Los puntos de muestreo deben ser selecionados de manera tal que las muestras sean representativas del sistema en su conjunto y de sus principales componentes (Mora, Mata y Portuguez 2011).

La Figura 4 ilustra la ubicación de los puntos de muestreo. Se tomó una muestra de agua en puntos considerados como alterados por los vertidos y en algunos afluentes.

Uno de los requerimientos básicos en el programa de muestreo es una manipulación ausente de procesos de deterioro o de contaminación de las muestras antes de iniciar los análisis en el laboratorio (APHA 1995).

Figura 4. Figura 4. Ubicación de los puntos de muestreo. Escala 1:50000.

Se tomó un total de 13 muestras a lo largo del río, en puntos ubicados antes de la fuente de contaminación y después de esta, con el objetivo de conocer el comportamiento de las concentraciones de los compuestos que intervienen en los procesos físico-químicos que influyen en la migración de los contaminantes disueltos en el agua.

Las muestras fueron estudiadas en el laboratorio de análisis físico- químico y microbiológico de agua de la planta potabilizadora de la empresa Ernesto Che Guevara y en el laboratorio químico del Centro de Investigaciones del Níquel (CEDINIQ), considerando los indicadores y procedimientos exigidos por las normas cubanas 827:2012 para el agua potable, NC 27-1999 para la protección de los embalses, y los criterios de la OMS sobre vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres. Los resultados obtenidos fueron comparados con los valores del límite máximo aceptable (LMA) y el límite máximo permisible (LMP) de las referidas normativas.

El procesamiento de la información hidroquímica se realizó con ayuda de diferentes herramientas del Office 2007 (Excel, Access) y el programa Surfer v9.exe, garantizando que el gran volumen de datos obtenidos fuera técnicamente procesado y corregido para la obtención de los mapas hidroquímicos.

Se evaluaron las siguientes propiedades del agua: pH, turbidez, conductividad, sólidos totales disueltos, salinidad, color, contenido de materia orgánica, NO₂ ^-, SiO_2, Cl^-, CO₃ ^2-, HCO₃ ^-, SO₄ ^2-, dureza total (mg/L de Ca²⁺+ Mg²⁺), dureza cálcica (mg/L de CaCO₃), dureza magnésica (mg/L de Mg²⁺), Mg²⁺, Ca²⁺, Na⁺ y K⁺. El contenido de elementos pesados o trazas, tales como Ni, Co, Fe, CrTotal, Cr⁶⁺, se obtuvo mediante espectrofotometría de absorción atómica.

Los análisis bacteriológicos realizados a cinco muestras representativas permitieron conocer el estado higiénico sanitario, atendiendo a la presencia de coliformes totales y coliformes fecales (NMP 100 mL).

Se documentaron de 13 puntos de muestreo. La definición básica de evaluación de la calidad del agua se describe como una variante al monitoreo para establecer la naturaleza y el grado de contaminación del agua. Esta evaluación es un proceso de disímiles enfoques, que tiene como objetivo caracterizar las aguas física, química y bacteriológicamente, con relación a la calidad natural, efectos humanos y otros usos de las aguas superficiales del río Cayo Guam.

La tabla 1 muestra los valores de las propiedades físicas de las aguas del río Cayo Guam, mientras en las tablas 2a y 2b recogen los resultados de los análisis químicos.

Potencial de hidrógeno (pH) y DQO

El pH del agua representa su acidez o su alcalinidad, cuyo factor más importante es habitualmente la concentración de ácidos o bases debido a la mineralización total. Los valores de pH oscilaron entre 7,49 y 8,16, clasificándose como aguas débilmente básicas. El pH es deseable de 7 a 8 unidades y máximo admisible de 6,5 a 8,5, según NC 827:2012.

Tabla 1. Tabla 1. Propiedades físicas de las aguas

Tabla 2a Tabla 2a Concentración de las especies, mg/L

Tabla 2b. Tabla 2b. Concentración de las especies, mg/L

La guía canadiense de la calidad del agua establece un rango de 6,5-9,0 de pH en aguas dulces destinadas a la preservación de la vida acuática (Dirección General de Salud Ambiental 2006). Aunque la norma oficial mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996 no establece un intervalo para el pH, se tomó en cuenta porque este parámetro indica la cantidad relativa de acidez en agua. Las aguas dulces tienen un pH entre 6,5 y 8,7.

Los resultados representados en la Figura 5 no exceden los límites permisibles de las normas cubanas ni las de algunos países latinoamericanos. La demanda química de oxígeno (DQO) se comporta en un rango de 0,7 y 3,7; este máximo valor corresponde a la muestra 10 afectada por los vertidos de aguas albañales en zonas cercanas. Los valores están dentro de las normas permisibles.

Figura 5. Figura 5. Comportamiento del pH DQO en los puntos de muestreo.

