Iones nitratos y nitritos

Estosson compuestos solubles conformados molecularmente por nitrógeno y oxígeno. En el ambiente, el nitrito (NO^2-) generalmente se convierte a nitrato fácilmente (NO^3-), lo que significa que el nitrito raramente está presente en aguas subterráneas. El nitrato es esencial en el crecimiento de las plantas. Por esta razón su uso predominante es como fertilizante y se produce en grandes cantidades industrialmente ^[1].

Si bien es cierto, estos compuestos forman parte del ciclo natural del nitrógeno, las actividades humanas incrementan sus niveles principalmente en el suelo, y es debido a su solubilidad en agua, por lo que llega a alcanzar concentraciones importantes enríos o lechos profundos.

Se puede hablar entonces de que existen dos tipos de fuentes de contaminación de las aguas naturales por compuestos nitrogenados: la contaminación puntual y la dispersa. El primer caso se asocia a actividades de origen industrial, ganadero o urbano (vertido de residuos industriales, de aguas residuales urbanas o de efluentes orgánicos de las explotaciones ganaderas, y lixiviación de vertederos, entre otros), mientras que en la contaminación dispersa o difusa, la actividad agronómica es la causa principal ^[2].

Las principales rutas de ingreso de nitrógeno a las masas de agua son a través de aguas residuales industriales o municipales, por tanques sépticos o descargas de corrales ganaderos, residuos animales (incluyendo aves y peces) y también por las descargas de la emisión de gases de vehículos ^[3].

En relación con la ingesta de nitratos y sus posibles consecuencias para el ser humano como tal, un exceso de estos iones en el agua potable causa metahemoglubinemia, una enfermedad que principalmente se manifiesta en bebés de hasta 6 meses de edad y causa la disminución de la capacidad de transporte de oxígeno de los glóbulos rojos ^[4]; como consecuencia inmediata de ello, ocasiona una disminución del oxígeno en los órganos y tejidos de todo el cuerpo, con daños en ellos e, incluso, la muerte.

En Costa Rica, de acuerdo al Reglamento para la Calidad del Agua Potable N.° 38924-S el valor alerta para el nitrato es de 25 mg/L y su valor máximo admisible es de 50 mg/L. Para el ion nitrito el decreto indica el valor máximo admisible de 0,1 mg/L; se puede presumir entonces que valores que superen los 25 mg/L de nitrato denotan concentraciones de origen no natural en el agua y que por ende son perjudiciales para la salud del ser humano.

Ion sulfato

Los sulfatos (SO₄ ^2-) son muy abundantes en la naturaleza y su presencia en el agua varía en algunas centenas de miligramos por litro; en Costa Rica principalmente depende de la concentración del sulfato de hierro presente en el suelo o en lechos rocosos de ríos. Se sabe que la explotación de pirita en minas, conduce a un incremento del ion sulfato en agua debido principalmente a los procesos de oxidación que sufre el mineral durante su extracción en los drenajes que se hacen para la perforación ^[5].

Por otra parte, las concentraciones de sulfato en lluvia oscilaban entre 1,0 y 3,8 mg/L en 1980 ^[6]; se ha notificado un valor medio anual de alrededor de 6 mg/L de precipitación sobre Europa central ^[7]. Los niveles de sulfato en agua de lluvia y agua superficial se correlacionan con las emisiones de dióxido de azufre ocasionadas por la actividad humana ^[8], principalmente provenientes de motores que utilizan como combustible diésel.

Su afectación en el ser humano tiene que ver principalmente con el efecto laxante que surge al ingerir una alta concentración de sulfato de sodio y sulfato de magnesio, en el orden de más de 100 mg/L; además, los sulfatos en concentraciones superiores a los 200 mg/L favorecen la corrosión de los metales y cambian el sabor al agua (en menor medida que los cloruros y carbonatos), lo que también incrementa la cantidad de plomo disuelto, proveniente de las tuberías de plomo ^[9]. En el organismo humano provocan como efecto secundario deshidratación, la cual es muy común después de una ingestión de más de cinco gramos al día de dichas sales, producto de un cuadro diarreico, el cual es más crítico en niños y adultos mayores.

