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• Addel Yupanqui Miranda

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ANALISIS FISICOQUIMICO DEL AGUA

DETERMINACION DE CADMIO EN EL AGUA

1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL  Determinar la presencia y concentración de cadmio en aguas de consumo humano en la Comunidad Urbana de Chuquitanta (distrito de San Martin de Porres). 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

 Determinar la concentración de cadmio en aguas de consumo humano almacenada en cilindros de las viviendas, en la Comunidad Urbana de Chuquitanta (distrito de San Martin de Porres).  Determinar la concentración de cadmio en aguas de consumo humano proveniente de SEDAPAL (camiones cisterna), en la Comunidad Urbana de Chuquitanta (distrito de San Martin de Porres). 2. INTRODUCCIÓN El agua es uno de los bienes más importantes y escasos que tienen las personas alrededor del mundo, nuestro país no es una excepción; muchas de nuestras poblaciones se ven obligados a beber de fuentes cuya calidad deja mucho que desear y produce un sin fin de enfermedades a niños y adultos. Se denomina agua para consumo humano, la que puede ser consumida sin restricción debido a que por un proceso de purificación, no representa riesgo para la salud. Es sinónimo de agua potable, aquella que reúne los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos, y puede ser consumida por la población sin producir efectos adversos a su salud. El acceso al agua potable es fundamental para la salud, uno de los derechos humanos básicos y un componente de las políticas eficaces de protección de la salud. El agua es esencial para la vida y todas las personas deben disponer de un suministro satisfactorio (suficiente, inocuo y accesible). La mejora del acceso al agua potable puede proporcionar beneficios tangibles para la salud. Sin embargo, a nivel mundial aún se identifican deficiencias en la calidad de la prestación de los servicios, organización, ausencia de planificación e insuficiente inversión que puedan garantizar en el mediano y largo plazo DETERMINACIÓN DE CADMIO EN EL AGUA

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el sostenimiento de las coberturas en los servicios de agua y saneamiento en numerosos países. En poblaciones donde el servicio de abastecimiento de agua es restringido, el deterioro de la calidad física, química y principalmente microbiológica al nivel de las viviendas, es frecuente como consecuencia de la manipulación y almacenamiento inadecuado. Existen muchos efectos adversos en la salud conocidos desde hace muchos años debido a la exposición a metales tóxicos, a pesar de los numerosos esfuerzos por disminuir la contaminación ambiental, la exposición a los mismos continúa, continúan incrementándose en algunos lugares del mundo en particular en ciudades en vías de desarrollo. El presente estudio se basa en medir la concentración de cadmio en aguas de consumo humano y se realizará en la Comunidad Urbana de Chuquitanta, distrito de San Martin de Porres (Lima), por tratarse de una localidad que no cuenta con un control sanitario adecuado sobre la calidad del agua proveniente de un reservorio central (SEDAPAL), distribuida por camiones cisternas y finalmente almacenadas en las viviendas de la población para su consumo final. 3. HIPÓTESIS Las concentraciones de cadmio en aguas de consumo humano de la Comunidad Urbana de Chuquitanta (distrito de San Martin de Porres), superan los niveles permisibles establecidos por la Organización Mundial de la Salud. 4. FUNDAMENTO TEORICO 4.1. CADMIO El cadmio es un considerado un oligoelemento contaminante ambiental, se encuentra ubicado en el grupo IIB de la tabla periódica de elementos químicos, se halla en la corteza terrestre asociado con minerales de zinc, plomo y cobre, sedimentos, aire y agua. Se obtiene como subproducto del tratamiento metalúrgico del zinc y del plomo. Ocupa un lugar próximo al plomo y al arsénico en importancia toxicológica, ya que sus niveles en el medio ambiente son resultantes de la actividad industrial y agrícola siendo considerado uno de los elementos más peligrosos para la alimentación humana, particularmente por su carácter acumulativo.

