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QUIMICA AMBIENTAL (EVALUACIÓN Y CONTROL DE CONTAMINACIÓN) 401549A_474

FASE 2 - CONTAMINACIÓN DEL SUELO

GRUPO: 401549_24

DARWUIN UVEIMAR BASTIDAS DEYBY JEFERSON GOMEZ JONNATHAN BYRON RUALES NATALIA ELIZABETH CORTES TAPIA 1.085.290.082

Docente: Diego Aristobulo Méndez

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD” ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS Y PECUARIAS DEL MEDIOA AMBIENTE INGENIERÍA AMBIENTAL CEAD PASTO OCTUBRE DE 2018

2 RELACIÓN POR ESTUDIANTE DE LA INDUSTRIA, SECTOR INDUSTRIAL Y DEPARTAMENTO DE CADA ESTUDIANTE.

Cuadro n°1: tema fase 1 de cada estudiante ESTUDIANTE

SECTOR INDUSTRIA L

INDUSTRIA

DEPARTAMENTO DEL ESTUDIANTE

Darwin Bastidas

Agricultura

Siembra intensiva de papa

Nariño

Deyby Jeferson Gómez

Agricultura

Siembra de café

Nariño

Jonnathan Byron Ruales

Manufacturera

Curtiembres

Nariño

Natalia Cortes

Explotación de minas y canteras

Minerales metalíferos (minería aurífera)

Nariño

Rubby Estela García

Fuente: Este trabajo 2018

3 PASO 2. DIAGRAMA CAUSA- EFECTO

Figura n°1: Espina De Pescado

La falta de aplicación de productos orgánicos que permitan la recuperación del suelo

Perdida físico química de las condiciones del suelo, generando un producto de menor calidad, así mismo como la degradación de la vida útil del suelo

Expansión de frontera agrícola

la

Perdida de la diversidad genética de fauna y flora, deforestación, contaminación hídrica además de acumulación de residuos sólidos procedentes prioritariamente de envases de agroquímicos

Inadecuadas condiciones edáficas para el desarrollo del cultivo.

Uso inadecuado e indiscriminado de agroquímicos y fertilizantes en todo el proceso productivo de la papa. Que alteran, degradan y destruyen el agro ecosistema y producen contaminación ambiental

Cultura socioeconómica rural e industrial agrícola que implementa los cultivos intensivos para eficiencia productiva que prioriza el bienestar económico antes que el medioambiental

Desbalance en el suelo de los micro y macronutrientes del suelo debido a la interacción de compuestos agroquímicos que potencializan el desarrollo vegetal debido al aumento nutricional, pero sin embargo también produce unas graves alteraciones fisicoquímicas como la perdida de humedad y retención disminuyendo a la capa limo arcilla que conllevan a su erosión y perdida de fertilidad.

Fuente: Este Trabajo 2018

Eutrofización hídrica debido al uso de agroquímicos en la siembra intensiva de la papa interrelacionada a la textura natural del suelo y sus propiedades fisicoquímicas que facilitan la infiltración y percolación de contaminantes En relación directa con la sobrecarga de nutrientes por acción antrópica y debido a los factores de movilización del suelo de agroquímicos los sulfatos, nitratos Además de los fertilizantes plásticos (cloruros) que aumentan la salinidad que se infiltran y llegan a la capa freática que desemboca o es conducida a aguas superficiales produciendo su eutrofización que es un tipo de contaminación química. Se da cuando hay un aporte excesivo de nutrientes.

CONTAMINACION DEL SUELO POR LA SIEMBRA INTENSIVA DE TUBÉRCULOS COMO LA PAPA

4 PASO 3. MAPA CONCEPTUAL CON JUICIOS DE VALOR Figura n°1: Juicios de valor

Fuente: Este Trabajo 2018

5 SOLUCIÓN DE LOS EJERCICIOS A, B, C Y D, DE CADA ESTUDIANTE. Tabla n°2: Solución De Ejercicios

Estudiante N° 1 Jonnathan Byron Ruales Erazo Utilizando el triángulo de textura, establezca el tipo de suelo para: - Suelo A: arcilla 43%, arena 15% y limo 42% - Suelo B: arcilla 5%, arena 80% y limo 15% Establezca un paralelo entre las clases texturales encontradas anteriormente, donde se relacionen las siguientes propiedades: CIC, capacidad amortiguadora, retención de agua y nutrientes. Según el triángulo de texturas podemos observar que el suelo A, es arcilloso limoso, mientras que el suelo B franco-arenoso. El suelo A tiene como características que retiene agua y tiene pocos nutrientes, mientras que el suelo B tiene poca capacidad amortiguadora, retiene agua y tiene más nutrientes que el suelo arcilloso, lo anterior se evidencia con el triángulo de texturas que se muestra a continuación

