Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 9 (3): e491. Julio-Septiembre, 2026. https://doi.org/10.37636/recit.v9n3e491
ISSN: 2594-1925
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Artículo de investigación
Remoción de arsénico y fluoruro del agua mediante filtros con arena,
hierro y destilación solar
Removal of arsenic and fluoride from water using sand filters, iron and solar
distillation
Juan Carlos Burillo Montúfar1, Antonio Cardona Benavides2, Gilberto Wenglas Lara1, Jorge
Márquez Balderrama1
1Universidad Autonoma de Chihuahua, Av. Escorza No. 900, Zona Centro. Chihuahua, Chihuahua,
México México.
2Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, Zona Centro, C.P. 78000, San Luis
Potosí, San Luis Potosi, México.
Autor de correspondencia: Juan Carlos Burillo Montúfar, Universidad Autonoma de Chihuahua, Av. Escorza No. 900, Zona Centro.
Chihuahua, Chihuahua, México México. E-mail: jburillo@uach.mx. ORCID: 0000-0002-2539-9615.
Recibido: 28 de abril 2026 Aceptado: 30 de Junio del 2026 Publicado: 30 de Julio del 2026
Resumen.- Los prototipos para potabilizar agua son una opción económica y ambiental viable al alcance de una
vivienda o sectores urbanos. Esta propuesta se alinea con el derecho humano al agua establecido por la ONU y
los Objetivos de Desarrollo Sostenible 6 y 11 de la Agenda 2030. El objetivo del presente estudio es evaluar la
eficiencia de tres prototipos para la remoción de arsénico (As) y fluoruro (F) del agua en una comunidad del Estado
de Chihuahua. Se hizo la propuesta de diseño, construcción y operación de dos filtros de arenas con clavos de
hierro y un destilador solar. Las concentraciones de As (0.0307–0.4527 mg/L) y F (2.32–8.75 mg/L) registradas
en el acuífero Meoqui-Delicias son comparables con las del pozo San José de la comunidad La Regina, donde la
concentración máxima de As fue de 0.324 mg/L y de F de 33.39 mg/L. Con el filtro casero se alcanzó hasta 96%
de remoción de As y 95% de F; para el filtro comunitario, la eficiencia conjunta de As y F fue de más del 72%, y
el destilador solar de más del 88%. La eficiencia dependió de la cantidad y tamaño de los clavos, tiempos de filtrado
y tipo de arena. El filtro casero en la prueba 2 alcanzó un valor de As (0.009 mg/L), y el destilador solar en la
prueba 17 As y F (0.002 y 0.86 mg/L), respectivamente; sin embargo, el agua tratada aún no es potable. El reto
actual es involucrar a las comunidades para adaptar y operar estos sistemas.
Palabras clave: Filtros; Remoción; Arsénico; Fluoruro; Agua; Destilación solar.
Abstract.- Prototypes for purifying water are a viable economic and environmental option accessible to households
and urban areas. This proposal aligns with the human right to water established by the UN and Sustainable
Development Goals 6 and 11 of the 2030 Agenda. The objective of this study is to evaluate the efficiency of three
prototypes for removing arsenic (As) and fluoride (F) from water in a community in the state of Chihuahua. A
proposal was developed for the design, construction, and operation of two sand filters with iron nails and a solar
distiller. The As concentrations (0.0307–0.4527 mg/L) and F (2.32–8.75 mg/L) recorded in the Meoqui-Delicias
aquifer are comparable to those in the San José well in the community of La Regina, where the maximum
concentration of As was 0.324 mg/L and that of F was 33.39 mg/L. The homemade filter achieved up to 96% removal
of As and 95% removal of F; for the community filter, the combined removal efficiency for As and F was over 72%,
and for the solar distiller, over 88%. Efficiency depended on the number and size of the nails, filtration times, and
type of sand. The homemade filter in Test 2 achieved an As concentration of 0.009 mg/L, and the solar distiller in
Test 17 achieved As and F concentrations of 0.002 and 0.86 mg/L, respectively; however, the treated water is still
not potable. The current challenge is to engage communities in adapting and operating these systems.
Keywords: Filters; Removal; Arsenic; Fluoride; Water; Solar distillation.
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1. Introducción
Resulta viable la potabilización del agua a nivel doméstico mediante sistemas de bajo costo y materiales
asequibles de reducido impacto ambiental. Estas soluciones deben suministrar volúmenes adecuados para
satisfacer las necesidades de la comunidad, ser económicamente accesibles, de rápida construcción y
operación sencilla. Para ello, es necesario evaluar la tecnología disponible en términos de materiales
(arena, grava, membranas), equipos (filtros, destiladores, aireadores, electroquímicos) y el
aprovechamiento de energía de bajo costo (solar o eléctrica). Se debe considerar el ensamblaje de estos
dispositivos utilizando agua original, asegurando que la calidad del agua sea verificable y sostenible en el
tiempo.
Un sistema de potabilización con enfoque comunitario tiene como propósito desarrollar un proyecto de
filtración que remueva eficazmente contaminantes como arsénico, fluoruro, plomo, fierro, manganeso. La
viabilidad del sistema se incrementa al emplear materiales locales y mantener un bajo consumo energético.
Sus ejes fundamentales incluyen los contaminantes a remover, la selección de medios filtrantes y
capacitación técnica para la operación y mantenimiento.
