Evaluación de la técnica de tomografía eléctrica para la estimación de propiedades fisioquímicas de residuos mineros

El objetivo principal del trabajo es estudiar la idoneidad de la técnica de “tomografía eléctrica” como herramienta de evaluación de las propiedades fisicoquímicas de residuos mineros. Desde el punto de vista práctico se trata de averiguar si existe o no influencia entre dichas propiedades y la resistividad eléctrica en este tipo de residuos. Para ello será necesario llevar a cabo la caracterización geoquímica del depósito minero, a través de análisis de laboratorio de las muestras de residuo tomadas. Esto permitirá, a su vez, establecer el grado de contaminación del depósito. Debemos evaluar también el efecto de la humedad en la resolución de la tomografía eléctrica (en adelante, TE) y, por último, estudiar la correlación entre las variables geoquímicas y geofísicas.Escuela de Ingeniería de Caminos y MinasUniversidad Politécnica de Cartagen

Assessment of metals behaviour in industrial soil using sequential extraction, multivariable analysis and a geostatistical approach

The main objectives of this studywere to evaluate the degree of Pb, Cu, Zn, Cd, Cr and Ni pollution using pollution indexes and geostatistical approach, and to assess metals dynamic using sequential extraction procedure and multivariable statistical analysis in surface soils and soil profiles froman industrial complex as a base for a correct management in order to avoid health and environmental problems. Results showed that the industrial activity increases both Pb (103 mgkg−1), Zn (526 mgkg−1) and Cu (39 mgkg−1) concentrations and salinity in soil. Pollution indexes showed that industrial soils were moderately contaminated by Zn, Pb, Cu, Cr and Ni as well as a moderate ecological risk was reported. Two main areas were identified: southeast area with the highest metal concentrations, and northwest areawith the lowest levels. Chemical speciation of metals showed that the residual phase was the dominant phase for all metals. However, Pb and Zn were highly associated to the reducible phase (25–30% and 35–40% respectively) and a significant concentration was associated to carbonates (5% for both metals). In contrast, Cu, Cr and Ni were mainly bound to the residual phase (N80% for all metals) with low concentrations retained to reducible phase, and very low concentrations bound to the most labile phases. Cd was the most mobile metal with high concentration associated to exchangeable (5%) and carbonates (15–20%) phases. Therefore, Pb, Zn and Cd represent the greatest risk for human health and the environment

Electrical resistivity tomography (ERT) and geochemical analysis dataset to delimit subsurface affected areas by livestock pig slurry ponds

The electrical resistivity tomography (ERT) technique was employed with the support of geochemical analyses to delimit the affected surface area by slurry pig ponds. Data were taken in three selected slurry ponds located in Fuente Álamo municipality, Murcia region (SE Spain), to obtain electrical resistivity value-based 2D sections and 3D blocks. All ERT-based survey data were obtained in September 2020 using a SuperSting R8 resistivity meter from Advanced Geosciences Inc. and using the dipole-dipole array consisting of a total of twenty-eight electrodes. The soil samples were taken from drilling core sampling by boreholes at each slurry pond, and physical-chemical analyses of soil samples were obtained using standard laboratory testing methods. Electrical resistivity values and physical-chemical analysis data obtained from soil samples were contrasted, whose comparison showed a correlation between profiles-based electrical resistivity, laboratory-based electrical conductivity (EC) data, and nitrate (N-NO3-) content from soil samples. The statistical analysis was run by SPSS Statistics v.23 software (IBM, Neconductivity York, NY, USA) to establish the non-parametric Spearman correlation. The dataset establishes a reliable methodology and provides insight and information to delimit the affected subsurface area by pig slurry. Data contained within this publication are presented concurrently with Capa-Camacho et al. 2022 [1].This work was supported by the research grant 21583/FPI/21. Fundación Séneca. Región de Murcia (Spain), and the Sustainable Use, Management, and Reclamation of Soil and Water research group