1a

El suelo A arcillo limoso Es la medida de la cantidad de cargas negativas presentes en la superficie y responsables de la retención de cationes, se caracteriza por una buena capacidad de buen intercambio catiónico y generando variaciones de pH. La existencia de coloides es un factor que está relacionado con el aumento de la capacidad de amortiguación. la capacidad amortiguadora es buena debido a su buen contenido de la propiedad CIC. Son muy impermeables, son pesados, no drenan ni se desecan fácilmente y contienen buenas reservas de nutrientes. El suelo B, presentan una capacidad de intercambio iónico de bajo rango (5-10 meq/100g). La fertilización tiene un efecto directo sobre el desarrollo de los cultivos, debido a que no están sujetos a procesos de absorción. Esta propiedad está estrechamente relacionada con el CIC, ya que, a mayor contenido de cargas negativas, mayor será la capacidad amortiguadora. Son suelos muy permeables, Los suelos arenosos, como son más sueltos son fáciles de trabajar, pero tienen pocas reservas de nutrientes para las plantas. A un suelo contaminado con arsénico (As) se le adiciona óxido de hierro, como proceso de control de contaminación. Indique por qué se realiza este proceso y cuál es su beneficio.

1b

El arsénico se encuentra como especie disuelta. Los estados de oxidación más comunes del arsénico son As5+ o arseniato, y As3+ o arsenito. Tanto el As5+ como el As3+ son móviles en el medio,

6 aunque este último es el estado más móvil y de mayor toxicidad. La toxicidad aguda debido al arsénico, involucran a muchos sistemas y órganos del cuerpo humano, siendo clasificado como sustancia cancerígena por lo cual su concentración debe ser menor a 0.01 mg/L. (1) 2Fe0 + 4H+ + O2= 2Fe2+ + 2H2O (2) 4Fe2+ + 4H+ + O2= 4Fe3+ + 2H2O (3) Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ El hidróxido o grupo hidroxilo formado en la superficie puede desprotonarse dependiendo del pH de la solución, de acuerdo con las siguientes reacciones: FeOH + H+ = FeOH2+ (4) FeOH + OH− = FeO− + H2O FeOH2+ + H2AsO4

FeAsO4 + H2O

Determine la capacidad de intercambio catiónico de una muestra de suelo cuyas concentraciones de cationes son: 27 mg/L Ca2+, 3.5 mg/L Mg2+, 27 mg/L Ca2+, 0.5 mg/L K +, 2.0 mg/L Na+ y 2.5x10-3 mg/L H+.

1c

Ca2+meq = 40 g / 2 = 20 g = 20 mg Mg2+ meq = 24/ 2 = 12 g = 12 mg Na + meq = 23/ 1 = 23g = 23 mg K+meq = 39/1 = 39 g = 39 mg 1. 2. 3. 4.

(27 mg/L Ca2+ * 20 mg) / 33,00 = 1,4 meq 3.5 mg/L Mg2+ * 12 mg) / 33,00 = 0,47 meq 0.5 mg/L K+ * 39 mg) / 33,00 = 0,59 meq 2.0 mg/L Na+ * 20 mg) / 33,00 = 1,212 meq

Por ende, el total es de 33.0 Se realizó la determinación del pH a dos muestras de suelos: - Muestra A: pH = 6.6 - Muestra B: pH = 4.6 Indique para cuál de las muestras se espera encontrar una cantidad apreciable de acidez intercambiable. Justifique su respuesta.

