Revista acodal 235

REVISTA 2014

Agosto 2014 - Revista 235 ISSN-0120-0798

Premio Álvaro Pardo Sánchez 2013

Uso de fique como floculante para aguas residuales l l l

Entrevista a Lucía del Pilar Bohórquez Exdirectora de la UAESP l l l

Producción de bioetanol a partir de residuos orgánicos urbanos

Consejo Editorial Director Luis Alberto Jaramillo Gómez Juan Pablo Rodríguez Miranda William Antonio Lozano-Rivas José Alejandro Martínez S. Andrés Alfredo Chaves S. Freddy Augusto Santiago Molina Colaboradores Permanentes Luz Ángela Mondragón Restrepo Francisco Rodríguez García Diana Paola Sánchez Herrera Seccional Noroccidente Seccional Occidente Seccional Centro Seccional Caribe

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Fotografía Portada Tomada por Oiden Antonio Araque Mejía

Carta del Director Luis Alberto Jaramillo Gómez

Editorial Sequía: causas, efectos y soluciones Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (Furcraea sp.) como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales William Antonio Lozano-Rivas

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Entrevista a Lucía del Pilar Bohórquez (Exdirectora de la UAESP)

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Sociedad Colombiana de Ingenieros premia megaproyecto de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de BogotáEAB para modernizar red de abastecimiento de agua potable Acueducto de Bogotá

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Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos Santiago Lozano Pontón José A. Martínez Sepúlveda Nancy J. Montoya Gómez

Dirección Mercadeo y Publicidad Sandra Constanza Martínez Manrique Diseño, Diagramación y Montaje Luz Mery Avendaño

Presentación ACODAL

Maryluz Mejía de Pumarejo

Recepción de Artículos revista@acodal.org.co gestionproyectos@acodal.org.co Editor ACODAL

Junta Directiva

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La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas Alfredo José Constaín Aragón Jorge Luis Corredor Rivera

Sistema de tratamiento de lodos y reuso de agua de las plantas de potabilización de la empresa Aguas de Cartagena- ACUACAR

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Impresión Editorial Gente Nueva

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Acueductos veredales del Distrito Capital: Agua que has de beber trátala bien Equipo de la Empresa de Acueducto de Bogotá-EAB y Acodal

Actividades gremiales destacadas Publicaciones ACODAL

La Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (ACODAL) no asume responsabilidad por las posiciones presentadas por los autores de los artículos.

Junta Directiva 2012 - 2014

Presidente:

Francisco Javier Rebolledo M.

Vicepresidente:

Freddy Augusto Santiago Molina

Miembros Personales:

Francisco Javier Rebolledo M. (p) Víctor Téllez Abuabara (s) Freddy Augusto Santiago Molina (p) Juan Pablo Rodríguez Miranda (s)

Sector Industrial y Comercial:

CORPACERO S.A. Raúl Eduardo García Rodríguez SYE S.A. TECNOPIPE. Alfonso Serrano Anaya

Sector de Consultoría y/o Ingeniería:

ACUATÉCNICA S.A. Carlos Fernando Faccini O.

ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ.

Sector EMPRESA DE SERVICIO DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE VALLEDUPAR S.A. E.S.PServicios Públicos: EMDUPAR.- Luis Eduardo Gutiérrez Aroca Sector Universitario:

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Inocencio Bahamón Calderón

Veedor:

Geovanis Arrieta Bernate

Miembros Seccionales

Presidenta Ejecutiva

Personal Administrativo

Seccional Centro Presidente: Luis Alberto Jaramillo Gómez Directora Ejecutiva: Sandra Martínez Manrique direccionejecutiva@acodal.org.co ascentro@acodal.org.co Bogotá D.C.

Seccional Noroccidente Presidente: Jaime Laíno Quiceno Director Ejecutivo: Luis Aníbal Sepúlveda anibalsepulveda@une.net.co Medellín - Antioquia

Seccional Occidente Presidente: Edgar Llanos Libreros Directora Ejecutiva: Luz Ángela Otálora direccion@acodal.com presidencia@acodal.com Cali - Valle

Seccional Caribe Presidente: Víctor Téllez Abuabara Director Ejecutivo: Oiden Araque Mejía direccion@acodalseccionalcaribe.org.co Barranquilla - Atlántico

Maryluz Mejía de Pumarejo presidencia@acodal.org.co Alberto Valencia Monsalve Gerente gerencia@acodal.org.co

Diana Paola Sánchez Herrera gestionproyectos@acodal.org.co

Nelson Albeiro Castaño Contreras investigacion@acodal.org.co

Amanda García García publicaciones@acodal.org.co

Cindy Astrid Rodríguez afiliados@acodal.org.co

Adriana Carrera Burgos congreso@acodal.org.co

Presidente Luis Alberto Jaramillo Gómez Miembros Personales Iván A. Buitrago León Pedro José Ramírez Geovanis Arrieta Bernate Nelssy María Ortiz López Sector Industrial y Comercial Tigre ADS Colombia Ltda.

