Disponibilidad de Metales Tóxicos en Sitios Contaminados. Aplicaciones y Limitaciones de la Fraccionación en la Determinación de Gradientes de Polución

Abstract

Los Esquemas de Extracción Secuencial, comúnmente denominados SES, han sido ampliamente utilizados para proporcionar información acerca de la disponibilidad, movilidad o persistencia de los metales pesados (HMs) derivados de diferentes fuentes de contaminación. En términos de asesoramiento de riesgos, la movilidad y disponibilidad asociada de los HMs, es de especial relevancia, dado que la toxicidad se encuentra directamente relacionada con estas características. De hecho, se conoce que el contenido pseudototal de HMs utilizado como un indicador en las políticas medioambientales actuales de la U.E., no proporciona una información correcta acerca de las cantidades disponibles de HMs y sólo representan la peor situación posible, sobreestimando el riesgo actual de una contaminación e ignorando el riesgo bajo ciertas situaciones. Consecuentemente, existe la necesidad de desarrollar una metodología capaz de proporcionar información acerca de la reactividad o movilidad de los contaminantes. En este sentido, los SES se convierten en una herramienta evaluadora e informativa de uso corriente, la cual proporcionará detalles acerca de la distribución o fraccionación de los HMs contaminantes presentes en suelos y sedimentos, lo cual se relaciona directamente con la predicción de su movilidad.<br/>Considerando la contaminación por HMs estudiada a lo largo de la presente tesis, los SES se han utilizado para la consecución de dos objetivos. El primero de ellos, busca proporcionar un valor añadido a la caracterización de la contaminación antropogénica mediante la aplicación de los SES, mientras el segundo, se centra en la elucidación de limitaciones de los SES, tales como la readsorción, la redistribución o la laboriosidad de estos, considerando siempre la aplicación sobre diferentes CRMs.<br/>Una vez validada la metodología, se desarrollan nuevas aplicaciones a partir de la integración del análisis estadístico multivariable, la geostadística y los datos de la fraccionación aplicados al estudio de un antiguo asentamiento minero. Los resultados obtenidos, revelan un incremento generalizado de la contaminación a lo largo del emplazamiento lo que favorece la movilidad y disponibilidad de los elementos estudiados. Por otra parte, la aplicación de la geoestadística, ha proporcionado la obtención de mapas de distribución espacial horizontal de los contaminantes basados en la movilidad, disponibilidad o persistencia de éstos, identificando la existencia de focos de contaminación y áreas potencialmente peligrosas, reduciendo el área de muestreo y los costes económicos de la monitorización ambiental cuando se requiere una evaluación de impacto ambiental.<br/>La aplicación de los SES a la caracterización del impacto ambiental derivado de sedimentos depositados en autopista, muestra una contaminación antropogénicamente favorecida de Cd, Cu, Pb y Zn, mientras que elementos como Cr y Ni muestran una contribución principalmente litogénica. Esta contaminación antropogénica, se ha caracterizado utilizando diferentes parámetros, principalmente los datos de la fraccionación, los valores medioambientales guía, los factores de enriquecimiento y los porcentajes de labilidad. Estos parámetros corrigen factores tales como la variabilidad geoquímica, la cual puede afectar a la estimación del potencial impacto medioambiental derivado de la contaminación por metales. <br/>Finalmente se han considerado los fenómenos de readsorción y redistribución, unas de las principales desventajas de la aplicación de los SES. Los resultados obtenidos indican que cuando se utiliza una colección de diferentes matrices geológicas, factores tales como el contenido de carbonatos, óxidos de hierro o manganeso o materia orgánica, resultan los principales contribuidores a los procesos de readsorción observados. Sin embargo, la readsorción y la redistribución, pueden ser considerados como un fenómeno natural, por lo que la subestimación de la disponibilidad o movilidad de los contaminantes no se convierte en un problema real. De este modo, la aplicación de los SES sobre un amplio espectro de matrices geológicas se convierte en una necesidad real para describir y documentar condiciones que puedan favorecer la readsorción y redistribución.

Sequential Extraction Schemes, commonly named SES, have been widely applied in order to provide information on heavy metals (HMs) availability, mobility or persistence on different pollution sources. For risk assessment purposes, the HMs mobility and their related availability are of a major importance since toxicity is directly related to such features. Moreover, as it is well known, pseudototal HMs content, used as indicator by actual environmental policies along E.U., does not provide a correct information on available amounts of HMs and it will only represent the worst possible situation overestimating the actual hazard and ignoring the risk under specific situations. Consequently, there is a need for a methodology able to provide information about reactivity or mobility of pollutants. In this sense, sequential extraction schemes (SES), became a common evaluative and informative tool by providing details on the distribution or partitioning of HMs in soils and sediments, what it is directly related to the prediction of their mobility. <br/>Considering the heavy metal pollution studied along the present thesis, SES have been used with two different objectives: i) to provide an additional value to the characterization of anthropogenic pollution by SES application, and ii) elucidation of the SES drawbacks, such as readsorption, redistribution, and time consuming by SES application to different CRMs. <br/>Once the methodology was validated, novel applications of SES fractionation data, by integrating statistical analysis and geostatistics with SES fractionation data, have been applied to the study of an old mining site. The obtained results reveal a general increase of metal pollution through the site that enhances mobility and availability of the studied HMs. By other side, the application of geostatistics to the mine area has provided HMs spatial horizontal distribution maps based on heavy metals mobility, availability or persistence, that allow identifying hot spots and potential hazardous areas, reducing the sampling area and the economical costs of initial monitoring when environmental impact assessment is needed.<br/>Regarding SES application and environmental impact characterization of pollutant roadside sediments, the obtained results show an enhanced anthropogenic contribution of Cd, Cu, Pb and Zn, while other metals such as Cr and Ni demonstrate a more likely lithogenic contribution. This anthropogenic contamination has been characterized using different parameters, mainly fractionation data, environmental guideline values, concentration enrichment ratios and lability percentages. This parameters correct factors such as geochemical variability, which would affect the estimation of a potential environmental impact due to the HMs pollution. <br/>Finally readsorption and redistribution phenomena, considered as one of the most important limiting factors of SES application have been studied. The obtained results indicated that when using a collection of geological matrices different factors such as, carbonates, Fe and Mn oxides and organic matter content were considered as main contributors to the observed readsorptions. However, readsorption and redistribution can be considered as natural phenomena, being the availability and mobility underestimation not a real problem and the application of SES over a wide spectrum of geological matrices become a real need in order to describe and document conditions that could favour readsorption.