4.1.1. Propiedades fisicoquímicas y usos El cadmio es un elemento químico de número atómico 48; peso atómico de 112,40 y densidad relativa de 8,65. Es un metal de DETERMINACIÓN DE CADMIO EN EL AGUA

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color blanco con un ligero matiz azulado, blando, dúctil, maleable y resistente a la corrosión. Su punto de fusión es de 320,9 °C y de ebullición de 765 °C. Insoluble en agua y en disolventes orgánicos, pero soluble en ácidos, nitratos y cloruros. Es volátil se puede alear con numerosos metales en estado de fusión, oxida lentamente al aire en presencia de humedad, calentado a altas temperaturas arde, desprendiendo vapores de óxido de color amarillo - rojizo. El cadmio está distribuido en toda la corteza terrestre, no existe en su estado puro, sino asociado a otros minerales como el plomo, cobre y zinc. En la actualidad, existe una amplia utilización del cadmio en la industria, lo cual puede convertirlo en uno de los mayores contaminantes del ambiente. El uso dominante de cadmio es en las 5 baterías de NíquelCadmio (83 % del consumo total de cadmio). También existe demanda de cadmio para otros usos, tales como pigmentos para plásticos, cerámica y vidrios.

4.1.2. Fuentes y vías de exposición El cadmio es un elemento ampliamente distribuido, pero escasamente se encuentra en la corteza terrestre en concentraciones que van desde 0,1 a 5 ppm. Este metal se encuentra más a menudo combinado con otros elementos (tales como oxígeno, cloro o azufre) formando compuestos. En el ambiente se adhiere fuertemente a partículas en la tierra, parte del cadmio se disuelve en el agua, no se degrada pero puede cambiar de forma, las plantas y animales pueden incorporarlo a su organismo, permanece en el organismo por largo tiempo y puede bio-acumularse.

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Imagen N°01: Fuentes de cadmio en el medio ambiente.

4.1.3. Contaminación del agua potable con cadmio La contaminación del agua potable con cadmio puede ocurrir como resultado de impurezas de cadmio en las tuberías galvanizadas de zinc o en la soldadura, en los calentadores de agua, grifos, etc. También ha ocurrido contaminación del agua potable por la filtración de cadmio a los mantos freáticos a partir de los lodos que contengan óxidos de cadmio. Normalmente, el agua potable contiene concentraciones muy bajas de cadmio del orden de 1 μg/litro o menos; en algunas ocasiones se ha informado de niveles que llegan a los 5 μg/litro, muy raras veces, se han encontrado niveles que llegan a los 10 μg/litro. 4.1.4. Absorción El Cadmio ingresa en el organismo mediante dos vías principales: la vía pulmonar, por inhalación de polvos y la vía digestiva, ingiriéndose directamente a partir de las manos contaminadas (cuando los trabajadores comen o fuman en lugares de trabajo o por falta de higiene). La cantidad total de cadmio en el organismo guarda relación con la absorción del mismo de los alimentos, el agua y el medio ambiente en general. El cadmio alimentario se acumula sobre todo en los riñones y en menor medida en el hígado.

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5. LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES NORMATIVIDAD PERUANA

SEGÚN

LA

ACTUAL

La primera edición de las Guías para la Calidad del Agua Potable elaborada por la OMS, publicada en 1984, estableció un valor de referencia de 0,005 mg/L para el cadmio en el agua de consumo. Este valor se redujo a 0,003 mg/L en las Guías de . La finalidad principal de las Guías para la calidad del agua potable es la protección de la Salud Pública. El límite máximo permisible establecido para cadmio en agua potable es: 0,003 mg/L. En el Perú mediante Decreto Supremo Nº 031-2010-SA (publicado en el Diario El Peruano el 26 de setiembre de 2015) se aprobó el “Reglamento sobre Calidad del Agua para Consumo Humano”. En dicho documento se establece las disposiciones generales con relación a la gestión de la calidad del agua para consumo humano, con la finalidad de garantizar su inocuidad, prevenir los factores de riesgos sanitarios, así como proteger y promover la salud y bienestar de la población. El valor de referencia permisible para cadmio en agua potable para Perú está basado en el valor de la OMS.