Sector Servicios Públicos Concesionaria Tibitoc S.A. Sector Universitario Universidad de la Salle Veedores Andrés A. Chaves Solano (p) Daniel Hernando Posada (s) Directora Ejecutiva Sandra C. Martínez Manrique SECCIONAL NOROCCIDENTE PERÍODO 2013 - 2015 Presidente Jaime A. Laíno Quiceno Vicepresidente Luz Marina García Muñetón Representante Institucional del Sector Universitario Corporación Universitaria La Sallista - Álvaro Arango Representante Institucional del Sector de Servicios Públicos

Ingeniería Total S.A. E.S.P. Lucy Machado Correa Representante Institucional del Sector Industrial y Comercial Gestión y Servicios Ambientales – GSA Jaime Cardona Martínez

Representante de los Afiliados Profesionales Carlos Alberto Sierra Martínez Diego Rensson Ramírez Valencia Representante de ACODAL Maryluz Mejía de Pumarejo Veedor Principal Beatriz Guerra López Director Ejecutivo Luis Aníbal Sepúlveda Villada SECCIONAL OCCIDENTE PERÍODO 2014 - 2016 Presidente Ing. Edgar Llano Libreros Vicepresidente Ing. Hugo Salazar Jaramillo Vocales Miembro Profesional Ing. Nancy López Cárdenas Ing. Ignacio Restrepo Baquero Vocal Miembro del Sector Público Gloria Armario Emcali E.S.P. Vocal Miembro del Sector Privado José Orlando Giraldo Perea Ingeniería en Sistemas de Bombeo ISB SAS Vocal Miembro de la Ingeniería y/o Consultoría Ing. Carlos Trujillo Hidroambiental Representante de Capítulo Departamental Ing. Tomás Salvador Mendoza Pardo Promoambiental CALI S.A. E.S.P. Representante de Estudiantes Tulio Fernando Castillo Institución Universitaria Antonio José Camacho Veedor Ing. Carmen Eugenia Sterling

Veedor Suplente Ing. Marquiz Carvajal Directora Ejecutiva Luz Ángela Otálora Asistente Dirección Ejecutiva Jhon Iván Mondragón Bravo SECCIONAL CARIBE PERÍODO 2012 - 2014 Presidente Ing. Víctor Téllez Abuabara Vicepresidente Ing. Antonio Flórez Silvera Secretario de Junta Ing. Rubén Martínez Vergara Miembros Personales Principales Ing. Víctor Téllez Abuabara Ing. Antonio Flórez Silvera Ing. Javier Useche Bayona Miembros Personales Suplentes Ing. Néstor Escorcia Redondo Ing. Néstor Ever Orozco Orozco Ing. Rubén Martínez Vergara Sector Industrial, Comercial y/o Ingeniería Asociación de Municipios de la subregión Ciénaga Grande de Santa Marta - ASOCIENAGA Director Ejecutivo: Ing. Jorge Fernández Orozco Sector Universitario Corporación Universitaria de la Costa - CUC Ing. Andrés Vélez Pereira Veedor Principal Ing. Antonio Cortés Núñez Veedor Suplente Ing. Benjamín Corrales Pineda Director Ejecutivo Ing. Oiden Antonio Araque Mejía

Juntas Seccionales

SECCIONAL CENTRO PERÍODO 2012-2014

Presentación ACODAL La Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental - ACODAL es una entidad gremial sin ánimo de lucro, fundada en el año 1956. Actualmente reúne a la mayoría de los miembros del sector agua, saneamiento y ambiente, que incluye Industrias, Firmas Consultoras y Comerciales, Empresas de Servicios Públicos y afines, Universidades, Profesionales y Estudiantes, conformados en Cámaras. En 1980 se hizo una reforma estatutaria convirtiéndose en Capítulo Colombiano de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental - AIDIS y cambió su nombre a Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, sin alterar su sigla ACODAL. ACODAL desempeña el papel de Cuerpo Consultivo del Gobierno en materias de Ingeniería Sanitaria y Ambiental desde 1976, en temas como: Normas técnicas, RAS, conceptos, apoyo a la Mesa sectorial de agua potable y saneamiento con el SENA. Participó en la creación del Viceministerio de Agua y Saneamiento; en la reconstrucción de infraestructura sanitaria del Eje Cafetero a través del FOREC en 1999, así como de la revisión y estructuración de los Planes Departamentales de Agua y Saneamiento vigentes, entre otros. En las últimas décadas ha participado activamente en la estructuración y discusión de políticas nacionales reflejadas en las principales normas que transformaron el Sector -Ley 142 del régimen de servicios públicos domiciliarios y revisión del RAS. ACODAL ES SOCIEDAD CORRESPONDIENTE DE: Sociedad Colombiana de Ingenieros SCI

