otra forma. Por ejemplo, el cuerpo humano de un infante está constituido promedio por un 83% y de un adulto por un 66% de agua. Así como también los metales han desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de las civilizaciones. Pueden encontrarse en mayores cantidades en los extractos profundos de los ríos y en menor proporción en la superficie, los mantos acuíferos no contaminados pueden contener cantidades muy pequeñas. Uno de los mecanismos mediante el cual los metales llegan al ser humano es que las plantas absorben el metal a través de la raíz y a su vez las especies animales lo hacen al alimentarse de aquellas. Los metales, y en particular los metales pesados como Cd, Zn, Pb, Cu y Mn son peligrosos para la vida cuando contaminan el agua, el aire y los alimentos en cantidades más altas que los límites permitidos. La peligrosidad de los metales pesados es mayor al no ser química ni biológicamente degradables. Una vez emitidos, pueden permanecer en el ambiente durante cientos de años.

5 I.

ASPECTOS GENERALES I.1. Problema general  ¿De qué manera la contaminación por metales pesados influye en las implicaciones en salud, ambiente y seguridad alimentaria? I.2. Problemas específicos.  ¿Cómo los parámetros límites permisibles influyen en la salud de las personas?  ¿Cuáles son los principales métodos de detección de metales pesados?  ¿Cómo la exposición a los metales pesados influye en la salud de las personas? I.3. Objetivo general.  Identificar de qué manera la contaminación por metales pesados influye en las implicaciones en salud, ambiente y seguridad alimentaria. I.4. Objetivos específicos.  Verificar como los parámetros límites permisibles influyen en la salud de las personas.  Resaltar los principales métodos de detección de metales pesados.  Evaluar como la exposición a los metales pesados influye en la salud de las personas.

II.

MARCO TEORICO II.1. Metales Pesados El término “metal pesado”, a pesar de ser ampliamente utilizado en el ámbito científico, no tiene una base científica rigurosa o una definición química. Aunque muchos de los elementos que se enlistan en el término “metal pesado” tienen una gravedad específica mayor que cinco, existen diversas excepciones a esta regla. Estrictamente, y desde el punto 6 de vista químico, los metales pesados están constituidos por elementos de transición y post-transición incluyendo algunos metaloides como el arsénico y selenio. Los metales pesados se dividen según su

6 función biológica en dos grupos: Oligoelementos, metales pesados sin función biológica conocida.[ CITATION Bun12 \l 3082 ] II.1.1. Oligoelementos o micronutrientes Son los requeridos en pequeñas cantidades, o cantidades traza por plantas y animales, y son necesarios para que los organismos completen su ciclo vital. Pasado cierto umbral se vuelven tóxicos. Dentro de este grupo están: As, B, Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Ni, Se y Zn. II.1.2. Metales pesados sin función biológica conocida Su presencia en determinadas cantidades en seres vivos lleva aparejadas disfunciones en el funcionamiento de sus organismos. Resultan altamente tóxicos y presentan la propiedad de acumularse en los organismos vivos. Son, principalmente: Cd, Hg, Pb, Ni, Sb, Bi. II.2. Métodos de Detección de Metales Pesados II.2.1. Espectrofotometría de absorción atómica Es el método más utilizado actualmente para hacer la detección de metales pesados en agua. La técnica de espectrofotometría de absorción atómica se basa en la absorción de la energía radiante de los átomos en estado fundamental. La muestra líquida que contiene la materia a analizar llega a un mechero quemador en el que se produce la atomización. Cuando se hace pasar a través de la nube atómica formada por una emisión electromagnética en la longitud de onda característica de los átomos presentes se produce una absorción que es proporcional a la concentración de átomos. La estructura del equipo está básicamente formada por [4] [5] [12]: - Fuente de emisión de radiación primaria. - Sistema de atomización. - Monocromador o selector de longitud de onda. Detector. - Sistema de salida de datos y registro La espectrofotometría de absorción atómica se puede hacer por 4 técnicas:  De llama.

7  De cama de grafito.  Con cámara de Hidruros.  Por vapor frío. II.2.2. Espectroscopía de emisión atómica La espectroscopía de emisión atómica es un método que se fundamenta en el estudio de la radiación emitida por los átomos en todas las regiones del espectro. Cuando estos absorben energía se excitan y en dicho estado permanecen un tiempo muy corto del orden de 10-6 s, luego el átomo o molécula vuelve a su estado fundamental o no excitado emitiendo el sobrante de energía en forma de luz o cuantos luminosos. La principal dificultad de la técnica de espectroscopia de emisión atómica es la interferencia espectral ya que muchas de las longitudes de onda son muy próximas, por ejemplo el Sc emite a 402 nm y el Mn lo hace a 403 [12] [13]. 10 La espectrofotometría de emisión atómica se puede hacer por 3 técnicas:  De llama.  Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP) – Óptico Simultáneo.  Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP) – Secuencial. II.2.3. Fluorescencia de rayos x por reflexión total El Método de Fluorescencia de rayos x por reflexión total también conocido como TXRF por sus siglas en inglés, es un método más nuevo comparado con la espectrofotometría de absorción y emisión atómica. Éste método funciona de la siguiente manera: un haz bien colimado emitido por un tubo de rayos-X, se apunta con incidencia de roce en un plano óptico que es donde se pone la muestra a analizar. Arriba de la muestra va un detector que mide la fluorescencia proveniente de la muestra. Con éste método se puede analizar simultáneamente Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn y As a niveles de traza (ng/g). Algunos de los inconvenientes de este método, es que para hacer el análisis las