En Costa Rica, de acuerdo al Reglamento para la Calidad del Agua Potable N.° 38924-S se estima el valor alerta para sulfatos en 25 mg/L, dado que es la concentración que asegura una calidad mínima aceptable para el consumo humano en una cantidad promedio por persona de dos litros de agua al día.

Ion fosfato

El ion fosfato (PO₄ ^-) se forma a partir del fósforo inorgánico que existe como mineral y contribuye directamente en el ciclo de este elemento en el ambiente. También puede existir en solución como partículas, como fragmentos sueltos o en los cuerpos de organismos acuáticos. El agua de lluvia puede contener distintas cantidades de fosfatos que se filtran de los suelos agrícolas a los cursos de agua próximos ^[10].

Como antecedente, se sabe que el Lago Erie durante los años 70 sufrió un incremento considerable del ion fosfato, que provocó la muerte de los peces y de muchas especies marinas, por la gran cantidad de polifosfatos provenientes de los detergentes en las aguas residuales. El ion fosfato suele operar como un nutriente del crecimiento de algas ^[11], esto quiere decir que al existir mayor concentración de fosfatos (PO₄ ^-), crecen las algas de manera desmedida, lo que a su vez afecta la cantidad de oxígeno presente en el agua y, por ende, el crecimiento descontrolado de materia orgánica viva, situación que conlleva una mayor tasa de descomposición, que finalmente conduce a un proceso franco de eutrofización.

El Decreto N.° 38924-S estima como valor alerta para el ion, 10 mg/L, y su valor máximo admisible en 25 mg/L, para garantizar la calidad de potabilidad del agua. La contaminación de lechos acuáticos con fosfatos entonces, no es con implicaciones en la salud humana, sino en el equilibrio ambiental que genera el lixiviado del ión ^[12].

Concentraciones del ion nitrato y sus efectos en los acueductos de procedencia

Se determinó la concentración de los aniones en los acueductos ASADA y municipios de los cantones de Grecia y Poás (Alajuela, Costa Rica), y se obtuvo como resultado que el ion nitrato estuvo presente en un rango de 0 a 37,45 mg/L, destacándose valores que superaban el valor alerta indicado en el decreto N.° 38924-S, establecido en 25 mg/L (ver Figura 2). Se observa para el mes de julio del 2015 que la concentración promedio obtenida en el agua que entregaba la ASADA de El Cajón alcanzó un valor de 37,45 ± 0,02 mg/L; comportamiento similar se reportó en el mes de diciembre del mismo año en el acueducto ASADA de La Arena, con 28,46 ± 0,02 mg/L.

Valores de concentración del ion nitrato tan elevados propician el hecho de hablar de una contaminación de origen humano en estas zonas, lo cual se evidencia con la sobrepoblación cerca de las nacientes, donde es notorio el irrespeto a los retiros establecidos por la Ley de Aguas, vigente en Costa Rica desde 1949.

Se considera tal situación puntual como un factor de vulnerabilidad para la comunidad debido a la filtración de nitratos al agua subterránea, que se complica con la presencia de actividades agrícolas, principalmente el cultivo de café.Es bien sabido que las descargas de aguas residuales de origen doméstico e industrial no procesadas, junto a las aguas residuales de beneficiado de café, son también responsables del actual deterioro de la mayoría delos cuerpos de agua ^[14].

Del mismo modo, la presencia de nitratos se relaciona con los residuos de fertilizantes utilizados para los cultivos, e incluso de plaguicidas. Estos residuos de agroquímicos arrastrados en el agua han llegado a afectar a poblaciones, como se dio en Banderillas de Cartago, en donde, desde abril de 2006, corrieron riesgo 400 pobladores porque el acueducto de la comunidad terminó contaminado por el uso constante de fertilizantes ^[16].

El monitoreo de este anión permite analizarlo como indicador de contaminación ambiental de origen humano. Es así como la presencia de nitratos es indicativa incluso de una posible contaminación fecal, debido a que los iones amonio existentes en el efluente de los tanquessépticos se conviertenrápidamente en nitratos y se filtran a las aguas, aun cuando exista cierta distancia entre el tanqueséptico y un manantial subterráneo ^[16]. Este tipo de contaminación se da mediante los procesos de filtración hacia el lecho profundo donde se ubica el agua subterránea, o por escorrentía hasta llegar al cuerpo superficial máscercano, que en ambos casos pueden estar siendo utilizados para brindar un servicio de agua potable.