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

ACODAL ES MIEMBRO DE: Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental - AIDIS

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Asociación Andina de Empresas e Instituciones de Servicio de Agua Potable y Alcantarillado-ANDESAPA Water Environmental Federation - WEF REDES INTERNACIONALES DE LAS QUE HACE PARTE: Red Interamericana del Recurso Hídrico - RIRH Global Water Partnership - GWP Éa éco-entreprises Asociación de empresas Centros de investigación y de formación del sector del medio ambiente de Francia También hace parte del Convenio para el Desarrollo conjunto de la Red de Operadores de Agua Potable y Saneamiento Básico Capítulo Colombia WOP.

Carta del Director del Consejo Editorial

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onemos en sus manos la Edición número 235 de nuestra Revista gremial. Esperamos que este esfuerzo editorial les aporte información de su interés, y sirva para apoyar cada vez mejor el desarrollo de la Ingeniería Sanitaria y Ambiental del país, en un firme compromiso de ésta con el futuro.

Entrevista a Lucía del Pilar Bohórquez (Exdirectora de la Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos - UAESP)

Como es usual en el Editorial, nuestra Presidenta Ejecutiva, Maryluz Mejía de Pumarejo, aborda una temática de actualidad.

Frente a la presente Crisis del Agua, ella señala que las respuestas implementadas hasta ahora para la mitigación y adaptación al cambio climático, en el sector del abastecimiento de agua, distan mucho de ser las adecuadas, lo cual pone en peligro la sostenibilidad de este servicio. Ante esta grave problemática, ACODAL reitera la propuesta de crear una Agencia Nacional del Agua, como instrumento que dé cohesión a los esfuerzos locales, regionales y nacionales en este Sector, con el fin de llevar a cabo alternativas radicales y eficaces, frente a los grandes desafíos que se le plantean a Colombia y al mundo en este aspecto; la discusión sigue abierta.

En nuestra sección de entrevistas, la Exdirectora de la Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos-UAESP, Lucía del Pilar Bohórquez, dialogó con ACODAL sobre el programa Basura Cero. Desde su experiencia al frente de esta entidad, plantea que una de las mayores urgencias es lograr un cambio de cultura en todos los actores de la cadena de generación-separación-reutilización/reciclaje de residuos, y considera que en el adecuado manejo de la basura se encuentra un gran potencial de desarrollo empresarial y de generación de empleo.

En este punto de la carta, agrego un comentario: dar una mirada a la evolución del concepto en países como Dinamarca o Alemania podría mostrarnos esa propuesta en un avanzado estado de implementación. La misma España, nos lleva ya por lo menos un decenio de avance en la aplicación del concepto de Basura Cero.

En el campo científico, dos artículos presentan los resultados de importantes investigaciones. La primera investigación ganó el Premio Álvaro Pardo Sánchez del año 2013.

Dicho estudio analiza el “Uso de fique como ayudante floculante para aguas residuales industriales”; fue realizado por el investigador William Antonio Lozano Rivas, y llega a importantes conclusiones sobre nuevas posibilidades de aprovechamiento

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y desarrollo de esta planta, que beneficiarían tanto a la población fiquera, como al medio ambiente y al país.

El segundo estudio, fruto de la investigación de los Ingenieros Santiago Lozano Pontón, José A. Martínez Sepúlveda y Nancy J. Montoya Gómez, entrega los resultados sobre la “Producción de Bioetanol a partir de residuos orgánicos urbanos”, con propuestas alentadoras para Colombia, tanto desde el punto de vista económico como desde la perspectiva ecológica.

Como aporte técnico, los ingenieros Alfredo José Constaín Aragón y Jorge Luis Corredor Rivera nos brindan el artículo “La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas”. En este escrito, los autores presentan, con un enfoque realmente novedoso, la ecuación de Elder como herramienta útil para integrar la hidráulica, el transporte dispersivo y la geomorfología en estudios de calidad de agua en cauces.

Desde la parte institucional, la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá-EAB, ESP, expone dos experiencias en campos diferentes: por un lado la tecnología y, por otro, los sistemas de abastecimiento de agua rurales. La primera de ellas describe el Proyecto de rehabilitación de la línea de distribución Tibitoc-Casablanca, que se hizo merecedor a Mención de Honor por la Sociedad Colombiana de Ingenieros en mayo pasado.