8 muestras necesitan ser tratadas antes químicamente y que la instrumentación que se usa es muy costosa [12] [14] [15].[ CITATION Cod01 \l 3082 ] II.2.4. Voltamperometría de redisolución anódica La voltamperometría es una técnica electroquímica en la cual la corriente originada por una reacción de transferencia de electrones en la superficie de un electrodo se mide en función del potencial aplicado al mismo. El método funciona de la siguiente manera: se usan tres electrodos el de trabajo, el de referencia y el auxiliar. Los tres electrodos van dentro de la solución a analizar, el electrodo de trabajo aplica el potencial deseado de una manera controlada y facilita la transferencia de electrones desde y hacia el analítico, la única función del electrodo de referencia es controlar el potencial de los electrodos de trabajo, por el electrodo auxiliar pasa la corriente necesaria para equilibrar la corriente observada en el electrodo de trabajo. El Investigar Paulo J. S. Barbeira et.al [16] hace detección de trazas de Zn, Pb y Cu en muestras hechas de licor “whisky”, usando un electrodo gotero de mercurio, a ésta técnica se le denomina polarografía. Comparó sus resultados con el método de Espectrofotometría de Absorción Atómica y tuvo una diferencias del 10 %. Uno de los 11 inconvenientes de ésta técnica es que las especies químicas a analizar deben ser oxidables o reducibles sobre el electrodo es decir electroactivas y por lo mismo no alcanza a detectar y cuantificar todos los metales pesados [12].[CITATION Mig04 \l 3082 ] II.3. Exposiciones a metales pesados y afectación para la salud Los metales pesados ocupan el quehacer del hombre en diversas ramas, por lo que no es de extrañar la prevalencia de enfermedades asociadas a estos elementos químicos y a sus compuestos. Las vías fundamentales de entrada de estos químicos al organismo, son las vías dérmicas, por ingestión y por inhalación. La exposición a algunos metales pesados ha sido asociada a una gran variedad de efectos adversos sobre la salud, incluyendo el cáncer. Aunque algunos elementos son

9 esenciales para los humanos, pueden ser peligrosos a altos niveles de exposición. Otros metales pesados resultan muy nocivos al no ser degradados fácilmente de forma biológica, ya que no poseen funciones metabólicas específicas para los seres vivos. [ CITATION Oli04 \l 3082 ] II.3.1. Mercurio 

Vías de entrada al organismo: Ingestión de alimentos contaminados con mercurio orgánico (pescados que contienen metilmercurio, incluso arroz con metilmercurio) e inhalación de vapores de mercurio metálico.



Efectos para la salud: Las intoxicaciones con mercurio pueden provocar temblores, gingivitis, alteraciones psicológicas y aborto espontáneo. Las exposiciones leves a los vapores están caracterizadas por pérdida de la memoria, temblores, inestabilidad emocional (angustia e irritabilidad), insomnio e inapetencia. A exposiciones moderadas, se observan desórdenes mentales y perturbaciones motoras, así como afecciones renales. Las exposiciones breves a altos niveles de vapor de mercurio pueden producir daños pulmonares y muerte. [ CITATION Com09 \l 3082 ]

II.3.2. Plomo 

Vías de entrada al organismo: Consumo de bebidas y alimentos contaminados e inhalación de vapores de plomo presentes en la atmósfera.



Efectos para la salud: Los niveles altos de exposición pueden afectar la síntesis de hemoglobina, la función renal, el tracto gastrointestinal, las articulaciones y el sistema nervioso. La intoxicación aguda se acompaña de alteraciones digestivas, dolores epigástricos y abdominales, vómitos, alteraciones renales y hepáticas, convulsión y coma. En tanto, la intoxicación crónica puede implicar neuropatías, debilidad y dolor muscular, fatiga, cefalea, alteraciones del comportamiento y renales, amino aciduria, glucosuria, nefritis crónica, encefalopatía, irritabilidad, temblor, alucinaciones

10 con pérdida de memoria, cólicos y alteraciones hepáticas, entre otros. [CITATION Min12 \l 3082 ] II.3.3. Cadmio 

Vías de entrada al organismo: Ingestión de alimentos contaminados (pescados, cereales y mariscos), aunque también por el consumo de tabaco contaminado con cadmio presente en los fertilizantes fosfatados. La absorción gastrointestinal alcanza hasta un 5 % de la ingestión total de cadmio, mientras la absorción por los pulmones podría alcanzar hasta un 50 % del total.