La integración social implica que la ciudadanía participe en el diseño, construcción y operación del sistema
en viviendas o escuelas, proceso fortalecido por programas educativos y sanitarios. Se busca que estos
sistemas cumplan con los estándares de calidad, reduzcan los riesgos epidemiológicos y fomenten el
empoderamiento comunitario. Finalmente, la propuesta debe ser sostenible y escalable, que integre otros
proyectos como cosecha de agua y recarga de acuíferos, asegurando una disposición segura de residuos y
alineándose con el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 (ODS 6): Agua limpia y saneamiento [1].
Existen diversas técnicas para remover arsénico y fluoruro del agua subterránea, tales como la
precipitación, coagulación/filtración, adsorción, intercambio iónico, tratamiento con cal, oxidación y
filtración por membranas. El objetivo común es la transformación de As (III) a As(V), para después
adsorberlo o precipitarlo.
En ambientes reductores, se requiere la aireación del agua para la oxidación de Fe (II) y la consecuente
precipitación del As (III), seguida de una filtración en medio granular más un filtro de ósmosis inversa
para completar la remoción del As (III)[2]. El uso de caliza local representa una alternativa de tratamiento
sostenible para remover arsénico del agua subterránea en Guanajuato e Hidalgo, México. Pruebas en lote
y columna utilizando agua natural de pozos profundos y sintética demostraron que, con un tamaño de
partícula inferior a 0.062 mm de caliza, puede remover hasta 1.29 mg/L de As [3].
Por otra parte, los materiales naturales como cáscaras de plátano, yuca, coco y nuez han demostrado ser
efectivos para remover metales pesados como As, Zn, Cd, Hg, Cu y Pb en sistemas caseros [4]. En el
contexto local de Chihuahua, [5] sintetizaron hidrocarbón (hydrochar) a partir de bagazo de sotol para
remediación simultánea de arsénico y fluoruro en agua subterránea. De igual forma, [6] reportó la
remoción de As y F mediante un compósito de biocarbón-fosfoyeso derivado de granos de destilería,
alcanzando capacidades de 140.40 mg/g y 196.09 mg/g, respectivamente, manteniendo una eficiencia de
75.23% tras cinco ciclos de desorción.
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En este ámbito, [7] realizó una revisión exhaustiva de las tecnologías de mitigación en Bangladesh,
mientras que [8] desarrollaron un proyecto de remediación de un sitio contaminado con arsénico en agua
subterránea. Mediante pruebas en columnas, se logró inmovilizar As (III) mediante la síntesis in situ de
sulfuro ferroso (FeS) obtenido a partir de la reacción entre las soluciones de sulfato ferroso (FeSO4) y
sulfuro de sodio (Na2S). Mediante este proceso, la concentración de arsénico disminuyó de 2000 µg/L a
10 µg/L, cumpliendo con el estándar de calidad de la Organización Mundial de la Salud (OMS) [9].
Se evaluó la capacidad de dos materiales de trimesato de hierro (Basolite F-300 y Fe-BTC MOF) para
remover arsénico. En cuanto al uso de carbón activado, se probó la remoción de As (V) empleando óxido
de hierro cubierto con carbón activado puro (CAP) y granular (CAG). La máxima capacidad de adsorción
se obtuvo a pH 5.5, con una dosis de 5 g/L y un tiempo de contacto de 16 h [10].
A nivel nacional, se ha investigado el origen del arsénico y del fluoruro en el agua y su riesgo asociado en
estados como: Zacatecas [11]; [12], Guanajuato[13], la región de Guanajuato-Hidalgo [3] y Chihuahua
[9] [14] y a nivel mundial en países como: Etiopía [15], Bolivia[16], Bangladesh [17], India [18], [19];
[20]; [21]; [22], Argentina [23] [24], Brasil [25], Indonesia [26], Pakistán [27], [28][29] [30], [31]. y
Estados Unidos [32]; en la mayoría de estos casos, los pozos de extracción se localizan en acuíferos
compuestos por depósitos aluviales derivados de rocas volcánicas (riolitas y vidrio volcánico), así como
en rocas sedimentarias y metamórficas, o en presencia de óxidos de hierro y arcillas.
La solución convencional para reducir el riesgo por consumo de agua con As y F ha sido la dilución con
fuentes no contaminadas o el empleo de tecnologías con base en dispositivos de ósmosis inversa [14]. Sin
embargo, la implementación en comunidades remotas es compleja debido a los costos y los requerimientos
de operación y mantenimiento. Las nuevas propuestas incluyen la estabilización de desechos sólidos que
retuvieron arsénico, el uso de materiales filtrantes cubiertos con hierro, la atenuación natural vía barreras
reactivas de grava-hierro, compósitos de nano-Fe y nano-Mg, y sistemas de remoción integrados para la
remoción simultánea de metales pesados y fluoruros. En definitiva, el diseño de un sistema de tratamiento
sustentable requiere comprender la especiación química y los procesos redox involucrados en un contexto
hidrogeológico [33].
El objetivo del presente estudio es evaluar la eficiencia de tres prototipos para la remoción de arsénico y
fluoruro en una comunidad del Estado de Chihuahua. Hacer la propuesta de diseño, construcción y
operación de prototipos, comparar su eficiencia de remoción, costo y cumplimiento normativo.