Sobre las consecuencias en la salud humana de la ingesta de esas concentraciones elevadas, se registra principalmente la metahemoglobinemia, que como ya se dijo es un padecimiento que ocurre en niños menores de un año de edad y que en ocasiones es fatal. Por esta razón, la FAO/OMS en el año 2002 estableció el valor para la ingesta diaria admisible de nitratos en 0 - 3,7 mg / kg del peso corporal. Se sabe que muchas madres costarricenses preparan leche de fórmula con agua del grifo, y ofrecen al niño, desde temprana edad, en promedio 650 mL diarios de leche. Un bebé en su primer mes de vida en promedio pesa 3 kg, es decir que los bebés en las comunidades citadas, durante los meses de estudio del año 2015, estuvieron recibiendo una cantidad diaria de cerca de 20 mg de nitrato, a pesar de que se sabe que con ese peso corporal no debería haber superado los 10 mg diarios del anión (concentración altamente riesgosa).

Fue por ello que, a partir de estos resultados, se les hizo un llamado a las ASADA con riesgo, con el fin de que modificaran la mezcla en los tanques de almacenamiento, con agua de otras nacientes en uso y así reducieran la concentración de nitratos a partir de un proceso de dilución; además se les indicó la necesidad de mejorar junto con los agricultores las prácticas agrícolas y la vigilancia de los retiros de las nacientes y tanques de almacenamiento. Para el mes de julio de 2016, los resultados indicaron mejoras importantes y más apego a la legislación.

El agua procedente de los demás acueductos ASADA obtuvo valores en cumplimiento de la normativa, que les asegura un recurso hídrico de alta calidad, sin riesgos para la salud de sus abonados. Cabe resaltar que para diciembre de 2016 se observó una disminución en las concentraciones promedio de la mayoría de los acueductos ASADA, respecto al valor alerta establecido en el Decreto, lo cual representa una mejora en cuanto a calidad, cumplimiento y seguridad para los consumidores. Tal situación obedeció principalmente al aumento de las lluvias en los meses previos y a los frutos de las capacitaciones ofrecidas.

Concentraciones del ion nitrito y sus efectos en los acueductos de procedencia

Otro ion en estudio, el nitrito, se relaciona con los nitratos por su capacidad de convertirse en estos de manera natural. Se realizaron determinaciones para todos los acueductos ASADA en los meses de julio del 2015 y diciembre del 2016. La Figura 3 muestra los resultados obtenidos en las únicas cinco comunidades donde los acueductos presentaron una concentración cuantificable del anión.

Figura 2.   Concentracióndenitratos obtenida en comunidades de los cantones Grecia y Poás. 

Figura 3 Concentración de nitritos obtenida en las comunidades de Grecia y Poás. 

Se indica, en la Figura 3, la procedencia de las cinco muestras que dieron un resultado superior al valor máximo establecido de 0,1mg/L, con valores que para Grecia oscilaron entre 0,12 y 0,14 mg/L ± 0,01mg/L, mientras que para la comunidad de Santa Rosa de Poás, denotaron una concentración superior, con 2,85 ± 0,01 mg/L, evidenciando una posible fuente de contaminación por nitritos por el uso excesivo de fertilizantes en los cafetales aledaños a la zona de los nacientes. Vuelvió a sobresalir también la comunidad de La Arena, sitio que además de cafetales cercanos a los nacientes, presenta construcciones de vivienda que irrespetan los retiros, y que agravan la situación con una posible mala disposición de sus aguas residuales principalmente.

En cuanto a los efectos para la salud, se le atribuye a este anión la misma enfermedad que a los nitratos, es decir, la metahemoglobinemia. La dosis para la ingesta diaria recomendada por la FAO/OMS es de 0,07 mg/kg del peso corporal. En niveles mayores y en un periodo de mediano o largo plazo ya se considera tóxico para el ser humano.