Color y turbidez

El color se encuentra en el rango desde 1 hasta 30 en la Esc-Pt/Co; el color de estas muestras está dado por los contenidos de sustancias minerales, como el Fe, y otras sales disueltas en el agua. Las muestras 3, 4, 9, 12 y 13 presentan valores de color por encima de las normas permisibles fuera de los valores deseables y admisibles (Figura 6).

Figura 6. Figura 6. Comportamiento del color (Esc-Pt/Co) y la turbidez (NTU) en los puntos de muestreo.

Los valores de turbidez se encuentran en un intervalo desde 1-2 NTU; estas aguas son bastante claras porque los elementos que influyen en la turbidez son limitados. Sus valores están dentro de las normas permisibles.

Conductividad y sólidos totales disueltos (STD)

La conductividad expresa el carácter conductor de la electricidad en el agua como consecuencia de su contenido iónico, de su concentración y de la temperatura de medición; es una medida indirecta de la cantidad de iones en solución, fundamentalmente cloruro, nitrato, sulfato, fosfato, sodio, magnesio y calcio (Goyenola 2007). En los cuerpos de agua dulce se encuentra primariamente determinada por la geología del área a través de la cual fluye el agua.

Los valores de conductividad en las aguas del río Cayo Guam están representados por 69 hasta 124 µs/cm. Esto es debido a la mineralización en la composición de las aguas.

El parámetro de conductividad eléctrica es uno de los más usados debido a la rapidez de su medición y al ser una representación del total de los sólidos disueltos permite detectar variaciones en la composición química de los constituyentes del agua; de ahí su importancia en los seguimientos de controles de calidad para la toma de medidas correctivas y preventivas (Figura 7).

Figura 7. Figura 7. Comportamiento de la conductividad (μs/cm) y de los sólidos disueltos totales (mg/L) en los puntos de muestreo.

El monitoreo de este parámetro indicador permite definir la necesidad de realizar otros análisis físico-químicos y con ello disminuir los costos de los mismos.

Considerando los STD, el agua natural tiene iones en disolución que son proporcionales a la cantidad de sustancias disueltas, conductividad y salinidad. Los valores de STD oscilan entre 30 y 56 mg/L. Se deben controlar los valores de sólidos disueltos, ya que pueden aportar contenidos de algunos elementos mayoritarios y metales.

Calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺)

El calcio (Figura 8) se comporta bastante estable en todas las muestras, sin embargo, sus valores están entre 0,8 y 4,8 mg/L, por debajo de los límites deseados (70 mg/L), y con relación a los límites máximos admisibles 200 mg/L; este elemento es necesario para el buen desarrollo del organismo humano. Suele ser el catión principal en la mayoría de las aguas naturales debido a su amplia difusión en rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas.

El contenido de magnesio en las aguas está entre 9,72-21,14 mg/L (Figura 8); los mayores valores encontrados en las muestras están influenciados por el arrastre de este elemento, diluido en el agua, ubicándose todos los valores por debajo de la concentración máxima admisible (150 mg/L).

Figura 8. Figura 8. Comportamiento del calcio (Ca2+) y del magnesio (Mg2+) en los puntos de muestreo.

Sodio (Na⁺) potasio (K⁺)

El contenido de sodio se encuentra en valores entre 18 y 29 mg/L, dentro de los límites permisibles según normas cubanas y la OMS (Figura 9). Las concentraciones de potasio oscilan entre 1,15-3,33 mg/L. Las bajas concentraciones son debido a los procesos de intercambio al ser fijado por un material arcilloso en la corteza; este se encuentra por debajo de la concentración máxima admisible según las normas. Esta tendencia es concordante con la baja conductividad eléctrica y contenidos de los sólidos disueltos totales del agua.

Figura 9. Figura 9. Comportamiento de sodio (Na+) y del potasio (K+) en los puntos de muestreo.

Hidrocarbonatos (HCO₃ ^-) y carbonatos (CO₃ ⁼)

En aguas con pH inferior a 8,2 predomina el ión bicarbonato. La existencia de los iones hidrocarbonatos en estas aguas está relacionado con el tipo de roca existente, representada en su mayor parte por calizas carcificadas y depósitos arcillo-arenosos, sus concentraciones se encuentran entre 36-60 mg/L.

El bicarbonato es la forma más común del carbono inorgánico que se encuentra entre el pH de 6 y 8,2 y se deriva parcialmente de la disolución de minerales carbonatados. Cuando en el río no hay rocas carbonatadas el contenido de HCO₃ ^- se origina parcialmente del dióxido de carbono (CO₂) en el suelo y de la respiración biológica (Chapman 1996; Zhen 2010).

La concentración de CO₃ ⁼ es nula excepto en la muestra 1, la cual presenta un pH de 8,26 que favorece la presencia de este elemento aunque en muy baja concentración (Figura 10).

Figura 10. Figura 10. Comportamiento del hidrocarbonato (HCO3-) y carbonatos (CO3=) en los puntos de muestreo.