Tabla N°01: Valores estándares de referencia para el Cadmio

Categoria 1: Poblacional y Recreacional Subcategoria A: Aguas superficiales destinadas a la producciòn de agua potable

A1 Paràmetros

CADMIO

Unidad de medida

Mg/l

Aguas que pueden ser potabilizadas con desinfección

0.003

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A2 Aguas que pueden ser potabilizadas con tratamiento convencional

0.005

A3 Aguas que pueden ser potabilizadas con tratamiento avanzado

0,01

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Subcategoría B: Aguas superficiales destinadas para recreación

Parámetros

Unidad de medida

CADMIO

Mg/L

B1

B2

Contacto primario

Contacto secundario **1

2

Categoría 2: Extracción, cultivo y otras actividades marino costeras y continentales

Parámetros

Unidad de medida

CADMIO

Mg/L

C1 Extracción y cultivo de moluscos, equinodermos y tunicados en aguas marino costeras

C2 Extracción y cultivo de otras especies hidrobiológicas en aguas marino costeras

C3 Actividades marino portuarias, industriales o de saneamiento en aguas marino costeras

C4 Extracción y cultivo de especies hidrobiológicas en lagos o lagunas

0.01

0.01

**2

0.01

Categoría 3: Riego de vegetales y bebida de animales D1:Riego de vegetales

1 2

Parámetros

Unidad de medida

CADMIO

Mg/L

Agua para riego no restringido (c)

Agua para riego restringido

D2: Bebida de animales Bebida de animales

0.01

El símbolo ** dentro de la tabla significa que el parámetro no aplica para esta Subcategoría. El símbolo ** dentro de la tabla significa que el parámetro no aplica para esta Subcategoría.

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0.05

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Categoría 4: Conservación del ambiente acuático

E2: Ríos Parámetros

CADMIO DISUELTO

Unidad de medida

E1: Lagunas y Lagos

mg/ L

0,00025

E3: Ecosistemas costeros y marinos

Costa y sierra

Selva

Estuarios

Marinos

0,00025

0,00025

0,0088

0,0088

6. MUESTRO Y RECOLECCIÓN DE LA MUESTRA El estudio se circunscribe a la Comunidad Urbana de Chuquitanta – Distrito de San Martin de Porres, por tratarse de una localidad sin ningún control sanitario sobre la calidad del agua de consumo humano. Esto debido a que aún no cuentan con los servicios básicos de agua potable. El procedimiento de muestreo usado es el determinístico. Se recolectaron 30 muestras en total: 10 muestras de aguas de consumo humano provenientes del reservorio central de SEDAPAL, 10 muestras de aguas de consumo humano provenientes de camiones cisterna y 10 muestras de aguas de consumo humano provenientes de los cilindros plásticos de los domicilios. De cada muestra seleccionada se realizaron 2 lecturas (aplicando la metodología analítica de espectrofotometría de absorción atómica por horno grafito). 6.1. Obtención y recolección de las muestra Durante el mes de abril del 2013, se recolectaron las 30 muestras de agua destinadas para consumo humano en frascos estériles debidamente rotulados para evitar confusiones. Las muestras fueron tomadas en distintas partes de la zona de la Comunidad Urbana de Chuquitanta, según la aceptación de los dueños de casa en el caso de los cilindros y los dueños de los camiones cisterna. 6.2. Agua de consumo humano proveniente del reservorio central de almacenamiento de SEDAPAL Se recolectaron un total de 10 muestras. Se realizó el muestreo directamente del caño de distribución del reservorio central de SEDAPAL, donde se abastecían a los camiones cisternas. Debido a que la muestra fue tomada directamente de los caños, primeramente se procedió a flamear cuidadosamente por 2 minutos todas las partes del caño, especialmente en la boca de descarga. Luego se dejó fluir el agua del caño durante 2 minutos (procedimiento que permite limpiar la salida y descarga el agua que

