Resumen
 
Se presenta la caracterización por dureza del agua en 1.148 fuentes utilizadas en Costa Rica para consumo humano. Esta se realiza por medio de una distribución de frecuencias de las concentraciones de CaCO₃, fundamentados en la clasificación de dureza del agua de la OMS, y agrupando los resultados por cada uno de los 81 cantones del país. El producto se refleja en un mapa, codificando los resultados por colores. Las concentraciones promedio de MgCO₃ permiten concluir que las aguas del país tienen un comportamiento normal, con respecto a otras latitudes del mundo. Las concentraciones de CaCO₃ demuestran que el 64% de las fuentes subterráneas y el 74.5% de las superficiales se clasifican como aguas blandas, con tendencia a la corrosión. El 21% son aguas medianamente duras, mientras que el 8.8% y 6.4% de las aguas subterráneas son duras y muy duras, respectivamente, con tendencia a producir incrustaciones.

 
Introducción
 
La dureza del agua es causada por el calcio y , en menor grado, el magnesio disueltos en ella. Generalmente se expresa por la cantidad equivalente de carbonato de calcio^(1). Según la clasificación de la Organización Mundial de la Salud (OMS), se define como agua blanda la que presenta concentraciones inferiores a 60 mg/L de Carbono de Calcio (CaCO₃), medianamente dura entre 61 y 120 mg/L, dura entre 121 y 180 mg/L y muy dura aquella con valores superiores a 180 mg/L⁽²⁾. El calcio se disuelve prácticamente de todas las rocas y, por lo tanto, se detecta en todas las aguas.

Las aguas asociadas con granito, o arena silícea, pueden contener menos de 10 mg de calcio por litro. Muchas aguas provenientes de áreas calizas pueden contener de 30-100mg/L; las que entran en contacto con soportes de yeso (CaSO₄2H₂O) pueden contener varios cientos de mg/L. Dependiendo de varios aspectos como el pH efectivo del agua, pH de saturación, el Indice de Langelier y la concentración de carbonatos de calcio y magnesio, pueden producir procesos de corrosión o incrustación en las tuberías utilizadas para el abastecimiento de aguas domésticas ⁽³⁾. Ambos fenómenos producen problemas operativos en los sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano (ACH) y uso industrial.

Por otro lado, las aguas blandas y duras han sido relacionadas con problemas cardiácos ⁽⁴⁾ y cálculos renales, respectivamente. Sin embargo, este aspecto será analizado en futuros estudios por nuestro grupo de investigadores. En el presente trabajo se aborda solamente la caracterización o comportamiento de la dureza de 1.148 fuentes superficiales y subterráneas, utilizadas para el ACH, y su distribución por cantones en Costa Rica.
 

Objetivos
  ]]> 1) Objetivo general

Describir el comportamiento por durezas de calcio y magnesio de las fuentes de aguas superficiales y subterráneas, utilizando la clasificación de la OMS, para distribuirlas por cantones en el país.
 

2) Objetivos específicos

• Realizar un mapeo por cantones de la dureza por carbonato de calcio (CaCO₃), utilizando los promedios de las fuentes de agua usadas por acueductos rurales, municipalidades y el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (AyA).
• Identificar las zonas o cantones con problemas de incrustaciones o corrosión en los sistemas de abastecimiento de ACH, además de las aguas usadas en los diferentes tipos de industria.

2) Clasificación de dureza en el agua de la OMS

La OMS clasifica la dureza del agua por medio de la concentración de CaCO_3, la cual se agrupa por intervalos de la siguiente manera:

 
3) Guías de calidad de CaCO₃ para uso industrial
 
Con el afán de que esta investigación aporte información a la industria costarricense (presente y futura), sobre las concentraciones de CaCO₃ en los diferentes cantones del país, se utilizan las "Guías de Calidad de Agua para Uso Industrial del Canadá"⁽⁶⁾, específicamente en la dureza por CaCO₃ y MgCO₃, para determinar en cuáles zonas es necesario tratar el agua para la instalación de industrias de los siguientes tipos:

]]> Generación eléctrica por medio de vapor
• Acero y hierro
• Pulpa y papel
• Petróleo
• Alimentos y bebidas
• Química
• Textileros
• Teñido

a) Distribución de frecuencias
 
Los datos obtenidos por CaCO₃ se agruparon de acuerdo con la clasificación de la OMS (ver tabla1), por cantón y por provincia. La información corresponde a 141 aguas superficiales y 1.007 subterráneas.

b) Mapeo por cantones
 
Los resultados se promediaron por cantón, ubicándose de acuerdo con la clasificación de la OMS y codificándose por colores. Posteriormente se procedió, por medio de computadora (microsoft paint), a representarlos en un mapa de Costa Rica dividido por cantones.
 
 
5) Técnicas de laboratorio

Resultados y discusión
 
Antes de iniciar la presentación de los resultados, es necesario anotar que las Guías de Calidad para el Agua de Bebida de la OMS no establecen los valores límites para la dureza total, CaCO₃ y MgCO₃^{(7 - 8)}. El Reglamento para la Calidad del Agua Potable de Costa Rica establece en 400 mg/L la dureza total⁽⁹⁾, pero no brinda valores para las concentraciones de CaCO₃ y MgCO₃. Sin embargo, como se indicó en la metodología, la OMS clasifica la dureza con base en las concentraciones de CaCO₃^.
 

 
2) Distribución del CaCO3 por cantones
 
Los resultados de las 141 fuentes superficiales y 1.007 fuentes subterráneas, se agruparon de acuerdo con la clasificación de la OMS y su distribución por cantones en Costa Rica. En el cuadro 4, se observa que el 74,5% de las fuentes superficiales presentan resultados inferiores a 60 mg/L, lo cual las clasifica como aguas blandas, mientras que de las subterráneas, el 64% obtienen la misma clasificación. Entre el 20 a 21% de las fuentes se clasifican como medianamente duras (61­120mg), tanto para aguas subterráneas como superficiales. Con respecto a las aguas superficiales, solamente el 5% se clasifica como dura y ninguna como muy dura. Las aguas subterráneas se califican con 8,8 y 6,4% como duras y muy duras, respectivamente. ]]>

3) Distribución del CaCO₃ por provincias

4) Mapeo por cantones de acuerdo con el promedio de CaCO₃

En la tabla 3 se presenta la codificación de la dureza de calcio por provincias y cantones, la cual es un complemento de la clasificación de la dureza de la OMS. Posteriormente, se visualizó por medio de un mapeo por cantones, lo cual se observa en la figura 1. Como es lógico, en el mapa se ratifica que las aguas con mayor concentración de CaCO₃ se ubican en las zonas costeras, y se observó que el cantón de Nicoya es el que presenta mayor concentración. Por su parte, las aguas blandas se presentan en el interior del país.

5) Aguas corrosivas y aguas incrustantes

El grado de dureza del agua es determinado por la OMS como factor de rechazo para la ingesta del agua. Sin embargo, desde el punto de vista de la operación del abastecimiento interesa evaluar si presenta condiciones corrosivas e incrustantes. Según la OMS, la aceptación de la dureza del agua por el público puede ser muy variable. El umbral del sabor de ión calcio es del orden de 100 a 300 mg/L, y el de magnesio es probablemente inferior al de calcio⁽¹¹⁾. Aguas con concentraciones superiores a 125mg/L de MgCO₃ tienen efectos laxantes(12).

El agua con dureza superior a 200mg/L puede causar incrustaciones en el sistema de distribución. Este fenómeno está asociado con el pH efectivo y el pH saturación del agua. Este último se define "como aquel para el que un agua de idéntica alcalinidad y dureza estará en equilibrio con el CaCO₃ sólido". Además, de la dureza de calcio y la alcalinidad, para calcular el pH de saturación se tienen en cuenta la saturación del total de sólidos disueltos y la temperatura. Las aguas con pH efectivo superior a su pH saturación (índice de Langelier positivo) están sobresaturadas de CaCO₃ y, por lo tanto, tienden a formar incrustaciones. En el caso contrario (índice de Langelier negativo), están subsaturados con respecto al CaCO₃, por lo que se consideran corrosivos ⁽¹³⁾. Como se observa, en ambos fenómenos participan varios elementos como complemento a las concentraciones de dureza total (CaCO₃ + MgCO₃).
 