Concentración, distribución y procedencia de metales y metaloides suelos bajo diferentes sistemas de cultivo

El objetivo de este estudio fue evaluar la influencia de cuatro tipos de cultivo en la acumulación y especiación de metales en suelos, e identificar su procedencia. Se tomaron 40 muestras de suelo de cereales, frutales, cítricos y hortícolas, y se analizaron Cd, Co, Cr, Cu, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, As y su especiación química. Los resultados mostraron que los suelos de cítricos y hortícolas estaban enriquecidos con Pb y Cd, los de cereales con Pb y los de frutales con Zn, destacando que todos estaban enriquecidos con Cu, especialmente los suelos de cítricos. Los suelos de cereales tienen un mayor riesgo debido a la alta movilidad de Cd, mientras que en los de hortícolas el mayor riesgo fue causado por la movilidad de Pb. En los suelos de cereales, Pb, Cu y Cd tenían origen antrópico, mientras que el resto tenía un origen geológico. En cítricos, Cd, Pb, Zn y Cu tenían un origen antropogénico, y el resto geogénico. En cítricos, As, Pb, Zn, Cu, Mn y Cd tenían un origen antropogénico mientras que Fe y Cr tenían un origen geogénico. Los suelos hortícolas, Cu, Mn, Pb, and Zn tendrían un origen antropogénico mientras que el resto tendrían un origen geogénico. Por lo tanto, se puede concluir que la producción agrícola intensiva enriquece los suelos por metales de acuerdo con el tipo de cultivo.La realización de este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Fundación Séneca de la Comunidad Autónoma de Murcia mediante el proyecto (15380 / PI / 10)

Bio-monitoring of metal(loid)s pollution in dry riverbeds affected by mining activity

The aim of this study was to evaluate the most abundant native plants that could be used as a bio-monitor of metal(loid) concentration in dry riverbeds affected by mining activities. Three plants species and their respective rhizospheric soils were sampled from the El Beal (Piptatherum miliaceum, 15 samples), La Carrasquilla (Foeniculum vulgare, 10 samples), and Ponce (Dittrichia viscosa, 12 samples) dry riverbeds from the mining district of Cartegena-La Unión (SE Spain). There is scanty bibliography of the capacity of these species to be used as bio-monitors in the dry riverbeds. Plants categorized as a bio-monitor were established according to the bioaccumulation factor (BF), mobility ratio (MR), and linear correlations between metal(loid) concentrations in plants tissues (root or stem)-rhizospheric soils. The rhizospheric soils were highly contaminated for As, Cd, Pb, and Zn (Cf ≥ 6), and moderately contaminated for Mn (1 ≤ Cf < 3). Piptatherum miliaceum presented on Cd similar mean concentrations on rhizospheric soil and root, BF = 1.07, with a strong correlation soil–root (r = 0.61, p = 0.02). Therefore, of the three species with the capacity to grow in the area, Piptatherum miliaceum showed characteristics to be considered as a bio-monitor for Cd, with a BF > 1, and a positive–significant correlation between the rhizospheric soil and roots.This research (Proyecto PID2019-110311RB-C22) received funding from MCIN/AEI/10.13039/ 501100011033

Spatial distribution and pollution evaluation in dry riverbeds afected by mine tailings

