¿Qué Es el Boro y De Dónde Proviene?

El boro es un elemento natural presente en rocas, suelo y agua. Ingresa a los suministros de agua principalmente a través de la meteorización de minerales que contienen boro como el bórax, la kernita y la turmalina. El agua de mar contiene aproximadamente 4,5 mg/L de boro, y las aguas subterráneas costeras pueden verse influenciadas por la intrusión de agua salada.

Las concentraciones naturales de boro en agua dulce generalmente varían de 0,01 a 1,5 mg/L, pero pueden superar los 5 mg/L en regiones con geología rica en boro, incluyendo partes de Turquía, Chile, el oeste de Estados Unidos y Oriente Medio. Las áreas volcánicas y geotérmicas frecuentemente presentan niveles elevados de boro en aguas superficiales y subterráneas.

Las fuentes antropogénicas incluyen aguas residuales industriales de la fabricación de vidrio y cerámica, producción de detergentes (el perborato de sodio se utilizó históricamente como agente blanqueador), combustión de carbón y fertilizantes y pesticidas que contienen boro. El agua desalinizada del mar, si no se trata específicamente para boro, puede contener boro por encima de las directrices para agua potable y riego.

Efectos del Boro en la Salud y la Agricultura

El boro es un micronutriente esencial para las plantas y puede tener funciones nutricionales en los humanos. Sin embargo, la exposición excesiva al boro tiene efectos adversos tanto en la salud humana como en la agricultura.

En estudios con animales, la ingesta elevada de boro se ha asociado con toxicidad reproductiva, incluyendo fertilidad reducida y efectos en el desarrollo de la descendencia. La OMS utilizó el nivel sin efecto adverso observado (NOAEL) para efectos reproductivos en ratas para derivar el valor de directriz de agua potable de 2,4 mg/L, aplicando un factor de incertidumbre para la variabilidad interespecies e intraespecies.

El impacto agrícola del boro en el agua de riego es una preocupación importante. El boro tiene un rango estrecho entre la deficiencia y la toxicidad en las plantas. Los cultivos sensibles incluyendo cítricos, frutas de hueso, uvas y frijoles pueden mostrar necrosis de la punta de las hojas, rendimiento reducido y otros síntomas de fitotoxicidad a concentraciones de boro tan bajas como 0,5-1,0 mg/L. Esto hace que el control del boro sea crítico para el riego agrícola, particularmente en regiones áridas donde el boro se concentra por evapotranspiración.

En la desalinización, el tratamiento del boro es una consideración clave de diseño. El permeado de ósmosis inversa de agua de mar generalmente requiere tratamiento adicional para cumplir con los estándares de agua potable y riego para boro.

Límites Regulatorios para el Boro en el Agua

La EPA no ha establecido un MCL para el boro. Varios estados de EE.UU., incluyendo California, tienen niveles de notificación u objetivos de salud pública para el boro en el agua potable (el nivel de notificación de California es 1,0 mg/L).

Cómo Analizar el Boro en el Agua

El boro se mide mediante análisis de laboratorio usando ICP-OES (Método EPA 200.7) o ICP-MS (Método EPA 200.8). También se utilizan los métodos colorimétricos de carmín y azometina-H. Las muestras deben recolectarse en recipientes de plástico (no de vidrio), ya que el boro puede lixiviarse del vidrio de borosilicato.

Para aplicaciones agrícolas, los niveles de boro en el suelo también deben evaluarse junto con el análisis del agua de riego para determinar la carga acumulativa de boro en los cultivos.

Métodos de Tratamiento para la Eliminación de Boro

Resina de Intercambio Iónico Selectiva para Boro

Las resinas selectivas para boro que contienen grupos funcionales de N-metilglucamina forman complejos estables con el ácido bórico y son la tecnología más efectiva para lograr bajas concentraciones de boro. Estos sistemas especializados de intercambio iónico pueden reducir el boro por debajo de 0,3 mg/L y operan efectivamente en un amplio rango de pH. La resina se regenera con ácido (generalmente ácido sulfúrico o clorhídrico) seguido de enjuague cáustico.

Ósmosis Inversa de Múltiples Pasos con Ajuste de pH

La ósmosis inversa estándar de un solo paso a pH neutro logra solo un 60-80% de rechazo de boro porque el ácido bórico no tiene carga a pH neutro. Al elevar el pH por encima de 9,2 entre el primer y segundo paso, el ácido bórico se convierte en el ion borato cargado (B(OH)4-), permitiendo tasas de rechazo superiores al 95% en el segundo paso. Este enfoque de múltiples pasos es estándar en la desalinización de agua de mar para el cumplimiento de boro.

Membranas de OI de Alto Rechazo

Los fabricantes de membranas han desarrollado elementos de ósmosis inversa con rechazo de boro que logran mayor rechazo de boro a pH neutro en comparación con las membranas estándar. Aunque estas membranas especiales no eliminan la necesidad de ajuste de pH o diseño de múltiples pasos en aplicaciones estrictas, pueden reducir la complejidad y el costo general del sistema.

Electrocoagulación

La electrocoagulación utilizando electrodos de aluminio puede coprecipitar el boro con flóculos de hidróxido de aluminio. Esta tecnología se utiliza como pretratamiento o pulido para la reducción de boro en aplicaciones de aguas residuales industriales.

Preguntas Frecuentes

¿Por qué es difícil eliminar el boro con ósmosis inversa?

A pH neutro, el boro existe principalmente como ácido bórico no disociado (B(OH)3), una molécula pequeña sin carga que atraviesa las membranas de ósmosis inversa más fácilmente que los iones cargados. La ósmosis inversa estándar de un solo paso logra solo un 60-80% de rechazo de boro a pH 7. Al elevar el pH por encima de 9,2 se convierte el ácido bórico en el ion borato cargado (B(OH)4-), que se rechaza a tasas superiores al 95%. La ósmosis inversa de múltiples pasos con ajuste de pH entre etapas es el enfoque estándar para lograr bajo contenido de boro en el permeado.

¿Cuál es el límite de boro para agua de riego?

La tolerancia al boro varía ampliamente entre las especies vegetales. Los cultivos sensibles como los cítricos, el aguacate y los frijoles pueden mostrar síntomas de toxicidad a concentraciones de boro tan bajas como 0,5 mg/L. Los cultivos moderadamente tolerantes como el trigo y el maíz toleran hasta 1,0-2,0 mg/L. La FAO recomienda un máximo de 0,7 mg/L para cultivos sensibles y señala que concentraciones superiores a 3,0 mg/L pueden dañar la mayoría de los cultivos.

¿Cuáles son los efectos del boro en el agua potable sobre la salud?

Los estudios en animales han demostrado que la ingesta elevada de boro puede afectar la salud reproductiva y el desarrollo. Basándose en estos estudios, la OMS estableció un valor de directriz de 2,4 mg/L para el boro en el agua potable. La EPA no ha establecido un MCL para el boro pero ha fijado una recomendación de salud de 6,0 mg/L para exposición a largo plazo. Algunos países, particularmente en la UE, aplican límites más estrictos de 1,0-1,5 mg/L.

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