En Costa Rica se han identificado problemas serios de corrosión en las aguas de San José, Alajuela, Heredia y Cartago. La corrosión afecta los procesos microbiológicos, con el favorecimiento de películas bacterianas en la tubería. Además, se caracteriza por la solubilización parcial de los materiales del sistema, incluidas las tuberías, tanques de almacenamiento, válvulas y bombas, lo cual puede llevar al colapso estructural por medio de fugas, pérdida de capacidad y deterioro de la calidad química y microbiológica del agua. El mencionado deterioro, puede repercutir directamente en las concentraciones de algunos oligoelementos, afectando los valores recomendados por la OMS.

Con respecto a las aguas incrustantes, éstas pueden causar disminución de la luz de las tuberías, dando lugar al consumo excesivo de jabón y a la consiguiente formación de espuma. Además, provocan depósitos en calderas. En nuestro país se identifican aguas incrustantes en los cantones de las provincias costeras, con excepción de Tilarán, Cañas y Liberia; se presentan los mayores problemas en Nicoya, Limón Centro, Carrillo, Abangares, Santa Cruz, Parrita y Corredores. Por ejemplo, en Nicoya existen problemas operativos en los hidrómetros, válvulas y en la luz de las tuberías. El exceso de CaCO₃ en esta zona es asociada, por los usuarios, con la generación de cálculos renales, asunto que será estudiado en una próxima investigación por nuestro grupo de investigadores. ]]>  

6) Concentraciones de CaCO₃ en el agua y su efecto sobre los diferentes tipos de industria

Como un aporte complementario del presente estudio y utilizando los valores límites de las Guías de Calidad del Agua del Canadá, en el cuadro 6 se citan las zonas convenientes e inconvenientes de explotación de agua para diferentes industrias. Por ejemplo, la industria farmacéutica prefiere usar aguas muy blandas, mientras que para la fabricación de bebidas gaseosas, las que presentan concentraciones de hasta 250 mg/L de CaCO_3.
 

7) Aspectos relacionados con la salud de los usuarios

Como se indicó, diferentes investigadores han relacionado las aguas blandas con problemas cardiovasculares⁽¹⁴⁾. Por el contrario, el exceso de CaCO₃ podría favorecer la formación de cálculos renales en los usuarios. Ambos problemas serán estudiados en próximas investigaciones.
 

Conclusiones

El análisis de los resultados de dureza total, CaCo₃ y MgCO₃ de las 1.148 fuentes de aguas estudiadas, nos permite hacer las siguientes conclusiones.

En términos generales, salvo muy pocas excepciones, las aguas utilizadas en el ACH no superan el valor límite de 400mg/L de dureza total del Reglamento para la Calidad del Agua Potable. ]]>  
Las concentraciones de MgCO₃ en las fuentes de agua oscilan entre 10 a 88 mg/L, lo cual es normal con respecto a estudios realizados en otros países.

Los promedios de CaCo₃ agrupados por cantones y clasificados con los criterios de la OMS, permiten observar que las aguas blandas se ubican en el interior del país y las duras en las provincias de Puntarenas, Guanacaste y Limón.

El 64 y 74,5% de las fuentes subterráneas y superficiales, respectivamente, tienen concentraciones inferiores a 60mg/L. Entre el 20 al 21% de las aguas se clasifican como medianamente duras. Solamente el 5% de las aguas superficiales son duras. El 8.8% y el 6.4% de las aguas subterráneas se clasifican como duras y muy duras.

La distribución de las concentraciones de CaCO₃ por provincias permite ratificar que las provincias de San José, Alajuela, Heredia y Cartago tienen aguas blandas, y las provincias de Puntarenas, Guanacaste y Limón, salvo algunas excepciones, tienen aguas duras. Esta situación se visualiza mejor en el mapeo por cantones, el cual resulta muy útil para la construcción de acueductos y el establecimiento de diferentes tipos de industria.