The objective of this study was to evaluate the level of pollution, sources and potential risk of heavy metals (Zn, Cu, Mn, Cd, Cr, Ni, Fe and Pb) and arsenic (As) in four dry riverbeds afected by mine tailing, which drain into one of the biggest coastal lagoon of Europe (Mar Menor). El Beal, La Carrasquilla, Las Matildes and Ponce dry riverbeds sediments were sampled along its course (20, 18, 13, 19 samples were collected, respectively), and total/ soluble metal(loid)s, water soluble ions, nitrogen, and organic/inorganic carbon contents were analyzed. Spatial distribution, principal component analysis (PCA), hierarchical cluster analysis (HCA), contamination factor (Cf), pollution load index (PLI) and potential ecological risk index (RI) were used to identify the possible sources of metal(loid)s and to assess the sediment pollution status. The results showed that the mean total concentrations of As, Cu, Cd, Mn, Zn and Pb exceeded the natural background levels of the study area, with the highest values located close to the mining areas. Correlation and cluster analysis identifed that Cd and Zn were associated mainly with anthropogenic activities for all riverbeds, while Cr and Ni come from parent. PLI graded the four riverbeds as contaminated by heavy metals, while RI manifested that 100% of samples located in El Beal, La Carrasquilla and Las Matildes had a signifcantly high ecological risk. Therefore, this study suggests that mine wastes are the main source of metal(loids) contamination in the dry riverbeds, which results can be used to design actions and measures to reduce the environmental impact of metal(loid)s in the Mar Menor coastal lagoon