Concentraciones de ion sulfato y sus efectos en los acueductos de procedencia

Con respecto al anión sulfato, se obtuvieron valores en el rango de 0,30 - 44,88 mg/L. En la Figura 4, se puede apreciar que el valor alerta establecido por el Ministerio de Salud de Costa Rica es de 25 mg/L. En tal sentido varias muestras sobrepasan este indicativo, como es el caso de las obtenidas en el acueducto ASADA de El Cajón, cuyos promedios fueron 43,19 ± 0,02 mg/L en julio del 2015, 32,67 ± 0,02 mg/L en diciembre del 2015 y 37,59 ± 0,02 mg/L en julio del 2016. El agua de este lugar presentó alteraciones de origen no necesariamente naturales, en las tres fechas de muestreo y análisis. También sobresalieron los altos valores de las muestras del acueducto ASADA de Los Ángeles, tomadas en diciembre de 2015 y julio de 2016, donde en promedio se obtuvo una concentración de sulfatos de 44,88 y 40,77 ± 0,02 mg/L respectivamente.

Es relevante mencionar que, durante el muestreo de diciembre de 2015, los acueductos de Barrio Latino y Grecia Centro presentaban contenidos cercanos allímite del valor alerta de 25 mg/L. Las restantes muestras de agua potable se pueden indicar que se encontraban bajo la norma y no presentaban señales visibles de contaminación ocasionada por el hombre.

La presencia del ion sulfato en el agua de consumo causa un sabor apreciable, que afecta las características organolépticas de ella; además, niveles muy altos, en el orden de los miles de miligramos, provocan un efecto laxante en los consumidores. El deterioro del sabor varía en función de la naturaleza del catión asociado; se han determinado umbrales gustativos que van de 250 mg/L, para el sulfato de sodio, a 500 mg/L, para el sulfato de calcio ^[7], es decir que los acueductos ASADA en estudio no van a presentar problemas en cuanto a sabor del agua, ya que la mayor concentración reportada fue de 44,88 mg/L. No obstante, Severiche ^[17] en el artículo “Evaluación analítica para la determinación de sulfatos en aguas por método turbidimétrico modificado” coincide en que los sulfatos no suelen originar problemas de potabilidad en las aguas de consumo humano, pero contenidos superiores a 200 mg/L pueden causar trastornos gastrointestinales en los niños.

La OMS indica que los sulfatos están presentes de forma natural en muchos minerales que se utilizan comercialmente y que se liberan al agua procedentes de residuos industriales; también por precipitación desde la atmósfera se agrega a las aguas superficiales un contenido importante de sulfatos; no obstante, las concentraciones más altas suelen encontrarse en aguas subterráneas y provienen de fuentes naturales principalmente ^[7]. Rodríguez ^[18] establece que la determinación de sulfatos generados en las industrias debe ser un requisito básico antes de verter sus aguas residuales a los efluentes. Las muestras analizadas para sus estudios obtuvieron concentraciones entre los 18,00 y 449,82 mg/L ^[18].

Concentraciones del ion fosfato y sus efectos en los acueductos de procedencia

El últimoanión determinado en la investigación fue el fosfato; a pesar de determinarse como parámetro analítico de interés durante el mes de julio en los años de 2015 y 2016, su cuantificación rara vez presenta valores detectables. La Figura 5 muestra los resultados de las únicascuatro muestras donde fue detectado y cuantificado; además se presentan doslíneas rectas horizontales, la primera representa el valor alerta de 10 mg/L y la superior, el valor máximo admisible de 25 mg/L según la normativa nacional.

Como acontecimiento relevante, el gráfico denota que el acueducto ASADA de La Arena, en el mes de julio del 2016 presentaba una saturación alarmante del ión, al sobrepasar tanto el valor alerta como el valor máximo admisible, con una concentración cuantificada de 29,99 ± 0,02 mg/L, clara señal de afectación por actividades humanas que contaminan el agua potable. La elevada concentración de fosfatos en el agua de ese manantial se debe, entre otros factores, al uso indiscriminado de abonos inorgánicos con fosfatos solubles. La elevada solubilidad provoca que sean arrastrados fácilmente por las aguas de riego y lluvias, hacia el acuífero. Otra fuente de fosfatos, no evidenciada pero que se sospecha, son los vertidos urbanos con residuos de detergentes que contienen fosfatos inorgánicos en su composición como alcalinizadores ^[19].

Figura 4 Concentraciones de sulfatos obtenidas en los acueductos ASADA y municipios de Grecia y Poás. 