2. Materiales y métodos
2.1. Caracterización del área de estudio
Se consultaron los reportes de calidad del agua ante las autoridades locales de Julimes con el fin de
identificar el pozo con los niveles más críticos de arsénico y fluoruro. Los registros analizados
corresponden al año 2021, por ser los más recientes disponibles. Se monitoreó la calidad del agua en la
fuente principal, el pozo “La Regina”, mediante mediciones in situ con una sonda multiparamétrica marca
YSI y la toma de muestras para análisis fisicoquímico de laboratorio (Figura 1). El análisis fisicoquímico
incluyó la determinación de pH, alcalinidad, calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), potasio (K), hierro
(Fe), bicarbonatos (HCO3), sulfatos (SO4), nitratos (NO3), cloruros (Cl) y demanda química de oxígeno
(DQO). La cuantificación de los fluoruros se realizó mediante el método de electrodo de ion selectivo
(ISE), mientras que el arsénico se determinó por espectroscopía de absorción atómica, de acuerdo con la
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norma NMX-AA-051-SCFI-2016. Todos los procedimientos analíticos se fundamentaron en el marco
normativo vigente (NOM-0140SSA, NMX-AA-0740SCFI-2014, NMX-AA-082-SCFI-200, NMX-AA-073-
SCFI-2001, NMX-AA-077.
Figura 1. Localización del área de estudio (acuífero Meoqui-Delicias).
2.2. Diseño y construcción de los prototipos
Para el diseño y construcción de los prototipos se recolectaron materiales locales (sedimentos, grava y
arena), los cuales fueron lavados, secados y caracterizados mediante análisis mineralógicos y
granulométricos. Así mismo, se estimaron los costos de materiales, ensamblaje e instalación. Finalmente,
se llevaron a cabo las pruebas de tratabilidad empleando agua real de los pozos “La Regina” y “Julimes”,
así como del arroyo Julimes, para determinar la eficiencia de remoción. Los resultados se contrastaron
con la NOM-127-2021[34], la cual establece como límites máximos permisibles 0.01 mg/L para arsénico
y 1.0 mg/L para fluoruro, siendo de observancia obligatoria en el territorio nacional.
El material sedimentario utilizado para la construcción de los filtros se obtuvo de muestras recolectadas
en Julimes, Jiménez y Samalayuca que corresponden a los filtros 1, 2 y 3, respectivamente. En la tabla 1
se detallan las coordenadas geográficas de cada punto de muestreo.
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Tabla 1. Localización del material sedimentario de los filtros.
Material
Localidad
Coordenadas Este
Coordenadas Norte
Arena Filtro 1
Julimes
462318.00 m E
3143389.00m N
Grava Filtro 1
Julimes
461560.00 m E
3143697.00m N
Arena Filtro 2
Jiménez
509882.06 m E
3004066.04m N
Grava Filtro 2
Jiménez
509882.06 m E
3004066.04m N
Arena Filtro 3
Samalayuca
365124.83 m E
3457357.71m N
Grava Filtro 3
Samalayuca
349265.00 m E
3452487.00m N
Como material filtrante se seleccionó arena proveniente del lecho del río Florido, afluente del río Conchos,
cuyo cauce atraviesa la ciudad de Jiménez, Chihuahua. El sitio de extracción se localiza a la altura del
ejido Héroes de la Revolución, una comunidad rural perteneciente a dicho municipio. En la Figura 2 se
presenta un croquis detallado con la ubicación geográfica exacta del punto de muestreo. En sitio se
recolectaron aproximadamente 60 kg de grava de río con una granulometría de entre ½’’ y ¾’’. Se
obtuvieron cerca de 40 kg de arena fina, depositada naturalmente por la corriente del río.
Figura 2. Localización del punto de extracción del material filtrante. Coordenadas geográficas: Lat. 27.159277°, Long. -
104.900142°.
Las muestras de suelo fueron clasificadas según sus granulometrías; para las gravas se emplearon tamices
desde la malla 1 ½’’ hasta la No. 4, mientras que para las arenas se utilizaron de la malla No. 4 a la No.
200. Mediante el cribado se eliminaron sedimentos finos (limos y arcillas), los cuales podrían aportar
arsénico al agua. Para el lavado final de la grava se utilizó una malla No. 8 de acero galvanizado (2.75
mm) y, para la arena, una malla No. 60 (0.250 mm). El lavado se realizó con un flujo abundante de agua
potable de red y, finalmente, el material se expuso al sol para su secado sobre costales de lona o de tela
ixtle durante aproximadamente una hora. Una pequeña fracción del material fue analizada bajo el
microscopio o lupa. Las imágenes se presentan en las figuras 3, 4 y 5.
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Figura 3. A) Grano de sedimento de Julimes. B) Jiménez C) Samalayuca.
Figura 4. A) Fragmentos sedimentarios de Julimes. B) arena del río Florido, Jiménez; C) arena de Samalayuca.
Figura 5. A) Grava de Julimes. B) Fragmentos de roca de Jiménez. C) Fragmentos de roca de Samalayuca.
El análisis granulométrico se realizó empleando tamices desde la malla No. 4 hasta la No. 200 para la
arena, y desde 1 ½’’ hasta la No. 4 para la grava. El procedimiento se fundamentó en la Norma Mexicana
NMX-C-077-1997-ONCE, titulada: “Agregados para concreto: Análisis granulométrico: Método de
prueba”. Asimismo, se atendieron las especificaciones de las normas complementarias:
NMX-C-30-2004: “Industria de la construcción – Agregados - Muestreo”.
NMX-C-170-1997: “Industria de la construcción – Agregados - Reducción de las muestras de
agregados obtenidas en el campo al tamaño requerido para las pruebas”.