1d

La acides o la alcalinidad se puede determinar mediante el pH, cuando el pH es menor que 7 el suelo tendrá cantidades importantes de hidrogeno intercambiable; en este orden de ideas, la muestra B, la cual tiene un pH igual a 4.6 quiere decir que es más acida que la muestra A ya que en ella por ser menor en pH intercambia más moléculas de hidrógeno. la muestra A: pH = 6.6 se neutraliza el (〖Al〗^ (+3)) y deja de ser un problema para el crecimiento de las plantas la muestra B: pH = 4.6 es en la que se aprecie mayor cantidad de acidez intercambiable está formada por (〖Al〗^ (+3) +H^+) en diferentes proporciones. la acidez intercambiable en los suelos es el resultado de la presencia de hidrogeno (H^+) y aluminio (〖Al〗^ (+3)) que causan una disminución en pH muestra B: pH = 4.6, si se aumenta el pH se reduce la acidez intercambiable, si el pH es mayor a 5.5.

7

Estudiante N° 2 Natalia Cortes Tapia Utilizando el triángulo de textura, establezca el tipo de suelo para: - Suelo C: arcilla 25%, arena 15% y limo 60% - Suelo D: arcilla 70%, arena 28% y limo 2%

2a

Establezca un paralelo entre las clases texturales encontradas anteriormente, donde se relacionen las siguientes propiedades: CIC, capacidad amortiguadora, retención de agua y nutrientes. TIPOS DE SUELOS PROPIEDADES SUELO C SUELO D (Franco-Limoso) (Arcilla) Menor cantidad de CIC entre 5 y 15

Mayor cantidad de CIC, superior a 30

capacidad amortiguadora

Menor capacidad amortiguadora

Mayor capacidad amortiguadora

retención de agua y nutrientes

Menor retención de agua

Mayor retención de agua

Capacidad de Intercambio Catiónico

OBSERVACIONES

Franco-Limoso

Arcilla

Cuando se pulveriza entre los dedos se disgrega totalmente se percibe suave semejante a la harina. Es identificable por un color beige y en terrenos incultos la estructura es por lo general laminar de consistencia ligeramente dura. En húmedo al formar una cinta de 2,5 cm y al frotar entre los dedos se percibe levemente la arena, pero no se tiene la sensación de áspero. Al secarse entre los dedos el color es beige o blanquecino. Si al humedecer en exceso y frotar entre los dedos la consistencia es adherente y plástica es netamente Arcillosa.

8 En los procesos de remediación del suelo, suele adicionarse hidróxido de aluminio (Al(OH) 3) en solución para recuperar los suelos ácidos. Indique qué efectos tiene aplicar esta práctica y cuál sería el resultado esperado. Desarrollo El ión aluminio (Al+3) tiene la capacidad de hidrolizarse produciendo H+

2b Los efectos y el resultado esperado que tiene el hidróxido de aluminio (Al(OH)3) en solución para recuperar los suelos ácidos: Es que el suelo se estabilice para que el pH aumente reduciendo así la acidez del mismo y de esa manera tener el suelo en condiciones adecuadas para poder producir cultivos de calidad. Lo anterior se da cuando un Ca++ remplaza a dos iones H+ en el complejo de intercambio catiónico los iones H+ se combinan con los iones hidroxilos para formar agua. En esta forma el pH aumenta debido a que la concentración de los iones H+ que son la fuente de la acidez del suelo, disminuye. La estabilización del pH se realiza ya que el suelo se vuelve acido por diversas causas, una de ellas es la disociación del H+ por los coloides del suelo, por tanto, la adición del hidroxilo de aluminio ayuda a la estabilización del mismo. En los suelos, se presentan procesos de adsorción y absorción. Indique con ejemplos reales, las diferencias que se presentan en los dos conceptos. La Adsorción es el proceso mediante el cual una sustancia se suma al volumen de otra, generando una capa fina, es decir que en este proceso las sustancias se unen, pero no se mezclan entre sí, ósea que las sustancias de A no se integra con la sustancia B. Se realiza en sistema solido – líquido y solido – gas

2c

Fenómeno superficial Por ejemplo: • Obtención del nitrógeno, se insufla aire comprimido a través de un conducto con carbón activo, pero los átomos de nitrógeno son demasiado grandes para circular a través de los nano poros y no pasan por ellos.