No existen en Costa Rica estudios que permitan determinar la influencia del CaCO₃ y MgCO₃ en la dieta diaria de calcio y magnesio, al consumo de ACH. Por último, tampoco existen en el país estudios epidemiológicos que relacionen el exceso o escasez de CaCO₃ en el ACH, con problemas de cálculos renales y enfermedades cardiovasculares.
 

Recomendaciones

El comportamiento de la dureza del agua, y en forma específica la distribución del CaCO₃ por cantones, es fundamental para la planificación, construcción y operación de acueductos e industrias, razón por la cual se recomienda:
 

]]> Tomar las medidas previsoras del caso, para el mantenimiento y operación de los acueductos con aguas corrosivas e incrustantes. Ambos fenómenos disminuyen la vida media de las estructuras de los sistemas de abastecimiento de agua, por lo que se sugiere tomar en cuenta estos aspectos en el mantenimiento preventivo y correctivo de los sistemas.

• Es evidente que no es recomendable establecer industrias farmacéuticas, papel y pulpa, textiles, fábricas de hielo y empresas de generación eléctrica a base de vapor en zonas costeras como Puntarenas Centro, Corredores, Abangares, Nicoya y Carrillo.

• Es necesario ahondar en la determinación de la influencia del MgCO₃ y CaCo₃ en la ingesta diaria de magnesio y calcio en la dieta del costarricense.

• Por último, es importante realizar estudios epidemiológicos para evaluar la existencia de relación entre el exceso y escasez de CaCo_3, con la generación de cálculos renales y problemas cardiácos, respectivamente. 
  

Referencias Bibliográficas

1. OMS. Guías para la Calidad del Agua Potable. Ginebra, segunda edición, Vol. 1. Recomendaciones, 1995. Pág. 49.         [ Links ]

2. Instituto Nacional de Higiene Epidemiológica y Microbiología. Agua y Salud. La Habana, Cuba. Editorial Ciencias Médicas, 1992. Pág. 50.         [ Links ]

3. Opt. cit. OMS. Pág. 148.

4. OMS. "Calidad del Agua, Oligoelementos y Enfermedades Cardiovasculares. Ginebra, Crónicas de la OMS. No. 27, 1983. Pág. 572.         [ Links ]

5. APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Washington, 18th ed. APHA, 1992.         [ Links ]

6. Canadian Council of Ministers of the Enviromment. Canadian Water Quality Guidelines. INDUSTRIAL Water Supplies. Ottawa, Ontario, Canada, 1993. Página 5-1 A 5-17         [ Links ]

7. Opt. cit. OMS, Pág. 1-195.

8. OMS. Guidelines for Drinking Quality. Geneva, 2nd ed. Vol. 2. Health Criteria and Other Supporting Information. Pág.         [ Links ]

9. Costa Rica, La Gaceta. Reglamento de Calidad del Agua Potable. San José, Costa Rica. La Gaceta, No. 100. Pág. 2-4.         [ Links ]

10. Opt. cit. OMS. Pág. 131

12. GEMS. Guía Operativa GEMS/Agua. Canadá. Tercera Edición. Capítulo 3, 1992. Pág. 6-12.         [ Links ]

13. Opt.cit. OMS. Pág. 148

14. Calvo, Díaz; Sardiñas, Peña y Cañas Pérez. Evaluación de las Concentraciones de Oligoelementos y Dureza Total del Agua y su Posible Relación con la Mortalidad por Miocardia. En: El agua y la salud. Instituto Nacional de Higiene Epidemiológica y Microbiológica. La Habana, Cuba, Editorial Ciencias Médicas, 1992. Pág. 115-129.         [ Links ]

 
1. MSc. Maestría en Salud Pública - Director Laboratorio Nacional de Aguas A y A.
 
2. Licenciada en Química - Laboratorio de Aguas A y A. Telfax 279 - 5973