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ha estado almacenada en la tubería) y posteriormente se procedió a llenar cuidadosamente los frascos estériles. 6.3. Agua de consumo humano provenientes de camiones cisterna Se recolectaron un total de 10 muestras. Se realizó el muestreo directamente de los camiones cisterna que distribuían agua de consumo humano a los lugares más alejados de la zona sin agua potable. Debido a que la muestra de agua fue tomada directamente de los camiones cisterna, se procedió a flamear cuidadosamente por 2 minutos todas las partes del caño de descarga, especialmente en la boca. Luego se dejó fluir el agua del caño 46 durante 2 minutos (procedimiento que permite descargar el contenido del agua dentro del tanque cisterna) y posteriormente se procedió a llenar cuidadosamente los frascos estériles. 6.4. Aguas de consumo humano provenientes de cilindros plásticos de las viviendas Se recolectaron un total de 10 muestras. Se realizó el muestreo directamente de los cilindros de almacenamiento de agua de consumo humano, ubicados en el interior o exterior de las casas. Debido a que la muestra de agua se encontraba en reposo, se sumergió el frasco estéril boca abajo a una profundidad de 30 cm y se llenó el frasco a esa profundidad con un movimiento de éste hacia adelante para evitar que el agua que esté en contacto con la mano ingrese a los frascos estériles. 7. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 7.1. Metodología Analítica empleada

 

Espectrofotometría de Absorción Atómica con Horno de Grafito. Laboratorio: Unidad de Servicios de Análisis Químicos (USAQ) - UNMSM.

7.2. Fundamento del método analítico empleado La técnica se basa en la medida de la radiación absorbida por los átomos libres en su estado fundamental. Para que esto ocurra la muestra pasa por un proceso de atomización electrotérmica utilizando una resistencia eléctrica. Estos átomos libres, formados a partir de un estado energético inferior a otro superior, absorben DETERMINACIÓN DE CADMIO EN EL AGUA

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una radiación de energía de onda específica emitida por una lámpara que contiene un cátodo. La diferencia entre energía incidente y la transmitida se recoge en un detector, permitiendo realizar la determinación cuantitativa del elemento. 7.3. Equipos y materiales 7.3.1. Características del espectrofotómetro de absorción atómica para la medición Equipo de Absorción Atómica  

Marca : SHIMADZU Modelo : AA-6800

Imagen N°02: Espectrofotómetro de absorción atómica.

7.3.2. Accesorios 

Horno de grafito, marca: SHIMADZU, modelo: GFA-EX7.



Inyector automático AUTOSAMPLER, marca: SHIMADZU, modelo: ASC6100.

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

Computadora estándar (CPU LG, monitor SVGA, teclado Genius). Software AA Wizard.



Balón de gas argón, 99.999 % de pureza.



Fiolas de 100 mL y 50 mL con tapa, vidrio tipo B.



Pipetas volumétricas de: 1, 2, 4, 5, 10, 20 mL.



Micropipetas de 10 y 1000 µL.



Vasos de precipitación de 250 mL. Tips para micropipetas de 10 y 1000 µL

7.3.3. Reactivos 

Estándar certificado de cadmio de 1000 mg/L marca MERCK.



Ácido nítrico concentrado para análisis de trazas marca JT BAKER.



Agua ultrapura.

8. CASOS PRACTICOS CON CÁLCULO MÉTODOS 8.1. CADMIO

8.1.1. Programa del horno de grafito para detectar cadmio.

Imagen N°03: Programa del horno de grafito para detectar cadmio.

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8.1.2. Condiciones instrumentales para el análisis de cadmio  Se usa corrección de fondo (background).  Longitud de onda: 228 nm.  Slit: 0,5 nm.  Medida de señal: señal del pico de máxima absorbancia.  Tubo de grafito con plataforma.  Volumen de muestra: 25 µL.  Temperatura programa del Horno grafito:

Tabla N°02: Temperatura del programa del horno grafito para detectar cadmio

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8.1.3. Obtención de la curva de calibración para cadmio. A. Preparación de los estándares:  Estándar patrón de cadmio, 100 mg/L: Medir 10 mL del estándar certificado de 1000 mg/L y se lleva a una fiola de 100 mL, enrasar con agua ultrapura. Tiene una duración de 6 meses.  Estándar patrón de cadmio, 10 mg/L: Medir 10 mL del estándar de 100 mg/L y se lleva a una fiola de 100 mL, enrasar con agua ultrapura. Tiene una duración de 3 meses.  Estándar patrón de cadmio, 1 mg/L: Medir 10 mL del estándar certificado de 10 mg/L y se lleva a una fiola de 100 mL, enrasar con diluyente. Tiene una duración de 1 semana.  Estándar patrón de cadmio, 10 µg/L: Medir 500 µL del estándar certificado de 1 mg/L y llevar a una fiola de 50 mL, enrasar con diluyente. Preparar diariamente.  Estándar patrón de cadmio, 1 µg/L: Medir 5 mL del estándar certificado de 10 µg/L y llevar a una fiola de 50 mL, enrasar con diluyente. Preparar diariamente.  Se prepara un blanco de calibración con agua ultrapura, siguiendo el procedimiento anterior. B. Curva de calibración Tabla N°03: Datos para hallar la curva de calibración del cadmio

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C. Ecuación: ABS = 0,545(CONC) + 0,024 D. Coeficiente de correlación: 0,9994 El coeficiente de correlación nos permite medir el grado de asociación de las 2 variables cuantitativas; mientras más se aproxime a 1, es más perfecta la correlación entre las variables. Imagen N°04: Curva de calibración para Cadmio

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RESULTADOS Tabla N°04: Distribución de las muestras de agua según su procedencia

Grafica N°01: Gráfica de porcentajes según procedencia de muestras

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Tabla N°05: Resultados de los análisis en aguas de consumo humano de la comunidad urbana de Chuquitanta – distrito de San Martín de Porres.

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Tabla N°06: Media y desviación estándar de los valores de cadmio en ppb (Muestras provenientes reservorio central de SEDAPAL)

Tabla N°07: Media y desviación estándar de los valores de cadmio en ppb (Muestras provenientes de camión cisterna)

Tabla N°08: Media y desviación estándar de los valores de cadmio en ppb (Muestras provenientes de cilindros plásticos de las casas).

Grafica N°02: Gráfico comparativo para Cadmio

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Tabla N°08: ANOVA de los valores de cadmio según recipientes

9. DISCUCIONES  El agua es un elemento fundamental y determinante en la vida humana. La escasez y el uso abusivo del agua plantean una creciente y seria amenaza para el desarrollo sostenible y la protección del medio ambiente. La salud y el bienestar humano, la seguridad alimenticia, el crecimiento industrial y el ecosistema del que dependen se hallan en peligro, a no ser que la gestión de los recursos hídricos y del suelo se efectué en la actualidad de forma más eficaz que en el pasado.  Los resultados obtenidos en el presente trabajo de investigación han determinado la concentración de cadmio y arsénico en 30 muestras de aguas de consumo humano provenientes de distintas zonas de la Comunidad Urbana de Chuquitanta – distrito de San Martín de Porres; se puede apreciar de la Tabla N° 7 y la Figura N° 12 que: 33,3 % (10 muestras) corresponden a las muestras de agua para consumo humano provenientes del reservorio central de SEDAPAL, 33,3 % (10 muestras) corresponden a las muestras de agua para consumo humano provenientes de camión cisterna y el 33,3 % restante (10 muestras) corresponden a las muestras de agua para consumo humano provenientes de cilindros plásticos de las viviendas de la zona.

 De la tabla Nº 9, se aprecia que la media de los valores de cadmio en muestras provenientes del reservorio central de SEDAPAL es de 4,17 ppb; cuya dispersión de sus aguas varía en un 0,15 ppb. Un valor mínimo de 4,01 ppb y un valor máximo de 4,40 ppb.

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 De la tabla Nº 10, se aprecia que la media de los valores de cadmio en muestras provenientes de camión cisterna es de 4,39 ppb; cuya dispersión de sus aguas varía en un 0,10 ppb. Un valor mínimo de 4,23 ppb y un valor máximo de 4,51 ppb.  De la tabla Nº 11, se aprecia que la media de los valores de cadmio en muestras provenientes de cilindros plásticos de las casas es de 1,08 ppb; cuya dispersión de sus aguas varía en un 0,04 ppb. Un valor mínimo de 1,03 ppb y un valor máximo de 1,14 ppb.