9 por otro lado, la absorción es proceso que consiste en la integración de dos sustancias entre sí. Es decir que las sustancias seleccionadas se mezclan entre ellas generando un nuevo ingrediente a la sustancia que adhiere a la otra. ósea que las sustancias de A se integra con la sustancia B y generan a C. Se realiza en sistema líquido – líquido y líquido – gas Fenómeno de incorporación Por ejemplos: • mezcla de alcohol y agua • El CO2 de una mezcla de gases puede eliminarse haciendo pasar la mezcla de gas a través de agua, en la que el CO2 se disuelve, obteniéndose agua carbónica. • La radiación solar que llega a la tierra ingresa por medio de la absorción de los gases que se encuentran presentes en la atmósfera En un suelo contaminado con pesticidas se decide aplicar técnicas de biorremediación y para determinar la viabilidad del tratamiento se solicita el resultado del análisis de carbono orgánico. Explique la relación de este parámetro con la viabilidad del tratamiento. La cuantificación del carbono orgánico permite obtener un estimativo de la cantidad de materia orgánica presente en un suelo. Esta información es importante para calificar un suelo debido a que la materia orgánica tiene numerosas funciones: proporciona elementos necesarios para la nutrición de las plantas, determina la actividad biológica en el suelo, mejora las propiedades físicas y contribuye en la CIC que es una propiedad química de primer orden.” (Triana, M 2010).

2d

La técnica de biorremediación permite recuperar los suelos contaminados, así como la destrucción de los contaminantes existentes en el suelo, mediante la aplicación de microorganismos que se encargar de cumplir esta función. El uso de pesticidas casa efectos altamente tóxicos en el suelo al cual llegan de manera directa o indirecta, deteriorando la calidad del mismo y los ecosistemas que se encuentran presente en ellos, de dicho modo la importancia que tiene o la relación existente entre el análisis de carbono orgánico y la biorremediación, consiste en que el análisis de carbón orgánico permite determinar la cantidad aproximada de materia orgánica que está en el suelo presente, y determinar qué tan deteriorado está a causa del uso de pesticidas, para asimismo poder determinar qué tipo de biorremediación se le debe aplicar a determinado suelo y la cantidad de microorganismos necesarios para eliminar los compones tóxicos existentes en el suelo, y la parte porcentual de demás componentes nutricionales y orgánicos que el suelo necesita

Estudiante N° 3 Darwuin Uveimar Bastidas

3a

Utilizando el triángulo de textura, establezca el tipo de suelo para: - Suelo E: arcilla 50%, arena 25% y limo 20% - Suelo F: arcilla 20%, arena 30% y limo 50%

10 Establezca un paralelo entre las clases texturales encontradas anteriormente, donde se relacionen las siguientes propiedades: CIC, capacidad amortiguadora, retención de agua y nutrientes. Suelo E: arcilla 50%, arena 25% y limo 20% Textura arcillosa Suelo F: arcilla 20%, arena 30% y limo 50% Franco RELACIÓN Capacidad de intercambio catiónico CIC relación suelo (1) arcilloso y (2) franco Este valor nos indica el potencial de un suelo para retener e intercambiar nutrientes. También se puede definir como el número total de cationes intercambiables que un suelo en particular puede o es capaz de retener (cantidad total de carga negativa) por tal motivo en relación al suelo (1) y(2) el suelo arcilloso presenta una mayor capacidad de intercambio catiónico debido a su alto almacenamiento de nutrientes ( MO =. Capacidad amortiguadora En relación entre el suelo (1) arcilloso y (2) franco, el suelo arcilloso tiene mayor capacidad amortiguadora debido a su mayor cantidad de MO (materia orgánica) y arcillas Retención de agua y nutrientes Retienen gran cantidad de agua y de nutrientes iónicos, debido al predominio de la micro porosidad, en el primer caso (1), y a su elevada capacidad de intercambio iónico, mayor o menor según el tipo de arcilla, en el segundo caso por ser un suelo franco provee una estabilidad en retenciones agua y nutrientes mayor al suelo arcilloso debido a sus características de micro porosidad y drenaje que no permiten el anegamiento de agua. Ni excesiva acumulación de nutrientes Si en un suelo se produce un vertido de cromo (Cr) neutralizado y se sabe que en la zona hay aguas subterráneas, la probabilidad que generen problemas de contaminación hídrica es mayor si el vertido ocurre en un suelo arenoso o arcillo, con o sin materia orgánica. Justifique su respuesta.

