Physicochemical and microbiological characterization of groundwater wells of a rural sector located at low altitude in the venezuelan Andes

• José Gregorio Prato-Moreno Universidad Nacional de Chimborazo. Facultad de Ingeniería. Grupo de Investigación “Clean Energy and Environment”. Riobamba-Chimborazo. Universidad de Los Andes. Facultad de Ingeniería. Área de Ingeniería Ambiental. Mérida-Mérida. http://orcid.org/0000-0001-8381-404X
• Fernando C Millán-Marrero Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”. Escuela de Ingeniería Química. Mérida-Mérida http://orcid.org/0000-0001-6829-6168
• Carly M Prada-Andrade Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”. Escuela de Ingeniería Química. Mérida-Mérida http://orcid.org/0000-0003-0728-1506
• Claudiu Tănăselia INCDO-INOE 2000 Research Institute for Analytical Instrumentation, Cluj‐Napoca http://orcid.org/0000-0001-8931-787X
• Lenis C Prado Universidad de Los Andes. Centro Interamericano de Investigaciones Ambientales y Territoriales CIDIAT-ULA. Laboratorio de Aguas y Suelos. Laboratorio de Isotopos Estables. Mérida-Mérida http://orcid.org/0000-0002-7711-0115
• María Eugenia Lucena Universidad Nacional de Chimborazo. Facultad de Ciencias de la Salud. Carrera Laboratorio Clínico. Grupo de Investigación “Análisis de Muestras Biológicas y Forenses”. Riobamba-Chimborazo http://orcid.org/0000-0001-9120-345X
• Iván Ríos-García Universidad Nacional de Chimborazo. Facultad de Ingeniería. Grupo de Investigación Clean Energy and Environment. Riobamba-Chimborazo http://orcid.org/0000-0003-0858-4365
• Luisa C González-Ramírez Universidad Nacional de Chimborazo. Facultad de Ciencias de la Salud. Carrera de Laboratorio Clínico e Histopatológico. Grupo de Investigación “Análisis de Muestras Biológicas y Forenses”. Riobamba-Chimborazo. Universidad de Los Andes. Facultad de Farmacia y Bioanálisis. Departamento de Microbiología y Parasitología. Cátedra de Parasitología. Laboratorio de Investigaciones Parasitológicas “Jesús Moreno Rangel”. Mérida-Mérida http://orcid.org/0000-0002-4431-965X

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3861081

Keywords: groundwater, chemical characterization, bacteriological analysis, parasitological analysis

Abstract

Growth in human population and anthropogenic activities has increased the rate of groundwater pollution in the world, therefore, the purpose of this study is to determine the potability of water from four underground wells in a rural area of Mérida State, through the physicochemical and microbiological characterization, to check the feasibility of its use as drinking water. The results indicate that the physicochemical parameters comply with venezuelan regulations. The waters have a wide variety of minerals, highlighting Ca, Na and Mg as majority cations and a hardness basically due to bicarbonate ions. The values of the isotopic distribution suggest the existence of two aquifers without hydraulic connections between wells. Bacteriological and parasitological analysis detects: heterotrophic bacteria, total coliforms and Pseudomonas, as well as Ascaris spp., Blastocystis sp., Giardia sp., and Eimeria sp., probably derived from the underground filtration of septic tanks and percolated from the surface through the sandy clay loam soil, microorganisms that have adapted to the physicochemical characteristics of waters. The results show that the water from three wells cannot be used for consumption without some conventional treatment as filtration and coagulation, and disinfection process

References

Piguave-Reyes JM, Castellano-González MJ, Macías-Avia AM, Vite-Solórzano FA, Ponce-Pibaque MD, Ávila-Ávila JA. Calidad microbiológica del agua subterránea como riesgo epidemiológico en la producción de enfermedad diarreica infantil. Revisión Sistemática. Kasmera [Internet]. 2019;47(2):153-73. Disponible en: https://produccioncientificaluz.org/index.php/kasmera/article/view/29868/30869 DOI: 10.5281/zenodo.3556409 EBSCO Lilacs DOAJ Google Académico

Hardoy JE, Mitlin D, Satterthwaite D. Environmental problems in an urbanizing world: Finding solutions in cities in Africa, Asia and Latin America [Internet]. 2nd edition. London: Routledge; 2013. 1-448 p. Disponible en: https://www.taylorfrancis.com/books/9781315071732 DOI: 10.4324/9781315071732 Google Académico

