Metales tóxicos en altas concentraciones

El exceso de concentración de cobre es problemático para el fitoplancton y las plantas acuáticas

Como regla general, la toxicidad de los metales disminuye al aumentar el pH, la alcalinidad total y la salinidad.

Los metales son más numerosos que los no metales, y constituyen 84 de los 103 elementos conocidos. Los principales cationes del agua (sodio, potasio, calcio y magnesio) son metales y los metales más comunes en el agua son el aluminio, el berilio, el cadmio, el cromo, cobalto, cobre, hierro, plomo, manganeso, mercurio, níquel, selenio, plata, estaño y zinc.

Muchos de ellos (cobalto, cobre, hierro, manganeso, zinc y posiblemente selenio) son necesarios para plantas, animales o ambos. Sin embargo, todos los metales anteriores pueden ser tóxicos a concentraciones elevadas.

Características

Las últimas fuentes de oligoelementos son los minerales de la corteza terrestre. El aluminio, el hierro y el manganeso constituyen el 8,3, el 6,2 y el 0,1 por ciento del peso de la carcasa, respectivamente. Los oligoelementos restantes están presentes en cantidades mucho más pequeñas, pero pueden ser abundantes en ciertos depósitos.

Los oligoelementos son solubles en agua, pero sus concentraciones suelen ser bastante bajas (Tabla 1). El factor principal que contribuye a la solubilidad de los metales traza minerales es el pH bajo. El bajo potencial redox también aumenta significativamente la solubilidad del hierro, manganeso y otros metales traza.

Boyd, concentraciones típicas y concentraciones máximas seguras, Tabla 1

Concentración de control de metales (μg / l)
Típico para la concentración de agua dulce (μg / l)
Concentración media máxima segura en agua de mar (μgIL)
Agua blanda * concentración máxima segura (μgIL)
Agua dura (incluida agua de mar)

Aluminio Traza-100.00 10.00 1.000,00 1.000,00
Berilio 0.01-1.00 0,0006 11.00 1100,00
Cadmio 1.00-5.00 0,11 25.00 70,00
Cromo 1.00-50.00 0,05 100,00 100,00
Cobalto 1,00-10,00 0,50 50,00 50,00
Cobre 5.00-50.00 3,00 25.00 70,00
Hierro Pista-500.00 10.00 1.000,00 1.100,00
Dirigir 1,00-20,00 0,03 200,00 4.000,00
Manganeso Traza-250.00 2,00 1.000,00 1.000,00
Mercurio Traza-0.02 0,03 0,10 0,10
Níquel 5.00-25.00 2,00 50,00 400,00
Selenio 0,10-5,00 4,00 20.00 20.00
Plata 0.01-0.30 0,30 0,05 0,10
Tina 1,00-20,00 3,00
Zinc 10.00-100.00 10.00 50,00 100,00

Tabla 1. Concentraciones típicas y concentraciones máximas seguras de micrometales.
* Si el pH es superior a 7,0.

Los micrometales tienen muchos usos industriales. Se liberan a la atmósfera cuando se quema carbón y las cenizas de carbón contienen una gran cantidad de ciertos residuos metálicos. Por tanto, la contaminación es la principal fuente de metales en el agua.

Micrometales en acuicultura

Las desviaciones inexplicables en la supervivencia y el crecimiento de las especies acuícolas a menudo dan lugar a preocupaciones sobre concentraciones excesivas de metales. La fuente de agua de las instalaciones de acuicultura puede contener trazas y / o contaminación de fuentes naturales. Los piensos, fertilizantes, algicidas y algunas otras sustancias utilizadas en la gestión de estanques también contienen oligoelementos. Los micrometales se pueden intercambiar entre el agua y el suelo. El suelo puede ser un sumidero o una fuente de oligoelementos individuales.

La química de los oligoelementos disueltos es bastante compleja. La concentración de la forma iónica de un residuo metálico particular en el agua está determinada por la solubilidad de ese mineral de control. La solubilidad de la mayoría de los minerales traza disminuye significativamente al aumentar el pH. Los iones metálicos en la solución reaccionan con agua, aniones y sustancias orgánicas para formar productos de hidrólisis, pares de iones y compuestos de coordinación, respectivamente, y aumentan significativamente la concentración total de metales en la solución.

Toxicidad potencial

Las plantas absorben formas iónicas de metales. Esto altera el equilibrio del ion metálico y sus formas combinadas y, en respuesta, el mineral de control se disuelve para liberar una forma más iónica. Estos procesos se resumen utilizando zinc como ejemplo en la Figura 1.

Figura 1: Intercambio de zinc entre el suelo del fondo y el agua.