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El proceso inició con la homogenización del material, seguido del muestreo y su reducción (cuarteo) bajo
los lineamientos normativos mencionados; esto resultó en una muestra de 4.807 kg para la grava, acorde
a un tamaño máximo de agregado de ½’’, y de 531 g para la arena. Posteriormente, se hizo pasar el material
por cada una de las mallas seleccionadas y se registraron las masas retenidas en cada una mediante una
balanza.
El diseño del filtro doméstico consistió en el uso de cuatro garrafones de 19 litros dispuestos sobre soportes
metálicos. Se construyeron tres variantes de filtros. Las especificaciones técnicas de estos prototipos se
presentan en la Tabla 2 y figura 6.
Tabla 2. Materiales de construcción.
Materiales
Filtro 1
Filtro 2
Filtro 3
bote de 19 L
4 piezas
4 piezas
4 piezas
grava
20 kg
17 kg
15 kg
arena
23 kg
20 kg
22 kg
origen
Julimes
Jiménez
Samalayuca
clavos 3”
5 kg
2 kg
1 kg
tubo PVC 1/2”
2 m
2 m
2 m
válvula ½”
3 piezas
3 piezas
3 piezas
codo PVC ½”
4 piezas
4 piezas
4 piezas
tuerca unión ½”
2 piezas
2 piezas
2 piezas
filtro y portafiltro de
sedimentos
1 pieza
1 pieza
1 pieza
malla mosquitera
1.5 m
1.5 m
2 m
estructura metálica
1 pieza
1 pieza
1 pieza
regadera
2 piezas
2 piezas
2 piezas
conector de PVC ½”
macho
7 piezas
7 piezas
7 piezas
conector de PVC ½”
hembra
3 piezas
3 piezas
3 piezas
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Figura 6. Detalle constructivo de los filtros domésticos.
Para la construcción del prototipo comunitario, se utilizaron clavos de acero de 1 pulgada sin cabeza como
fuente de hierro para el sistema. Se seleccionó el menor tamaño disponible con el fin de maximizar el área
superficial específica y reducir los espacios intersticiales en el estrato filtrante. Los contenedores se
seleccionaron de acrílico de 6 mm de espesor, con dimensiones de 50 x 50 cm de base y 30 cm de altura.
La transparencia del acrílico facilita el análisis del comportamiento del flujo hídrico a través del medio
filtrante y permite monitorear visualmente el proceso de oxidación de los clavos de acero. Como método
de medición, se implementó el volumétrico, asistido por regletas verticales para medir la altura del agua
en cada módulo.
Se optó por una configuración de torre sobre una base metálica con una altura total de 2.10 metros. Para
optimizar operatividad y evitar el ascenso manual al nivel superior, el sistema se diseñó para cargarse
desde el cajón inferior (cajón 4) y bombearse al superior (cajón 1), iniciando desde ahí el flujo descendente
por gravedad. Los cajones 2 y 3 (centrales) albergan los estratos filtrantes. Para favorecer la aireación, se
instalaron cuatro regaderas en el primer nivel. Asimismo, para asegurar la remoción de las partículas
suspendidas, se integró un filtro de sedimentos con cartucho reemplazable en la tubería de descarga del
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cajón 3. La estratificación se basó en el modelo de [35], disponiendo capas de arena fina, clavos, arena
fina y grava. Se propuso instalar en la tubería de descarga del cajón 3 un filtro de sedimento, con un
cartucho reemplazable que funge como mantenimiento de este. Un boceto de la estructura del filtro se
encuentra en la figura 7.
Figura 7. Prototipo comunitario.
Los estratos utilizados para el filtro se basaron en el trabajo presentado por [35] disponiendo una capa
superior de arena fina, seguida del estrato que contiene los clavos, para posteriormente incluir otra capa
de arena fina y finalmente grava en el último estrato, cubriendo el tubo de descarga del recipiente. El
contenedor final (cajón 4) se destinó exclusivamente a arena y grava para retener los restos de óxido de
hierro suspendido. Un boceto de los estratos propuestos para los cajones de acrílico, así como el grosor de
estos, se muestra en la Figura 8.
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Figura 8. Estratos propuestos para los cajones 2 y 3 del filtro. Acotaciones en cm.
Se construyó e instaló un destilador solar en la Facultad de Ingeniería, utilizando una base de madera
contrachapada (triplay) montada sobre una estructura de lámina de acero (Figura 9). El equipo, con
dimensiones de 32 x 85 cm y capacidad de 25 L, incorpora un espejo interno para maximizar la reflexión
de la radiación solar. Para la fase experimental, se preparó una solución salina y se generó una curva de
calibración (mg/L vs. C.E.) para correlacionar la concentración de sólidos disueltos con la conductividad
eléctrica. El acondicionamiento hidráulico incluyó las etapas de llenado, destilación, condensación y
captación de agua dulce.
Figura 9. Prototipo destilador solar.
El filtro doméstico representó una inversión aproximada de $8,800, distribuidos en $6,700 para la
estructura metálica y $2,100 para la instalación hidráulica y los materiales filtrantes (incluyendo los
clavos). El prototipo genera un caudal de agua tratada de 0.17 L/min.
Por su parte, el filtro comunitario tuvo un costo total de $23,454, desglosado de la siguiente manera:
$12,504 en los contenedores de acrílico, $8,000 en la estructura de soporte y $2,950 en componentes
hidráulicos. El prototipo produce un caudal de 1.7 L/min.