3b

el área superficial del suelo la determina su textura al ser los micro poros los que determinan la retención y los macro poros la infiltración, además de la cantidad de materia orgánica que también juega un papel importante en la retención de nutrientes, desde este punto de vista se puede analizar el vertimiento de Cromo neutralizado de lo anterior se puede deducir que el suelo de textura arenoso el cual por su propiedades presenta una baja cantidad de materia orgánica y su capacidad de retención es mínima debido a los macro poros de su estructura por lo cual en este tipo de suelos se facilita la infiltración, percolación de vertimientos como el de Cr que pueden pasar directamente a las capas freáticas produciendo contaminación hídrica Indique qué ocurre con los iones H+ y Cl-, si en un suelo de 3.5 Ha, se presenta un vertido de Ácido Clorhídrico (HCl) en solución.

3c

Los inanes el catión H+ en una pequeña proporción permanecen en la solución mientras que los restante interactúan con los cationes del HCL adsorbidos en el complejo de cambio y remplazan a los cationes por los animes del ácido fuerte , los aniones de Cl-, interactúan con los cationes del ácido clorhídrico como se muestra en la ecuación

11 HCl + H2O → H3O+ + Cl

Describa las características principales de los muestreos regulares e irregulares. Muestreos regulares característica

3d

1.Es de tipo sistemático el más utilizado en el análisis de contaminación del suelo 2.El tipo de muestra que se analiza es simple 3.Se emplea un diagrama de muestre tipo cuadricula o rejilla geo referenciado y con distribución espacial estándar entre cada componente que abarca toda el área de estudio y facilita la localización de un determinado contaminante 4.Facilita la evaluación y análisis cuantitativo, estadístico por acción manual y computacional Muestreo irregular características 1. Este tipo de muestre se interrelaciona directamente con el tipo de contamínate s si llegar a su ubicación, que subdividen en muestreo de trazado y muestreo en zigzag. 2. El muestreo se realiza de forma no sistemática pero compuesta 3. No recomendable para la ubicación de un tipo de contaminante ya que no realiza una distribución espacial completa del área de estudio

Estudiante N° 4 Deyby Jeferson Gómez Utilizando el triángulo de textura, establezca el tipo de suelo para: - Suelo G: arcilla 45%, arena 15% y limo 40% - Suelo H: arcilla 5%, arena 70% y limo 25% Establezca un paralelo entre las clases texturales encontradas anteriormente, donde se relacionen las siguientes propiedades: CIC, capacidad amortiguadora, retención de agua y nutrientes. Propiedad CIC

4a Capacidad amortiguadora

Retención de agua

SUELO G Arcilla Este tipo de suelos se caracteriza por una buena capacidad de buen intercambio catiónico y generando variaciones de pH. La existencia de coloides es un factor que esta relacionado con el aumento de la capacidad de amortiguación. En este tipo de suelo la capacidad amortiguadora es buena debido a su buen contenido de la propiedad CIC.

SUELO H Franco Arenoso Este tipo de suelos presentan una capacidad de intercambio iónico de bajo rango casi medio.

Son impermeables, mal aireados, y aumento de microporos. Son difíciles de trabajar pues son muy

Permeables (la permeabilidad es la velocidad de infiltración del agua de gravitación), pues en

Esta propiedad esta estrechamente relacionada con el CIC, ya que, a mayor contenido de cargas negativas, mayor será la capacidad amortiguadora. En comparación con suelo arcilloso, en los arenosos la capacidad amortiguadora es mínima.

12 plásticos cuando están húmedos y compactos cuando están seco. Son difíciles de trabajar pues son muy plásticos cuando están húmedos.

ellos predominan los microporos (todos hemos visto lo rápidamente que desaparece un cubo de agua vertido en la playa). Su capacidad de retención de agua o capacidad de campo es baja, y también lo es el agua disponible por las plantas o agua útil, pues presentan una baja microporosidad.