Anduro Jordan JA, Cantú Soto Ernesto Uriel EU, Campas Baypoli ON, López Cervantes J, Sánchez Machado DI, Félix Fuentes A. Diagnóstico de la calidad sanitaria del agua de pozo en comunidades del sur de Sonora, México. RESPYN [Internet]. 2017;16(1):1-8. Disponible en: http://respyn.uanl.mx/index.php/respyn/article/view/24/306 DOI: 10.29105/respyn16.1-1

Méndez Vergara E, Contreras Miranda W, Rivero Ballestero JC, Monsalve M, Segundo Contreras Á, Carballo K, et al. Plan Municipal de Desarrollo 2014-2018 del Municipio Alberto Adriani. Visión Compartida y Acciones Propositivas a Corto, Mediano y Largo Plazo. Ecodiseño & Sostenibilidad [Internet]. 2016;6(1):34-279. Disponible en: http://erevistas.saber.ula.ve/index.php/ecodiseno/article/view/7917/7859

Ministerio de Sanidad y Asistencia Social. Normas Sanitarias de Calidad del Agua Potable [Internet]. Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 36395, SG-018-98 Caracas, Venezuela; feb 11, 1998 p. 1-7. Disponible en: http://www.safeintl.com/descargas/NORMAS-SANITARIAS-DE-CALIDAD-DEL-AGUA-POTABLE.pdf

Eaton AD, American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation. Standard methods for the examination of water and wastewater. 21st ed. Washington, D.C. USA: APHA-AWWA-WEF; 2005.

Jaramillo D. Introducción a la ciencia del suelo [Internet]. Medellin, Colombia: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias; 2002. 163-172 p. Disponible en: http://www.bdigital.unal.edu.co/2242/1/70060838.2002.pdf Google Académico

Association of Official Agricultural Chemists (AOAC). Official Methods of Analysis. 17th ed. AOAC International. 17th ed. Washington. D.C. USA: Association of Official Analytical Chemists; 2000.

Ayres R, Duncan M. Análisis de aguas residuales para su uso en agricultura: Manual de Técnicas parasitológicas y bacteriológicas de laboratorio [Internet]. Ginebra: Organización Mundial de la Salud; 1997. 3-19 p. Disponible en: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/41996/9243544845_spa.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Valenzuela L, Ramírez-Hernández J, Palomares RB. Composición isotópica del agua subterránea y su relación con la salinidad en el valle de san luis río colorado en sonora, México. Inf Tecnol [Internet]. 2013;24(2):57-66. Disponible en: https://scielo.conicyt.cl/pdf/infotec/v24n2/art08.pdf DOI: 10.4067/S0718-07642013000200008 SciELO Google Académico

Gallego-Jaramillo L, Heredia-Martinéz H, Salazar-Hernández J, Hernández-Muñoz T, Naranjo-García M, Suárez-Hurtado B. Identificación de parásitos intestinales en agua de pozos profundos de cuatro municipios . Estado Aragua, Venezuela 2011-2012. Rev Cubana Med Trop [Internet]. 2014;66(2):164-73. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/mtr/v66n2/mtr02214.pdf SciELO Google Académico

Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Guía para la descripción de suelos. [Internet]. 4th edición. Roma, Italia; 2009. Disponible en: http://www.fao.org/3/a-a0541s.pdf

Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales. Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos. Decreto 883. [Internet]. Gaceta Oficial de la República de Venezuela, Gaceta oficial N° 5.021 Caracas, Venezuela; 1995. Disponible en: https://higueroteonline.com/normas-para-la-clasificacion-y-el-control-de-la-calidad-de-los-cuerpos-de-agua-y-vertidos-o-efluentes-liquidos-decreto-883/

National Academy of Science (NAS). Drinking water and Health. [Internet]. Vol 1. Washington. USA: National Academy Press. 1977. p. 63-85, 265-266. Disponible en: https://www.nap.edu/download/1780

Romero Rojas JA. Calidad del agua. 2 edición. Colombia: Escuela Colombiana de Ingeniería; 2009. p. 48-52, 120-95.

Jenkins D, Snoeyink V. Química del agua. México-DF, México: Limusa; 2004. 244, 396–401 p.