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Finalmente, el destilador solar alcanzó un costo de $32,000, el cual se divide en $17,000 para insumos
(madera contrachapada, lámina, ferretería, vidrio y espejo), $12,800 por concepto de ensamblaje y $2,200
destinados al diseño y elaboración de planos. El prototipo genera un caudal de agua destilada de 0.0007
L/min.
2.3. Operación de los prototipos
Para el funcionamiento del sistema doméstico, el agua a tratar se vertió en el contenedor o bote 1 y se
transfirió al contenedor 2 mediante una válvula de paso de ½”. Una vez saturado el segundo contenedor,
se inició la alimentación del contenedor 3 mediante una regadera. El agua filtrada se recolectó finalmente
en el contenedor 4, completando así el ciclo de tratamiento. Con el fin de garantizar la obtención de agua
clarificada, se instaló un filtro de sedimentos entre los contenedores 3 y 4 (Figura 10). Se efectuaron
pruebas experimentales con tres prototipos: en el prototipo 1 el proceso se repitió cuatro veces, mientras
que en los prototipos 2 y 3 se realizaron tres ciclos.
Figura 10. Prototipo casero.
La operación del sistema comunitario consistió en un flujo secuencial, utilizando válvulas de paso en la
descarga de cada módulo para asegurar que el flujo en un nivel terminara por completo antes de iniciar el
siguiente.
Las pruebas preliminares 1 y 2 se efectuaron empleando agua del pozo “La Regina” (Julimes, Chihuahua).
Los resultados de la prueba con el prototipo comunitario se resumen en la tabla 3.
Tabla 3. Resultados de las pruebas con el prototipo comunitario.
Prueba
cajón
V
t
Q
L
S
h
altura
ke
cm3
min
cm3/min
cm
cm2
cm
hidráulica
1
2
25500
13
1961.5
13
2500
21.3
8.3
0.4377
1
3
25500
14.7
1734.69
11
2500
19.6
8.6
0.3894
2
2
21500
12.5
1720
13
2500
18.4
5.4
0.4384
2
3
21500
13.53
1589.06
11
2500
18
7
0.3884
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Se calculó el coeficiente de permeabilidad equivalente (ke) para los cajones 2 y 3 mediante la ecuación ke
= QL/sh, donde Q es el caudal, L el espesor del estrato, s el área transversal y h la diferencia de carga
hidráulica. El coeficiente fue mayor en el cajón 2 que en el 3 (0.43 > 0.38), lo que indica que la presencia
de los clavos favorece la permeabilidad en los materiales filtrantes. Las pruebas subsecuentes presentaron
variaciones tanto en los tiempos de contacto dentro del segundo cajón como en la configuración de los
ciclos de aireación.
Finalmente, para las pruebas de destilación, se vertieron 25 L de agua de pozo en el depósito del prototipo.
Los experimentos se realizaron de manera secuencial, empleando el mismo destilador para dos muestras
independientes: la primera del 28 al 30 de mayo de 2025 y la segunda del 2 al 4 de junio del mismo año.
Cada ciclo experimental tuvo una duración de tres días. Los parámetros climatológicos se consultaron a
través del portal NASA POWER. Durante este periodo, las condiciones meteorológicas registradas fueron:
humedad relativa entre el 10 y 80%, temperaturas de 15 a 35 º, velocidad del viento entre 1 y 6 m/s y una
radiación solar máxima de 4 MJ/h.
2.4. Pruebas de tratabilidad
Las pruebas de tratabilidad se realizaron con muestras de agua reales, por lo que se colectó 1 m3 de agua
del pozo “La Regina” para las pruebas de filtración y 50 litros de agua del pozo Julimes para las de
destilación. Se hicieron análisis de agua antes y después del tratamiento del agua. Para la prueba con el
destilador solar, se determinó el flujo molar del permeado, mol/min/m2. Se realizó la descripción del
material filtrante de Julimes antes y después de las pruebas de tratabilidad con el filtro casero, para lo cual
se colectaron muestras de arena, material grueso y clavos y se observaron mediante una lupa de joyero
con luz LED de 20x-21 mm. Se observa el cambio de color del material filtrante, que es gris antes de la
filtración y rojizo después de la filtración debido a la oxidación de los clavos de hierro (Figuras 11 y 12).
Figura 11. A) Material de Julimes antes de la filtración. B) Material después de la filtración.
.
Figura 1. Clavos de 1”, con adhesiones de sedimentos y óxidos.
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3. Resultados y discusión de resultados
3.1. Evaluación del área de estudio
En los pozos con registro del acuífero Meoqui-Delicias, se observó que las concentraciones de arsénico y
fluoruros exceden los límites máximos permisibles establecidos por la NOM-127-2021[34]: 0.01 mg/L
para arsénico y 1.0 mg/L para fluoruro. El rango de concentración en ambos elementos está fuera del
límite de la norma NOM-127-2021 (Tabla 4).
Tabla 4. Calidad del agua del acuífero Meoqui-Delicias en septiembre de 2021.