Las concentraciones excesivas de micrometales, especialmente cobre, son tóxicas para el fitoplancton y otras plantas acuáticas. Los compuestos de cobre quelados se utilizan a menudo como algicidas, especialmente en agua alcalina, donde un pH alto reduce la concentración de iones de cobre Cu2 +, que es tóxico para las plantas.

Las formas iónicas de micrometales también son tóxicas para los peces y otros animales acuáticos, pero los metales solubles quelados y otras formas combinadas son relativamente no tóxicas. Los algicidas de cobre quelados se pueden usar en agua ácida para aumentar la concentración de cobre total para matar algas sin aumentar la concentración de iones de cobre a niveles tóxicos para peces o camarones.

En la acuicultura, el mayor problema con las trazas de metales es la posible contaminación de su suministro de agua, lo que provoca la mortalidad de los cultivos o la posible contaminación de los cultivos con residuos de metales pesados.

La concentración de trazas de metal en los suelos del fondo del estanque varía mucho. No hay evidencia de que la concentración natural de oligoelementos en el ambiente circundante haya causado problemas con el suelo y el agua del fondo ligeramente ácidos o alcalinos en la acuicultura. En estanques construidos sobre suelos de sulfato ácido, las concentraciones de varios oligoelementos, especialmente aluminio, se han asociado con una baja supervivencia y producción. Por lo tanto, los lugares con suelos de sulfato ácido deben evitarse en la acuicultura.

Sin embargo, el encalado intenso de estanques con suelos de sulfato ácido y el encalado convencional de estanques menos ácidos pueden mantener el pH del suelo por encima de 7 y garantizar que la alcalinidad total sea de 50 mg / lo más. Estas condiciones previenen concentraciones potencialmente tóxicas de aluminio y otros oligoelementos. La principal reacción natural del agua de mar reduce la posibilidad de toxicidad de las trazas metálicas de fuentes naturales.

Contaminación

La causa más común de niveles tóxicos de micrometales es la contaminación. Los acuicultores deben observar las fuentes de rastros de metal cerca de sus granjas y evitar el uso de agua contaminada. La concentración de micrometales en un agua en particular es muy difícil de estimar. La forma iónica del micrometal es tóxica, pero los métodos analíticos totales se miden utilizando métodos analíticos para metales traza.

Dependiendo del pH, la alcalinidad general, la salinidad y la concentración de la materia orgánica disuelta, la proporción de la forma iónica en la concentración total puede variar desde menos del 5% hasta más del 90%. Por lo tanto, la concentración total requerida para producir una concentración tóxica varía mucho de la calidad del agua.

Por ejemplo, en aguas con una alcalinidad total de 5 mg / ly un pH de 5,5 a 6,5, es probable que una concentración total de cobre superior a 0,01 mg / l sea tóxica para la mayoría de las especies de peces, pero en aguas con un pH de 8 a 6,5. 8,5 y 100 mg / l. L alcalinidad, la concentración total de cobre 0,25 mg / l no dañaría a la misma especie. La toxicidad del aluminio es una preocupación en agua con un pH por debajo de 5.5, pero en agua con un pH de 7 o más, la toxicidad del aluminio no es un problema. Como regla general, la toxicidad de los metales disminuye al aumentar el pH, la alcalinidad total y la salinidad.

Las concentraciones máximas de metales seguros para las especies de aguas termales se resumen en la Tabla 1. Estos valores son las concentraciones totales de oligoelementos en lugar de la concentración de iones metálicos. Los datos de agua dulce asumen un pH de 7 o más. La concentración segura de muchos de estos metales sería significativamente menor a un pH más bajo. La concentración segura de especies de agua fría también sería menor que la indicada.

Problemas limitados

Es dudoso que los oligoelementos causen estrés o mortalidad en la mayoría de los estanques. Las excepciones son los estanques con baja alcalinidad, estanques con agua ácida, estanques que reciben agua contaminada con uno o más oligoelementos y accidentalmente tratados con exceso de sulfato de cobre para controlar las algas.

En los criaderos, los agentes quelantes, como el ácido etilendiaminotetraacético, pueden disolverse en agua a una concentración de 5 a 10 mg / l como precaución contra la toxicidad por trazas de metales.

Existe relativamente poca información sobre la composición de micronutrientes de las especies acuícolas. Las plantas necesitan oligoelementos como hierro, manganeso, zinc y cobre. Los estudios no han demostrado que la adición de estos elementos a los fertilizantes estimule la productividad del fitoplancton. Sin embargo, muchos autores han argumentado que la fertilización con hierro puede ser útil en estanques llenos de agua salada o salobre.

(Nota del editor: este artículo se publicó originalmente en la edición de julio / agosto de 2009 de ).

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