Hierro (Fe), níquel (Ni) y cobalto (Co)

El hierro se encuentra entre 0,10-0,19 mg/L. Los mayores valores se presentan en las muestras CA4, CA5 y en la parte baja de la cuenca, debido a las vías de acceso cercana (viales y puentes), al escurrimiento superficial, procesos de erosión de los suelos y a las litologías presentes (Figura 11).

Cuando este elemento entra en contacto con el oxígeno del aire se oxida, produciendo una coloración café rojizo, por lo que, al observarse el agua, parece turbia y visualmente inaceptable. Concentraciones elevadas de hierro pueden interferir en los procesos de lavado, ya que tiñen las tuberías y causan dificultades en los sistemas de distribución al permitir el crecimiento de bacterias del hierro. La concentración máxima permisible es 0,03 mg/L según NC 827:2012.

Los resultados de los análisis de níquel revelan una alteración en las concentraciones de algunas de las muestras con relación a los límites máximos admisibles (LMA 0,02 mg/L), según NC 827:2012, las concentraciones oscilan entre 0,01-0,03 mg/L. Estas concentraciones tienen un origen natural y se debe a la litología de la zona, además de la influencia de los procesos de erosión de los suelos y el escurrimiento superficial, la reducción creciente de las franjas boscosas protectoras de los ríos y sus afluentes; ellas ejercen un control de la erosión de las orillas de los ríos y del asolvamiento fluvial (Figura 11).

Los valores de cobalto se encuentran desde 0,001 hasta 0,003 mg/L, encontrándose por encima de las normas permisibles para aguas de consumo, debido fundamentalmente a la litología de la zona por la cual circulan. En este elemento no hay un límite mínimo definido aunque se asume el mismo que el del Ni (Figura 11).

Figura 11. Figura 11. Comportamiento del hierro (Fe), níquel (Ni) y cobalto (Co) en los puntos de muestreo.

Nitritos (NO₂ ^-)

El agua del río Cayo Guam no representa un riesgo alto por contaminación de nitrito, ya que su concentración máxima está en 0,0098, mg/L de NO₂-N en la muestra 11, producto a la influencia de contaminación de una fuente no puntual de vertidos albañales cercanos al río, con elevadas concentraciones de materia orgánica. Las concentraciones de nitrito cercanas a los límites propuestos indicarán la posibilidad de contaminación orgánica, que sería comprobada por el análisis bacteriológico. Los valores de nitrito oscilan entre 0,0041-0,0098 mg/L en la zona de estudio (Figura 12).

Figura 12. Figura 12. Comportamiento del NO2- en los puntos de muestreo.

Cloruros (Cl^-) y sulfato (SO₄ ^2-)

El cloruro no se oxida ni se reduce en aguas naturales. Más de 300 mg/L produce un sabor salado pero no es perjudicial hasta unos miles mg/L; es esencial para la vida (Custodio 2001).

Los valores de cloruros se encuentran en el rango de 2,55-10,18 mg/L; se halla por debajo de la concentración máxima admisible según las normas 827:2012 y la OMS. Se aprecian bajas concentraciones de sulfatos, se presentan valores entre 5,94–8,002 mg/L. En tiempo de lluvias intensas los valores de sulfatos siempre tienden a aumentar (Figura 13).

Figura 13. Figura 13. Comportamiento del SO42- y el Cl- en los puntos de muestreo.

Las cantidades de sulfato pueden deberse a la oxidación de los sulfuros diseminados en las peridotitas y harzburgitas, entre los que se encuentran la pirrotina, en menor medida calcosina. Según este parámetro el agua es apta para consumo humano con tratamiento simple, ya que presentan contenidos por debajo del limite definido (<150 mg/L) para una calidad de clase A.

Cr Total y cromo hexavalente (Cr⁶⁺ )

En las muestras estudiadas los valores de cromo total determinados oscilan entre 0,012 mg/L hasta 0,37 mg/L, encontrándose por encima de los valores permisibles según norma cubana 827:2012 (Figura 14).

Figura 14. Figura 14. Comportamiento del Cr total y cromo hexavalente Cr6+ en los puntos de muestreo.

Los valores de cromo hexavalente oscilan entre 0,00 y 0,03 mg/L, el estado hexavalente suele ser común en las aplicaciones industriales y es un veneno sistémico de alta nocividad. La toxicidad para las especies acuáticas es variable. Generalmente, no aparecen en grandes concentraciones en las aguas naturales.

Se observó alteración en la muestra M11, con presencia de seis coliformes totales por encima de 2,2 NMP/100 ml, lo que es tolerable según norma cubana (Figura 15); no obstante, se necesitan controles sistemáticos para mantener o bajar las cantidades de estas bacterias. Su presencia es debido a las descargas ocasionales de aguas albañales. No se detectó presencia de coliformes fecales por encima del valor límite.

Figura 15. Figura 15. Resultados de los análisis bacteriológicos en los puntos de muestreo.