Pozo
Contenido en mg/L
As
F
Julimes - Unidad Deportiva
0.0767
4.16
C. Salud
0.1007
4.39
C. Esperanza
0.1194
4.38
San José, La Regina
0.4527
8.75
Humboldt
0.0698
3.12
L. Nueva
0.0512
2.57
Arenillas
0.0307
2.32
El Carrizo
0.072
3.31
rango
0.0307 – 0.4527
2.32 – 8.75
NOM-127-2021
0.010
1.0
Al evaluar la calidad del agua en el pozo San José, en la comunidad de La Regina, entre 2022 y 2023 se
identificaron valores elevados de sulfatos, un pH alcalino y un ambiente ligeramente oxidante con baja
concentración de oxígeno disuelto. Lo anterior sugiere una posible disolución de minerales,
principalmente yesos, calcita y fluorita, en un ambiente ligeramente aerobio que liberó minerales de
arsénico como la arsenopirita y la fluorita (Figura 13). El rango de concentración de arsénico fue de 0.3 a
0.5 mg/L, que es superior al límite máximo permisible de la norma de 0.01 mg/L. El rango de
concentración de fluoruro fue de 2 a 35 mg/L, por arriba del valor permisible de 1 mg/L. El rango de
concentración de sulfato fue de 450-800 mg/L, que está por arriba del valor permisible de 400 mg/L. El
rango permisible de pH es de 6.5-8.5; el rango del pH de las muestras fue de 8.1 a 8.9, que es considerado
fuera del estándar. La concentración de oxígeno (OD) y el potencial óxido-reducción (Eh) no están
regulados por la norma y se emplean para interpretar las condiciones del acuífero. El rango de
concentración de oxígeno disuelto fue de 0 a 2.3 mg/L, mientras que el rango de Eh fue de 120 a 180 mV;
la combinación de OD bajo, Eh positivo y pH alcalino es indicativa de aguas subterráneas con largo tiempo
de residencia y poca interacción reciente con la atmósfera; esta condición favoreció la presencia de las
especies de arsénico y fluoruros en el agua. Los resultados de las concentraciones de arsénico y fluoruros
son comparables con los obtenidos por [36].
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 9 (3): e491.
ISSN: 2594-1925
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Figura 13. Calidad del agua del pozo “La Regina”
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15
3.2. Evaluación del funcionamiento de los prototipos
Para el filtro de Julimes se emplearon 5 kg de clavos, para el de Jiménez 2 kg y para el de Samalayuca 1
kg (Tabla 2); como se observa en los valores resaltados en azul de la tabla 5, la cantidad de clavos mejora
la remoción de arsénico del agua [35]. Se observó que la concentración del As con 2 ciclos de filtrado fue
0.034 mg/L y la concentración de F con 1 ciclo de filtrado fue 1.98 mg/L; en forma práctica, es más
sencillo solo filtrar el agua 1 o 2 veces para potabilizarla.
Tabla 5. Calidad del agua con el prototipo casero en el pozo de Julimes (unidades de concentración en mg/L).
Pozo
Filtro 1-Julimes
Filtro 2-Jiménez
3-Samalayuca
x±µ
-
Prueba
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-
Parámetro
ciclos
3
11
2
10
1
12
2
1
2
4
-
pH
7.7
6.54
6.31
8.06
8.03
7.63
6.92
6.9
6.75
7.57
7.89
7.3±0.2
As
0.324
0.10
0.00
0.03
0.01
0.23
0.09
0.21
0.16
0.25
0.27
15 ± 0.03
F-
33.39
13.5
13.7
12.9
12.9
5.16
1.59
3.04
1.98
3.31
5.42
9.7±2.8
Alcalinidad
215
294
243
249
277
240
246
257
310
308
294
267±9
HCO3-
263
358
297
304
388
293
300
314
379
375
358
330.3±13
DQO
0
9.5
11.5
12.5
12.5
5
16.5
7
23
14
17.5
11.73 ±1.91
Cl
104.2
84.3
81.8
94.3
91.8
116
114
106
116
126
116
104.83±4.4
Ca2+
25.61
61.7
55.8
115
66.0
59.3
105
92.6
74.3
62.1
57.6
70.6 ± 7.66
Mg2+
0.62
3.94
2.99
3.67
2.68
3.07
5.45
3.59
4.08
2.15
3.64
3.26 ± 0.37
Na+
336.9
267
209
248
251
302
290
337
446
443
380
319.3±23.6
N-NO3-
1.83
7.22
6.38
7.68
5.6
4.49
12.8
3.65
6.52
5.77
4.22
6.017 ±0.85
SO42-
680.8
548
529
540
727
846
819
843
701
799.
718
705.1±36.3
Fe
<0.01
1.08
0.96
0.9
<0.1
0.17
0.12
0.22
0.44
0.2
0.8
0.15 ± 0.12
La remoción de As y F está controlada por la competencia de los iones por los sitios activos de los
materiales adsorbentes; como los iones arseniatos y fluoruros tienen carga negativa, compiten con los
bicarbonatos, sulfatos y nitratos del agua. Una interacción agua-clavos por días inicia un proceso de
desorción de arsénico y fluoruro, lo que la aleja del límite permisible deseable, por lo que la
recomendación es operar el filtro en flujo constante y vaciarlo después de su uso. La mejor remoción de
arsénico y fluoruro se obtuvo después de 10 minutos de filtrado (Tabla 6). La NOM-127-2021 establece
los siguientes límites máximos permisibles de calidad de agua potable: pH (6.5-8.5), cloruros (Cl) 250
mg/L, dureza total 500 mg/L como CaCO3, sodio (Na) 200 mg/L, nitrógeno de nitratos (N-NO3) 10 mg/L,
sulfatos (SO4) 400 mg/L e hierro (Fe) 0.30 mg/L. En el filtro comunitario se emplearon clavos de 1
pulgada, mientras que, en el filtro casero, de 3 pulgadas. La remoción aumentó con clavos de menor
longitud porque aumenta el área superficial de contacto entre el agua y el material filtrante.