Nutrientes

Los suelos arcilla son de los más pesado pesados, no drenan ni se desecan fácilmente y contienen buenas reservas de nutrientes. Son fértiles, pero difíciles de trabajar cuando están muy secos.

Los suelos francos, como son más sueltos son fáciles de trabajar, pero tienen pocas reservas de nutrientes aprovechables por las plantas.

Si se tiene una muestra de suelo contaminada con dos compuestos y se quiere aplicar un proceso de remediación a escala: Muestra A Muestra B -4 Presión de valor (atm) 7.5x10 10-2.99 -2.99 Solubilidad (mol/L) 10 0.99 Justifique si el método por arrastre de aire logra extraer los dos contaminantes o solo uno.

4b

Consiste en inyectar un gas para arrastrar a los contaminantes. Generalmente se utiliza aire y vapor de agua. El aire penetra desde la superficie del terreno y se fuerza su circulación al succionarlo a través de unos pozos que se excavan. En otras ocasiones el aire o un gas se inyecta sobre la superficie del suelo o a través de pozos (en este último caso, se recomienda sellar la superficie del terreno con arcilla, plástico, cemento, asfalto, etc.). En ocasiones se mejoran los rendimientos utilizando aire caliente. Según las características de los contaminantes, estos podrían ser removidos del suelo, por un lado, la muestra A tiene una baja solubilidad por lo difícil mente podría ser removido y la muestra B contribuye con su presión de vapor por lo que al salir a la superficie fácilmente se volatilizara y también presenta una buena solubilidad. Justifique y valide la siguiente afirmación: los suelos salinos tienen mayor impermeabilidad.

4c

Esta afirmación es verdadera, por lo general los suelos que tienen impermeabilidad son aquellos áridos donde no hay flujo de agua y las capas de suelo se fragmenta y se compactan, en este tipo de suelos al no haber remoción las sales permanecen en suspensión y estas caracterizan incrementa. En cambio, cuando el ambiente es un poco más húmedo muchas sales se disolverán y no se mantendrán precipitadas por lo que no habrá tanta concentración de las sales. Establezca la influencia de las propiedades físicas y químicas del suelo en la movilidad de los metales pesados.

4d

El sistema suelo-movilidad se consideran sistemas abiertos, que se encuentra sujeto a aportes, tales como contaminantes, fertilizantes y pesticidas, y también a pérdidas, mediante lixiviación, erosión

13 o volatilización. La incorporación de los metales pesados por las plantas se produce fundamentalmente desde el suelo, a través de las raíces, y está influenciada por varios factores entre los que destacan el tipo de suelo, la temperatura, pH, aireación, condiciones redox y fertilización, la especie vegetal, el momento del desarrollo y el sistema radicular, entre otros. Aparte de la absorción que tiene lugar por medio de las raíces, las plantas también pueden incorporar cantidades significativas de algunos elementos a través de la absorción foliar. Una vez que los iones metálicos han sido absorbidos, pueden moverse por toda la planta. Este movimiento depende del tipo de metal, del órgano de la planta y de su edad.

Estudiante N° 5 Rubby Estela García

5a

Utilizando el triángulo de textura, establezca el tipo de suelo para: - Suelo I: arcilla 30%, arena 5% y limo 65% - Suelo J: arcilla 25%, arena 45% y limo 30% Establezca un paralelo entre las clases texturales encontradas anteriormente, donde se relacionen las siguientes propiedades: CIC, capacidad amortiguadora, retención de agua y nutrientes. NO PRENSTO

5b

En los procesos de remediación del suelo, suele adicionarse sulfato de sodio (Na 2SO4) como solución para recuperar los suelos ácidos. Indique qué efectos tiene aplicar esta práctica y cuál sería el resultado esperado. NO PRENSTO Indique y justifique cuál de los siguientes suelos presenta mayor sensibilidad al pH: un suelo arcilloso, un suelo arenoso o un suelo limoso.

5c

5d

NO PRENSTO Un programa de monitoreo de contaminación de suelos delimitó dos áreas: agrícola (10 Ha) y de influencia industrial (35 Ha). Establezca para cada área el número de sitios de muestreo y el número de muestras compuestas que se deben tomar. NO PRENSTO Fuente: Este Trabajo 2018

14 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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