Popoola LT, Yusuff AS, Aderibigbe TA. Assessment of natural groundwater physico-chemical properties in major industrial and residential locations of Lagos metropolis. Appl Water Sci [Internet]. 2019;9(8):191. Disponible en: https://doi.org/10.1007/s13201-019-1073-y DOI: 10.1007/s13201-019-1073-y Google Académico

Gounot AM. Microbial oxidation and reduction of manganese: Consequences in groundwater and applications. FEMS Microbiol Rev [Internet]. 1 de agosto de 1994;14(4):339-49. Disponible en: https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.1994.tb00108.x DOI: 10.1111/j.1574-6976.1994.tb00108.x Google Académico

Rahman A, Rahaman H. Contamination of arsenic, manganese and coliform bacteria in groundwater at Kushtia District, Bangladesh: human health vulnerabilities. J Water Health [Internet]. 19 de julio de 2018;16(5):782-95. Disponible en: https://doi.org/10.2166/wh.2018.057 DOI: 10.2166/wh.2018.057

World Health Organization. Guidelines for the Safe Use of Wastewater, Excreta and Greywater. En: World Health Organization. Wastewater use in agriculture [Internet]. Vol. II, Ginebra: World Health Organization; 2006. Disponible en: https://www.who.int/water_sanitation_health/wastewater/wwuvol2intro.pdf

Kolawole OM, Afolayan O. Assessment of groundwater quality in Ilorin, north central Nigeria. Arid Zo J Eng Technol Environ [Internet]. 2017;13(1):111-26. Disponible en: https://www.semanticscholar.org/paper/Assessment-of-Groundwater-Quality-in-Ilorin%2C-North-Kolawole-Afolayan/3fb9a38f2ff04d9b60c5d83b1adb766559bf1487 Google Académico

Varughese S, Devi Prasad KV. Physico-chemical analysis of groundwater samples in the Varahanadi watershed, India. Int J Environ Sci [Internet]. 2012;2(3):1662-9. Disponible en: http://www.ipublishing.co.in/ijesarticles/twelve/articles/voltwo/EIJES3155.pdf DOI: 10.6088/ijes.002020300050 Google Académico

Water Resources Programme - Isotópos Ambientales en el Ciclo Hidrológico : Principios Y Aplicaciones [Internet]. Disponible en: http://www-naweb.iaea.org/napc/ih/IHS_resources_publication_hydroCycle_es.html

Griebler C, Lueders T. Microbial biodiversity in groundwater ecosystems. Freshw Biol [Internet]. 1 de abril de 2009;54(4):649-77. Disponible en: http://doi.wiley.com/10.1111/j.1365-2427.2008.02013.x DOI: 10.1111/j.1365-2427.2008.02013.x Google Académico

Koch AL. Oligotrophs versus copiotrophs. BioEssays [Internet]. 1 de julio de 2001;23(7):657-61. Disponible en: https://doi.org/10.1002/bies.1091 DOI: 10.1002/bies.1091 Google Académico

Cullimore DR. Practical Manual of Groundwater Microbiology. 2nd Edition. Group T&F, editor. Boca Raton, USA: CRC Press; 2007. DOI: 10.1201/9781420008166 Google Académico

Humbert JF, Dorigo U. Biodiversity and aquatic ecosystem functioning: A mini-review. Aquat Ecosyst Health Manag [Internet]. 1 de octubre de 2005;8(4):367-74. Disponible en: https://doi.org/10.1080/14634980500457773 DOI: 10.1080/14634980500457773 Google Académico

Tiquia SM, Schleibak M, Schlaff J, Floyd C, Benipal B, Zakhem E, et al. Microbial community profiling and characterization of some heterotrophic bacterial isolates from river waters and shallow groundwater wells along the rouge river, southeast Michigan. Environ Technol [Internet]. 1 de junio de 2008;29(6):651-63. Disponible en: https://doi.org/10.1080/09593330801986998 DOI: 10.1080/09593330801986998 Google Académico

Jasmine Shahina SK, Sandhiya D, Rafiq S. Bacteriological quality assessment of groundwater and surface water in Chennai. Nat Environ Pollut Technol [Internet]. 2020;19(1):349-53. Disponible en: http://neptjournal.com/upload-images/(37)B-3619.pdf Google Académico

Schmidt-Lorenz W. Microbiological characteristics of natural mineral water. Ann Ist Super Sanita. 1976;12(2-3):93-112. PMID 829205 Google Académico

Chapelle F. Ground-water microbiology and geochemistry. 2nd ed. New York. USA: John Wiley and Sons; 2000. 30-78 p. Google Académico

Lotfi S, Chakit M, Najy M, Z. Talbi F, Benchahid A, El Kharrim K, et al. Assessment of microbiological quality of groundwater in the Saïs plain (Morocco). Egypt J Aquat Biol Fish [Internet]. 25 de febrero de 2020;24(1):509-24. Disponible en: https://ejabf.journals.ekb.eg/article_73595.html DOI: 10.21608/ejabf.2020.73595 Google Académico