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Tabla 6. Calidad del agua con el prototipo comunitario en el pozo de Julimes (unidades de concentración en mg/L).
Pozo
Prueba
No.
1
2
3
4
5
x±µ
Parámetro
ciclos
1
1
3
2
1
Duración
Tiempo*
10 min
3 días
4 días
1 día
10 min
-
pH
7.7
6.5
7.64
6.45
6.92
7.82
7.17 ± 0.25
As
0.324
0.0223
0.0869
0.0503
0.0301
0.0908
0.10 ± 0.04
F-
33.39
1.3
2.38
4.63
4.71
2.38
8.13 ± 5.08
Alcalinidad
215
778.4
425
439.6
246.4
274.4
396.5±85.4
HCO3-
263.03
949.6
519.2
536.31
300.61
334.77
484±104
DQO
0
35
12.5
8.5
16.5
2
12.42 ±5.1
Cl
104.22
29.78
76.93
74.45
114.15
94.3
82.3±12.2
Ca2+
25.61
150.8
148.8
142.5
105.2
113.6
114.4±19.4
Mg2+
0.62
9.56
7.28
7.23
5.45
5.78
6 ± 1.23
Na+
336.9
43.96
105.5
105.4
290.9
182
177.4±47.1
N-NO3-
1.83
8.67
3.35
4.43
12.83
2.11
5.54 ± 1.77
SO42-
680.79
266.2
550.7
407.66
819.7
605.35
555.1±80.3
Fe
<0.01
0.13
<0.10
<0.10
0.12
<0.10
0.09 ± 0.01
*Tiempo de contacto agua-clavos en el cajón 2.
La conductividad eléctrica del agua y arroyo en Julimes se debe a la alcalinidad de bicarbonatos, cloruros,
sulfatos, nitratos como aniones, así como a la presencia de calcio, magnesio y sodio como cationes (Tabla
7). El flujo molar del permeado de 4 x 10^-2 mol/min-m2 es comparable al obtenido por [37] con un
destilador solar de membrana empleando agua natural salada de la nación navajo en Arizona.
Tabla 7. Calidad del agua con el destilador solar en Julimes (unidades de concentración en mg/L).
Sitio
Pozo
Arroyo
x±µ
Parámetro
cruda
tratada
cruda
tratada
-
pH
7.3
4.82
7.3
6.40
6.45 ± 0.5
As
0.122
<0.001
0.123
0.002
0.06 ± 0.3
F-
10.40
1.21
13.55
0.86
6.5 ± 3.22
C.E. (µS/cm)
2470
24.40
1866
53.50
1103±627
Alcalinidad
452.6
7.80
227.5
16.90
176±105
SDT
1660
16.00
1026.67
29.33
683±403
HCO3-
452.6
7.80
227.5
16.90
176±105
Cl
209.93
0.00
69.98
1.00
70.2±49.4
SO42-
896
13.49
176
1.92
272±212
Ca2+
194.9
5.29
149.4
5.29
88.7±49.1
Mg2+
21.4
0.92
16.7
1.83
10.21±5.2
Na+
523
0.00
264.3
0.00
197±125
N-NO3-
1.94
0.80
1.11
2.40
1.56 ± 0.3
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3.3. Eficiencia de remoción y cumplimiento normativo
En cuanto a criterios sanitarios, el agua tratada no es todavía apta para consumo humano respecto a
aspectos estéticos como su sabor regulado por el sodio (Na), cuyo límite es 200 mg/L, sulfatos con un
límite de 400 mg/L y la posible presencia de incrustaciones por la dureza del agua. Las altas
concentraciones de sulfatos en las muestras de agua de este estudio (n=20) se deben a la disolución de
yeso, la alcalinidad de bicarbonatos, calcio y magnesio a disolución de calcita y dolomita, y el sodio y
cloro a la evaporación del agua (Figura 14).
Figura 14. Gráfica de intervalos para todas las muestras de agua de este estudio.
La figura 15 muestra las eficiencias de remoción (% y el cumplimiento normativo vigente de las muestras
de agua tratada (n=17) según la norma NOM-127-SSA1-2021. Para las pruebas 1 a 10 se empleó el filtro
casero con clavos de 3 pulgadas; del 11 al 15, el filtro comunitario con clavos de 1 pulgada; 16 y 17, el
destilador solar. En las pruebas 1 a 4 se utilizó la arena de Julimes con 3, 11, 2 y 10 ciclos; en las pruebas
5, 6 y 7 se empleó la arena de Jiménez con 1, 12 y 2 ciclos; en las pruebas 8, 9 y 10 se empleó la arena de
Samalayuca con 1, 2 y 4 ciclos. Las pruebas 11 y 12 se realizaron con 1 ciclo y 10 minutos de interacción
agua-clavo, la prueba 13 con 1 ciclo y 3 días, la prueba 14 con 2 ciclos y 3 días, y la prueba 15 con 3 ciclos
y 4 días. La prueba 16 se realizó con el agua del pozo Julimes, mientras que la 17 se hizo con el agua de
su arroyo cercano. La mayor eficiencia de remoción de arsénico, 96%, se obtuvo con la arena de Julimes;
la mejor remoción de fluoruro, 95%, con la arena de Jiménez y 94%, Samalayuca. Para el filtro
comunitario se obtuvieron eficiencias de remoción conjunta de arsénico y fluoruro de más del 72%,
mientras que con el destilador solar las eficiencias fueron de más del 88%. El filtro casero en la prueba 2
cumplió con el límite máximo permisible de arsénico (0.009 mg/L), y el destilador solar en la prueba 17
con los límites de arsénico y fluoruro (0.002 y 0.86 mg/L). El filtro comunitario en la prueba 11 produjo
agua tratada con valores de arsénico de 0.02 mg/L y fluoruro 1.3 mg/L que están cerca del límite máximo
permisible. El rango del arsénico del agua tratada está entre 0.001 y 0.274 mg/L, mientras que el del
fluoruro, entre 0.86 y 12.84 mg/L (Figura 15).
