Geoquímica y procesos de intercambio de fosfatos en la interfaz sedimento/agua en el río Reconquista y el arroyo Las Catonas

Abstract

El río Reconquista, junto con sus afluentes, tales como el arroyo Las Catonas, constituyen algunos de los cursos hídricos más contaminados del país, producto de la actividad antropogénica generada por residuos urbanos, industriales y agropecuarios. Se caracterizaron las aguas superficiales y sedimentos de los mencionados cursos de agua, a fin de estudiar la geoquímica y los procesos de intercambio del fósforo en la interfaz sedimento/agua. La caracterización de las aguas superficiales abarcó la determinación de parámetros fisicoquímicos in situ, tales como temperatura, conductividad eléctrica, pH, oxígeno disuelto y turbidez. Además, se determinaron la alcalinidad, dureza, demanda química de oxígeno, nutrientes, iones conservativos mayoritarios y elementos traza. Se analizaron las variaciones estacionales y espaciales de todos los parámetros determinados. Algunos de los parámetros fisicoquímicos estudiados brindaron indicios de la contaminación de estos cursos de agua. Los niveles de oxígeno disuelto fueron decrecientes aguas abajo, llegando a valores significativamente bajos, que resultaron incluso menores a los reportados previamente en la zona. Asimismo, la demanda química de oxígeno registró valores mayores a los descriptos en literatura, sugiriendo la contaminación de estos ríos por descargas de origen cloacal e industrial. Por otra parte, se determinaron valores de oligoelementos que, en muchos casos, superaron los valores máximos permitidos por la legislación argentina. En resumen, los análisis fisicoquímicos corroboraron el grado de contaminación de la cuenca media del río Reconquista, mostrando el gran deterioro de la calidad de sus aguas, con parámetros que alcanzan valores alarmantes y superiores a los máximos permitidos. La caracterización de los sedimentos se realizó a partir de sedimentos extraidos del lecho de ambos cursos de agua y sedimentos aflorantes de las barrancas del río Reconquista (Formaciones Luján, La Postrera y La Plata). El análisis de la composición mineralógica determinó la presencia principal de cuarzo, feldespato, illita y calcita, mientras que en la fracción de tamaño arcilla se determinaron illita, esmectita, interestratificados de illita/esmectita y caolinita. La determinación de elementos mayoritarios como Ti, Fe, Ca, K, S y Mn mostraron una similitud entre los sedimentos del lecho del río Reconquista y los sedimentos Pleistocenos Holoceno de la Fm. Luján, mientras que en el arroyo Las Catonas se encontraron correspondencias con los sedimentos de las Fm. La Postrera y la secuencia Luján Rojo de la Fm. Luján. Además, se realizó la extracción de aguas intersticiales y se determinó la composición de algunos oligoelementos, encontrándose niveles particularmente altos de Cr y Cu. El contenido y el fraccionamiento de fósforo fue determinado tanto en aguas superficiales como en sedimentos. En muestras de agua, se encontró que la principal contribución de fósforo es como ortofosfato disuelto, encontrándose una mayor proporción de fosfatos disueltos en el río Reconquista que en el arroyo Las Catonas, la cual se asoció a un incremento del aporte de P por fuentes antropogénicas externas. Por su parte, el análisis de fósforo en sedimentos mostró que la fracción de fósforo inorgánico se encuentra mayoritariamente unido a (hidro-)óxidos de hierro en los sedimentos del lecho, y unido a calcio en los sedimentos aflorantes de las distintas formaciones. Por último, una fracción superficial de sedimentos fue utilizada para ensayos de adsorción de fósforo, en dónde se analizó el efecto de la concentración, la carga superficial y la variación del pH. Los parámetros termodinámicos estudiados ajustaron adecuadamente al modelo de Langmuir. Estos análisis permitieron concluir que la adsorción de fósforo está determinada esencialmente por la estabilidad de los complejos de ortofosfatos en la superficie de los sedimentos.

The Reconquista stream, together with its tributaries like the Las Catonas Stream, are between the most polluted water courses of Argentina, because of the anthropogenic urban, industrial and agricultural waste disposal. The surficial waters and sediments of the Reconquista River and Las Catonas Stream were characterized in order to study the geochemistry and exchange processes of phosphorous at the sediment/water interface. The physicochemical parameters, such as temperature, electrical conductivity, pH, dissolved oxygen and turbidity. In addition, alkalinity, hardness, chemical oxygen demand, nutrients, major conservative ions and trace elements were determined. Seasonal and spatial variations were analyzed for all the determined parameters. These analyses confirmed the deterioration of the water quality and the high level of pollution of the medium-low Reconquista basin, with parameters reaching values higher than those allowed by the argentine regulations. Dissolved oxygen levels decreased downstream, reaching significantly low values that were even lower than those previously reported for the area. In addition, the chemical oxygen demand presented higher values than the ones reported in literature, suggesting the pollution of these rivers by industrial effluents and sewage discharges. Furthermore, the values of trace elements concentrations were, in numerous cases, higher than the maximum allowed levels according to the Argentinean regulations. Taking these results into account, the physicochemical analyses confirmed the grade of pollution of the Middle Reconquista River Basin, showing the degree of deterioration of the water quality, with parameters reaching alarming values, higher than the levels allowed. The characterization of the sediments was performed on bed sediments extracted extracted from both water courses, and olso on outcrop sediments from Reconquista River (Formations Luján, La Postrera and La Plata). Quartz, feldspar, illite and calcite are the main minerals found in the bulk rocks analysis, whereas the clay fraction is composed of illite, smectite, illite/smectite mixed layer minerals and kaolinite. The determination of major elements such as Ti, Fe, Ca, K, S and Mn showed a correspondence between the bed sediments of Reconquista River and the PleistoceneHolocene sediments of Luján Formation, while the bed sediments from Las Catonas Stream correlated well with the sediments form La Postrera Formation and Luján Rojo sequence form Luján Formation. Furthermore, the extraction of interstitial waters revealed particularly high levels of Cr and Cu. The content and fractioning of phosphorus were determined both in surficial waters as well as in sediments. In water samples, the main phosphorous contribution is dissolved orthophosphate, whereas inorganic phosphorus is mainly bound to iron (hydr- )oxides in sediments. The higher level of phosphorus bound to iron (hydr-)oxides found in Reconquista River sediments was attributed to an increase in phosphorus input by anthropogenic sources. On the other hand, phosphorus was mainly to Ca in outcrop sediments from the different formations. Adsorption studies in the surficial fraction of sediments analyzed the effect of concentration, surficial charge and pH variations. The thermodynamic parameters fit the Langmuir model. Phosphorus adsorption is mainly determined by the stability of orthophosphate complexed at the sediment surface.