Efectos para la salud: El cadmio se acumula en el organismo humano, fundamentalmente en los riñones, y causa hipertensión arterial. La absorción pulmonar es mayor que la intestinal, por lo cual el riesgo es mayor cuando el cadmio es aspirado. En humanos, la exposición prolongada se relaciona con la disfunción renal; también puede conducir a enfermedades pulmonares (se le ha relacionado con el cáncer de pulmón) y provocar osteoporosis en humanos y animales. El ingreso medio diario, para humanos, se estima en 0,15 µg procedente del aire y 1 µg del agua. Fumar unos 20 cigarrillos puede provocar la inhalación de unos 2 a 4 µg. Ha sido asociado con la aparición de cáncer en animales de experimentación y con casos de cáncer de próstata en humanos.

II.3.4. Cobre 

Vías de entrada al organismo: Ingestión de bebidas y alimentos contaminados e inhalación.



Efectos para la salud: La absorción del cobre es necesaria porque este es un elemento traza que es esencial para la salud de los humanos, pero mucho cobre también hace daño. La exposición profesional al cobre también suele ocurrir. En el ambiente de trabajo el contacto con cobre puede provocar la gripe conocida como la fiebre del metal. Exposiciones de largo periodo al cobre pueden irritar la nariz, la boca y los ojos y causar dolor de cabeza, de estómago, mareos, vómitos y diarreas. Una toma grande de cobre puede

11 causar daño al hígado y los riñones e incluso la muerte. No ha sido determinado aún si el cobre es cancerígeno. [ CITATION Cod95 \l 3082 ] II.3.5. Cromo 

Vías de entrada al organismo: Vía respiratoria, ingestión de bebidas y alimentos contaminados y a través de la piel, por contacto de esta con cromo o sus compuestos. La inhalación es la principal trayectoria de exposición al cromo. El Cr total es la principal corriente del humo del cigarro y varía entre 0,0002-0,5 μg/cigarro; el humo del tabaco ha sido señalado como otra importante vía de exposición en ambientes cerrados.



Efectos para la salud: El cromo III es un nutriente esencial para los humanos y la falta de este puede afectar el corazón y ocasionar trastornos metabólicos y diabetes, pero la toma en exceso también tiene sus efectos sobre la salud, como las erupciones cutáneas. El cromo hexavalente o cromo VI representa un peligro para la salud de los humanos, mayoritariamente para las personas que trabajan en las industrias del acero y textil. Entre los efectos que causa a la salud figuran las reacciones alérgicas y las erupciones cutáneas, además de irritación en la nariz y sangrado después de ser respirado. También ocasiona debilitamiento del sistema inmune, daño en los riñones e hígado, problemas respiratorios, alteración del material genético, malestar de estómago y úlceras, cáncer de pulmón y muerte. [ CITATION Com091 \l 3082 ]

II.3.6. Arsénico 

Vías de entrada al organismo: Ingestión, inhalación y por vía dérmica.



Efectos para la salud: Estudios epidemiológicos muestran que el aumento de riesgo de cáncer de piel, pulmón, hígado y sistemas hematopoyéticos en seres humanos está asociado con la exposición a compuestos inorgánicos de As. Este aumento de riesgos de cáncer es especialmente frecuente entre los trabajadores de fundición y en los que se dedican a la producción y uso de pesticidas arsenicales que exceden los niveles atmosféricos de 54,6 μg/m3.

12 Entre tanto, la intoxicación crónica es mucho más insidiosa en la naturaleza. Tumores de piel, principalmente de baja malignidad, se han reportado después del consumo de agua potable rica en As. [ CITATION DAm05 \l 3082 ] II.4. Contaminación por Metales pesados en alimentos Para el caso de contaminación por metales pesados en alimentos, los límites máximos permisibles en concentración de metales pesados establecidos por la unión europea y la FAO, varían de acuerdo al tipo de alimento (ver tabla 1).

Tabla 1: Límites máximos permisibles de concentración de metales pesados (Hg, As, Cd y Pb) en agua, suelo y alimentos

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Una de las causales responsables de incorporación de metales pesados en alimentos es a través de los sistemas hídricos. Ya sea por uso de aguas contaminadas para riego de cultivos o por los procesos que tienen lugar en la cadena alimenticia en aguas contaminadas. Los numerosos estudios e inversiones resaltan el gran interés y preocupación en diferentes países del mundo sobre l...