 De la tabla Nº 15, se aprecia que el cadmio en camiones cisterna es mayor significativamente que en reservorio central de SEDAPAL P < 0,05; el cadmio en camiones cisterna es mayor significativamente que en cilindros plásticos de las casas P < 0,05 y el cadmio en el reservorio central de SEDAPAL es mayor significativamente que en cilindros plásticos de las casas P < 0,05. De acuerdo a lo mencionado, se observa que la concentración media de cadmio en aguas de consumo humano provenientes del reservorio central de SEDAPAL y provenientes de camiones cisterna, superan los límites máximo permisibles establecidos por la Organización Mundial de la Salud y el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano de Perú: 0,003 mg/L = 3 ppb.

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10.

RECOMENDACIONES  Se debe realizar este tipo de estudios en otros distritos de Lima Metropolitana para hacer un seguimiento de la calidad del agua de consumo humano que se abastece a los habitantes y presentar los resultados obtenidos a las autoridades de Salud de tal manera que se realicen las medidas preventivas y correctivas para lograr que la calidad e inocuidad del agua sea la mayor posible.  Se debe realizar este tipo de estudios de cadmio y arsénico en aguas para consumo humano, teniendo en cuenta otros indicadores tóxicos bioacumulables en el organismo y así tener una visión completa de la problemática asociada a los contaminantes tóxicos del agua de consumo humano.  Se deben realizar estudios epidemiológicos en los lugares donde se consume agua con valores de concentración de cadmio que superen la concentración máxima permisible dados por la Organización Mundial de la Salud y el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano de Perú: 0,003 mg/L (3 ppb), para establecer posibles riesgos de morbi-mortalidad.

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11.

CONCLUSIONES  La concentración media de las muestras de agua provenientes de cilindros plásticos de las casas fue de 1,08 ppb para cadmio; lo cual fue inferior al límite máximo permisible dado por la OMS y el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano de Perú: 3 ppb para cadmio.  La concentración media de las muestras de agua provenientes de camiones cisterna fue de 4,39 ppb para cadmio, tal concentración fue superior al límite máximo permisible dado por la OMS y el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano de Perú: 3 ppb para cadmio.

 La concentración media de las muestras de agua provenientes del reservorio central de SEDAPAL fue de 4,17 ppb para cadmio y 1,27 ppb para arsénico; tales concentraciones medias fueron superior e inferior respectivamente al límite máximo permisible dado por la OMS y el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano de Perú: 3 ppb para cadmio y 10 ppb para arsénico.  La concentración media para cadmio en las muestras de camiones cisterna fue mayor significativamente que en el reservorio central de SEDAPAL y los cilindros plásticos de las casas, asimismo la concentración media en las muestras del reservorio central de SEDAPAL fue mayor significativamente que en los cilindros plásticos de las casas.

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BIBLIOGRAFIA y LINKOGRAFIA

BIBLIOGRAFIA

 FAO/OMS. Evaluación de diversos aditivos alimentarios y de los contaminantes Pb, Cd y Hg. Serie Inf. Tec. N° 505. Ginebra, 1973: 1-28, 32-35. 3.

 Flores E, Pérez J. Determinación de arsénico por absorción atómica en agua de consumo humano proveniente de SEDAPAL, de cisterna y de pozo del distrito de Puente Piedra. [Tesis para optar el Título Profesional de Químico Farmacéutico]. Lima, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2009

 Järup L. Hazards of heavy metal contamination. Brit Med Bull. 2003; 68: 167-82.

 Ministerio de Salud. Reglamento de la Calidad de Agua para Consumo Humano: D.S. N° 031-2010-SA. Dirección General de Salud Ambiental. Lima: Ministerio de Salud, 2010: 44. 2.

 Ramírez A. Toxicología del cadmio. Conceptos actuales para evaluar exposición ambiental u ocupacional con indicadores biológicos. Anales de la Facultad de Medicina. 2002; 63 (1): 5164.

 Rojas R. Guía para la vigilancia y control de la calidad del agua para consumo humano. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias de Ambiente. Lima: 2002. LINKOGRAFIA  http://cybertesis.unmsm.edu.pe/bitstream/handle/cybertesis/3 844/Gonzales_pl.pdf?sequence=1

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