Environmental and health risk assessment of metals in different land uses

[SPA] La determinación del riesgo derivado de la presencia de metales en suelo se basa en el uso de métodos analíticos tanto clásicos como avanzados, tales como la especiación fisicoquímica de metales o el microanálisis de partículas, además necesita un adecuado tratamiento estadístico de los datos obtenidos siendo el más empleado el análisis multivariable. Esta combinación de herramientas analíticas y estadísticas es lo que nos permite alcanzar conclusiones objetivas para una investigación en este contexto. Sin embargo, el impacto generado por los metales sobre la salud y los ecosistemas variará en función del origen del metal, el uso del suelo y las propiedades fisicoquímicas del suelo. Por ello, y con el fin de estudiar el impacto ocasionado por los metales y metaloides en los suelos de la Región de Murcia se han propuesto para el desarrollo de esta tesis cuatro escenarios de estudio: urbano, industrial, minero y agrícola. El primer escenario de estudio es el urbano debido a que presenta mayor volumen de población expuesta. Los objetivos de estudio dentro de este escenario han sido evaluar la variación en la densidad de población como factor clave en la contaminación por metales, comparar la eficacia de suelo y polvo sedimentado como indicadores de la contaminación por metales y evaluar el riesgo derivado de la exposición a los metales presentes en polvo y suelo. Los resultados han permitido concluir que la densidad poblacional solo es un factor a tener en cuenta en grandes núcleos de población y que además favorece la acumulación de metales en el polvo sedimentado. Además la mayor acumulación de metales en las partículas más finas del polvo sedimentado y los valores de riesgo más altos encontrados para el polvo hacen del mismo un peligro potencial para la salud humana que debe ser atendido en futuros planes de seguimiento y control. En el escenario industrial se han comparado tres tipos de industrias: sector servicios, petroquímica y de curtido de pieles. El objetivo en este caso ha sido averiguar el impacto de cada una de ellas en la contaminación de los suelos por metales y el riesgo derivado para la salud humana, así como comparar la eficacia de suelo y polvo sedimentado como indicadores de la contaminación por metales. Los resultados resaltan de nuevo la mayor capacidad del polvo sedimentado para acumular metales, mientras que el tipo de actividad industrial es la que condiciona qué metal se encuentra en mayor concentración y su comportamiento. Además se ha comprobado que la actividad industrial es un factor relevante en la movilidad y disponibilidad de los metales con lo que el conocer el comportamiento de cada uno de ellos en cada actividad específica es fundamental para elaborar planes de prevención y control. Para el escenario minero se han seleccionado dos distritos mineros, Cartagena-La Unión y Mazarrón que incluyen los usos natural (suelo y planta), urbano, agrícola (suelo y planta) y minero. Los resultados sugieren que tanto el suelo como el polvo de ambos nucleos de población están enriquecidos en metales que provienen de la erosión de los residuos mineros con el consiguiente riesgo para la salud humana. Además este enriquecimiento también se ha encontrado en los suelos agrícolas y naturales cercanos a los depósitos, hallándose concentraciones de metales en granos de cebada superiores a los permitidos para el consumo humano. Así mismo, se ha estudiado el comportamiento de los metales en una planta endémica de ambos distritos mineros, Ballota hirsuta, también conocida como Marrubio, para evaluar tanto su peligro potencial para la fauna salvaje como su posible uso en labores de fitorremediación. Finalmente, en el escenario agrícola este estudio ha pretendido determinar qué manejo de cultivo aporta mayor cantidad de metales al suelo así como el efecto de dicho manejo en el comportamiento de los metales. Los resultados obtenidos permiten concluir que las prácticas agrícolas en estos tipos de cultivos enriquecen el suelo en Cd, Cu, Pb y Zn siendo el manejo de los cítricos el que más contribuye a la contaminación de los suelos.[ENG] Risk assessment of metals in soil must be based on both, classical and advanced analytical determinations, such as chemical and physical speciation of metals, microanalysis of particles etc., and a deep statistical treatment of the data, using multivariable analysis among others, combining these analytical and statistical tools objective conclusions can be reached. However, the metals impact on health and ecosystems vary with the source of metal, the land use and the soil physic-chemical properties. Therefore, in order to evaluate the impact of metals and metalloids in soils from Murcia Province, four land uses have been studied in this thesis: urban, industrial, mine and agriculture areas. Urban areas were the first studied, this was because of the wide amount of people exposed to toxic elements. The objectives of this study were: to assess the population density as a key factor on the metal accumulation, to compare the efficiency of soil and road dust as metal pollution indicator and to develop a health risk assessment derived to the exposure of metals in soil and road dust. Results showed that population density is just a key factor in highly populated settlements, and that the metals are manly accumulated in road dust. In addition, the accumulation of metals in fine particles and the high risk levels found for road dust make it potentially hazardous for human health, being necessary the development of monitoring and control plans in urban areas. In the industrial area, three types of industrial activities have been compared: services, petrochemical and tannery industries. The goals on this study were: to elucidate the impact of each type of activity on soil pollution and human risk; and to compare the efficiency of soil and road dust as pollution indicators. Results highlight the larger ability of road dust as sink of metals in industrial areas while the type of industrial activity influences the concentration and behaviour of metals. In addition, the industrial activity has been proven as a key factor in the mobility and bioavailability of metals; hence understand the behaviour of each metal within each activity is crucial to develop preventive and monitoring plans. In the mine area, two mining district were selected, Cartagena-La Unión and Mazarrón, which included natural (soil and plants), urban, agricultural (soil and plants) and mine uses. Results suggested that both soil and road dusts of the towns (La Unión and Mazarrón) are enriched on metals from the mine wastes with the consequent risk for the human health. In addition, this enrichment was found in agriculture and natural soils near to mining ponds. High amount of metals was found in barley grains overreaching permissible levels four human feed. Furthermore, the behaviour of metals in an endemic plant, Ballota hirsuta, was studied in order to assess the potential risk for the wildlife and its potential use in phytoremediation. Finally, in the agriculture area, the main objective was to establish which type of crop managements adds more metals to the soils, and the effect of this management in the behaviour of metals. Results obtained suggested that the management of all these crops enrich soils in Cd, Cu, Pb and Zn being the citric management who adds the higher concentration of metals to the soil.Esta tesis doctoral ha sido ejecutada en el marco del proyecto “Monitorización ambiental de metales pesados en suelos y sedimentos afectados por diversas actividades antrópicas en la región de murcia: analisis de riesgos para la población y los ecosistemas” financiado por la Fundación Séneca. Agencia de ciencia y tecnología de la Región de Murcia (Referecia: 15380/PI/10).Escuela Internacional de DoctoradoUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Medio Ambiente y Minería sostenibl