sulfato
nitrato
sodio
magnesio
calcio
cloruro
bicarbonato
alcalinidad
fluoruro
arsenico
700
600
500
400
300
200
100
0
mg/L
95% IC para la media
Las desviaciones estándar individuales se utilizaron para calcular los intervalos.
Gráfica de intervalos
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Figura 15. Eficiencias de remoción de arsénico y fluoruro, cumplimiento normativo según la norma NOM-121-SSA1-2021
de agua potable para consumo humano.
4. Conclusiones
Las concentraciones de arsénico As (0.0307 – 0.4527 mg/L) y fluoruro F (2.32 – 8.75 mg/L) en el acuífero
Meoqui-Delicias son comparables con las que se obtuvieron en el pozo San José de la comunidad La
Regina, en Julimes, Chihuahua, donde se obtuvieron concentraciones máximas de As de 0.324 mg/L y de
F de 33.39 mg/L; la combinación de oxígeno disuelto bajo, Eh positivo y pH alcalino es indicativa de
aguas subterráneas con largo tiempo de residencia y poca interacción reciente con la atmósfera. La
disolución de yesos, calizas, fluorita y arsenopirita favoreció la liberación de As y F al agua.
Se diseñaron, construyeron y operaron tres diferentes prototipos para remover estos contaminantes; el
filtro casero produce 0.17 L/min con un costo aproximado de $8,800, mientras que el filtro comunitario
produce 1.7 L/min con un costo de $23,454. El destilador solar tuvo un costo de $32,000 con un caudal
de destilado de 0.0007 L/min; se calculó el flujo molar del permeado de este sistema, siendo de 4 x 10-2
mol/min-m2. En todos los prototipos, se requiere de materiales asequibles en ferreterías locales.
Las pruebas de filtración se realizaron con agua real de Julimes caracterizada por su alta salinidad. La
calidad del agua indica la presencia de iones arsénico, fluoruro, sulfatos, bicarbonatos, cloruros, calcio,
sodio y magnesio. La remoción de As y F está condicionada por la competencia de estos iones por sitios
activos de los materiales filtrantes.
La eficiencia de remoción de As y F depende de las características constructivas y operativas de los
prototipos: aumenta la eficiencia con la cantidad de clavos de hierro (5 kg > 2 kg > 1 kg) porque se cuenta
con mayor material adsorbente, al disminuir la longitud de clavo (1” > 3”) porque aumenta el área
superficial del material filtrante, al reducir el número de ciclos de filtrado (1 > 2 > 11 > 12) y el tiempo
de filtrado (10 minutos > 3 días > 4 días) porque se evita la desorción del contaminante del material
filtrante; se debe revisar la aireación del agua y el acondicionamiento de la grava y arena de acuerdo a las
especificaciones del diseño. La mayor eficiencia de remoción de arsénico, 96%, se obtuvo con la arena de
Julimes; la mejor remoción de fluoruro, 95%, con la arena de Jiménez y 94%, Samalayuca. Para el filtro
comunitario se obtuvieron eficiencias de remoción conjunta de arsénico y fluoruro de más del 72%,
mientras que con el destilador solar las eficiencias fueron de más del 88%. El filtro casero en la prueba 2
cumplió con el límite máximo permisible de arsénico (0.009 mg/L), y el destilador solar en la prueba 17
con los límites de arsénico y fluoruro (0.002 y 0.86 mg/L), respectivamente.
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 9 (3): e491.
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El agua tratada no es todavía apta para consumo humano, siendo el principal reto eliminar el contenido de
sulfatos para el cumplimiento de la norma ambiental actual y la formación de sarro; se propone llevar a
las comunidades locales esta propuesta de tratamiento para que adapten un diseño propio, revisen su
funcionamiento, garanticen su operación y cumplimiento normativo.
5. Agradecimientos
Proyecto Ciencia de Frontera 377899 Fuentes geogénicas y mecanismos de movilización de arsénico y
fluoruro a los sistemas de flujo de agua subterránea en la Sierra Madre Occidental, Laboratorio de
hidráulica, Laboratorio de Ingenieria Sanitaria UACH, Autoridades locales en Julimes, Chihuahua.
6. Reconocimiento de autoría
Juan Carlos Burillo Montúfar: Conceptualización, análisis de datos, discusión, escritura y administración
del proyecto. Gilberto Wenglas Lara: Ideas, Investigación, Desarrollo experimental y Análisis de datos.
Jorge Márquez Balderrama: Revisión y edición. Antonio Cardona Benavides: Investigación y escritura.
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