Figura 5 Concentraciones de fosfatos obtenidas en los acueductos ASADA del cantón de Grecia. 

La elevada concentración también puede provenir de constituyentes naturales del suelo y minerales, así como del estiércol y otros tipos de materia orgánica proveniente de desechos agrícolas. En muchos casos, estas fuentes de contaminación son arrastradas o arrojadas a las acequias, canales, arroyos, ríos y lagos, y constituyen un grave problema ambiental ^[20]. Por lo general, según Lavie et al^[20], la contaminación fosfatada es considerada una consecuencia directa del uso de fertilizantes por la agricultura, y la zona de interés evidencia el irrespeto a los retiros de la naciente con el establecimiento de las zonas de siembra y uso agrícola.

Sobre las consecuencias del consumo de fosfatos en el agua, varios estudios científicos han observado numerosas relaciones de causa-efecto entre el consumo de aguas fosfatadas y el aumento de casos de cáncer y de enfermedades neurodegenerativas ^[20]. Además, el consumo de fosfatos excesivo puede causar problemas de salud, entre los que sobresalen el daño renal y la osteoporosis ^[19]. Como antecedente, en el artículo “Contaminación por fosfatos en el oasis bajo riego del río Mendoza” se presentan análisis de la cantidad de fosfatos en aguas superficiales, y se determina la calidad como alta, media o baja, en un rango de concentraciones de 0,14 a 8,50 mg/L ^[20]. Dentro de esa clasificación, el agua de las comunidades de La Arena, Santa Gertrudis Norte y El Cedro se clasificaría como de baja calidad.

Análisis comparativo

En sumatoria, se puede destacar de la presente investigaciónquedos acueductos, de un total de quince estudiados, presentaron la mayor cantidad de anomalías según los resultados de dos años de monitoreo. En el acueducto de El Cajón (ver Figura 6) en el mes de julio del 2015, se encontraron alteraciones en cuanto al contenido de nitratos y sulfatos; mientras que en diciembre de ese mismo año, se denotó una mejoría en cuanto a la disminución de la concentración de nitratos; sin embargo la concentración de sulfatos se mantuvo, incluso para el año 2016, por lo que se puede suponer que a pesar de las recomendaciones emitidas, su elevada concentración obedece más a un proceso natural que de origen humano.

Figura 6 Concentración de aniones que sobrepasan valor alerta del Decreto N.° 38924-S en el acueducto ASADA de El Cajón, Grecia. 

El acueducto ASADA de La Arena también mostró irregularidades (ver Figura 7). En diciembre del 2015 los resultados elevados para el anión nitrato, de 28,46 ± 0,02 mg/L, y de 0,14 ± 0,01mg/L para el anión nitrito, sobresalieron como indicadores de contaminación humana, incluso para el mes de julio del 2016. Origina mayor preocupación el hecho de que la concentración de fosfatos es considerable, pues supera el valor máximo admisible. Asimismo, el promedio obtenido de sulfatos se mantiene igual al análisis anterior, logrando mejorar el estado de la concentración de nitratos.

Figura 7 Concentración de aniones que sobrepasan valor alerta según Decreto N.° 38924-S en el acueducto ASADA de La Arena, Grecia. 

Merecen la atención estos dos acueductos ASADA pues los resultados los catalogan con un grado importante de riesgo para el ambiente y para la salud humana; esto quiere decir que es necesaria la intervención por parte de las juntas directivas o entidades gubernamentales, en un trabajo conjunto de planteamiento y ejecución de soluciones encaminadas a reducir los procesos de aumento de esos aniones en el agua ^[21]. Se considera de suma importancia mantener un monitoreo frecuente por parte de los entes encargados del AyA, para determinar la condición química del agua potable y comprobar si las mejoras y acciones inmediatas acogidas por las ASADA generan los resultados esperados.

El enfoque en campañas de limpieza, capacitaciones, procesos de reciclaje y educación ambiental en escuelas son algunas de las formas de participación que la Universidad de Costa Rica actualmente propicia como complemento del proyecto de investigación. No obstante, Muñoz ^[22] recalca que la participación de todos los organismos involucrados es vital, para informar sobre los retos en el corto, así como en el mediano plazo, que es necesario enfrentar para asegurar la calidad y cantidad del agua potable.