Lamrani Alaoui H, Oufdou K, Mezrioui N. Determination of several potential virulence factors in non-o1 Vibrio cholerae, Pseudomonas aeruginosa, faecal coliforms and streptococci isolated from Marrakesh groundwater. Water Sci Technol [Internet]. 1 de abril de 2010;61(7):1895-905. Disponible en: https://doi.org/10.2166/wst.2010.263 DOI: 10.2166/wst.2010.263 Google Académico

Fillinger L, Hug K, Griebler C. Selection imposed by local environmental conditions drives differences in microbial community composition across geographically distinct groundwater aquifers. FEMS Microbiol Ecol [Internet]. 9 de octubre de 2019;95(11). Disponible en: https://doi.org/10.1093/femsec/fiz160 DOI: 10.1093/femsec/fiz160 Google Académico

World Health Organization. Guias para la calidad del agua de consumo humano: cuarta edición que incorpora la primera agenda. Ginebra: World Health Organization; 2011. Disponible en: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/272403/9789243549958-spa.pdf?ua=1

Campos MC, Beltrán M, Fuentes N, Moreno G. Huevos de helmintos como indicadores de contaminación de origen fecal en aguas de riego agrícola, biosólidos, suelos y pastos. Biomédica [Internet]. 15 de marzo de 2018;38(1):42-53. Disponible en: https://revistabiomedica.org/index.php/biomedica/article/view/3352 DOI: 10.7705/biomedica.v38i0.3352 Google Académico

Daniels ME, Smith WA, Schmidt W-P, Clasen T, Jenkins MW. Modeling Cryptosporidium and Giardia in Ground and Surface Water Sources in Rural India: Associations with Latrines, Livestock, Damaged Wells, and Rainfall Patterns. Environ Sci Technol [Internet]. 19 de julio de 2016;50(14):7498-507. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acs.est.5b05797 DOI: 10.1021/acs.est.5b05797 PMID 27310009 PMCID PMC5058636 Google Académico

Daniels ME, Smith WA, Jenkins MW. Estimating Cryptosporidium and Giardia disease burdens for children drinking untreated groundwater in a rural population in India. PLoS Negl Trop Dis [Internet]. 2018;12(1):e0006231. Disponible en: https://dx.plos.org/10.1371/journal.pntd.0006231 DOI: 10.1371/journal.pntd.0006231 PMID 29377884 PMCID PMC5805363 Google Académico

Qi M, Wang H, Jing B, Wang R, Jian F, Ning C, et al. Prevalence and multilocus genotyping of Giardia duodenalis in dairy calves in Xinjiang, Northwestern China. Parasit Vectors [Internet]. 2016;9(1):546. Disponible en: https://doi.org/10.1186/s13071-016-1828-3 DOI: 10.1186/s13071-016-1828-3 PMID 27737706 PMCID PMC5064801 Google Académico

Ercumen A, Pickering AJ, Kwong LH, Arnold BF, Parvez SM, Alam M, et al. Animal Feces Contribute to Domestic Fecal Contamination: Evidence from E. coli Measured in Water, Hands, Food, Flies, and Soil in Bangladesh. Environ Sci Technol [Internet]. 1 de agosto de 2017;51(15):8725-34. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acs.est.7b01710 DOI: 10.1021/acs.est.7b01710 PMID 28686435 PMCID PMC5541329 Google Académico

Kostopoulou D, Claerebout E, Arvanitis D, Ligda P, Voutzourakis N, Casaert S, et al. Abundance, zoonotic potential and risk factors of intestinal parasitism amongst dog and cat populations: The scenario of Crete, Greece. Parasit Vectors [Internet]. 2017;10(1):43. Disponible en: https://doi.org/10.1186/s13071-017-1989-8 DOI: 10.1186/s13071-017-1989-8 PMID 28122583 PMCID PMC5264337 Google Académico

Sarzosa M, Graham JP, Salinas L, Trueba G. Potential zoonotic transmission of Giardia duodenalis in semi-rural communities near Quito, Ecuador. Int J Appl Res Vet Med [Internet]. 2018 [citado 26 de mayo de 2020];16(1):1-6. Disponible en: https://www.jarvm.com/articles/Vol16Iss1/Vol16 Iss1 Trueba.pdf EBSCO Google Académico