La segunda experiencia muestra el trabajo adelantado sobre la Gestión de Conocimiento en el campo de los Acueductos Veredales. Este Proyecto, que contó con el apoyo de ACODAL, hace parte del intercambio de saberes entre la ingeniería y la gestión empírica de quienes hacen posible con su labor el abastecimiento de agua en los sectores rurales del Distrito Capital.

Sea ésta la oportunidad para resaltar la reciente expedición (julio 2014) del CONPES 3810, el cual plantea los lineamientos de política para el suministro de agua potable y saneamiento básico en las áreas rurales de Colombia.

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En el campo de la gestión gremial, cabe destacar la satisfactoria y fructífera realización de Expo-Residuos 2014 y sus eventos asociados, que se llevó a cabo en Bogotá, entre el 9 y el 11 de julio pasados, y que contó con el apoyo de Holanda como país invitado. En junio del próximo año se realizará la nueva edición de este evento, en su sede natural, la ciudad de Medellín, a comienzos de junio/15.

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Asimismo, se viene trabajando arduamente en la preparación de nuestro Congreso No. 57, el cual se realizará en Santa Marta, entre el 17 y el 19 de septiembre/14, y contará con Alemania como país invitado; los esperamos a esta importante cita.

Finalmente, no dejen de aprovechar la Sección de Publicaciones especializadas que tiene a su disposición ACODAL para la venta.

Como siempre, muchas gracias a todas y todos los que hicieron su aporte para que esta Revista se publicara; igualmente, esperamos sus contribuciones y/o comentarios a esta edición.

Cordialmente, LUIS ALBERTO JARAMILLO GÓMEZ

Sequía: causas, efectos y soluciones Editorial

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i hay algo que se repite en Colombia son los períodos de sequía, que afectan casi siempre a los mismos lugares. Igual diremos cuando se presenten lluvias excesivas en esos u otros lugares ¿Y las soluciones?

Algunas ya fueron planteadas por el Presidente Santos, cuando aceptó recientemente que había que introducir cambios en los frentes que así lo ameriten.

Varias son las razones y también las soluciones. Nos detendremos en este análisis en las soluciones estructurales o estratégicas, pues ya el Gobierno Nacional ha puesto y pone en marcha, las acciones coyunturales para la atención inmediata, tales como financiación y compra de carrotanques, sanciones al alto consumo, apertura de pozos profundos, entre otras.

Razones de la crisis Por un lado, en la zona tropical, donde está ubicada Colombia, se concentra el mayor impacto de los efectos del cambio climático, pero es la que menos aporta gases efecto invernadero (0,3%). Sin embargo, pocos han sido los compromisos internacionales de los países desarrollados para asumir sus propias responsabilidades por la emisión de estos gases.

Los certificados por reducción de emisiones, previstos para financiar proyectos ambientales, no alcanzan el valor suficiente para financiar los proyectos en países como Colombia, que no cuentan con suficientes recursos de mitigación y adaptación.

Por otro lado, se da el grave factor del manejo inadecuado del recurso hídrico, el cual se ve reflejado en el poco valor que se asigna, por parte de los usuarios, a un bien tan valioso como el agua, ya que no hacen un uso racional de ella, ni las personas, ni las empresas. También hacen parte de esto, las prestadoras de servicios públicos, que no han logrado controlar las pérdidas técnicas, las cuales, en algunos casos, superan el 45%, ni las industrias, muchas de las cuales no optimi-

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zan sus consumos ni reusan el agua requerida para otros fines. Igualmente, los altos consumos en los distintos sectores demandantes, como el sector agrícola y el minero, también dan señales de alarma.

Otro factor que agrava la situación es la carencia de embalses multipropósitos, los cuales podrían suplir las necesidades de agua potable en períodos de escasez de lluvias; es preocupante que, mientras la generación de energía ha sido asumida como un proyecto nacional, el manejo del agua potable se ha dejado en manos de los municipios, que poco saben de la regulación de cuencas, y tienen baja capacidad en la gestión eficiente de sus acueductos y servicios afines.

Por último, la deforestación, producto de la tala indiscriminada de nuestros bosques, bien sea para el aprovechamiento y comercialización de madera, o para la expansión de áreas para la agricultura y/o ganadería zonas de cultivos ilícitos en algunos casos, así como con el fin de llevar a cabo actividades de minería ilegal, son otras de las causas que generan daños irreversibles en el ambiente y perjudiciales alteraciones de los ecosistemas.

Soluciones estratégicas Ante las amenazas de profundización de las crisis y ante el reiterado reconocimiento de que en este frente la descentralización de responsabilidades no está funcionando, es necesaria una amplia reflexión sobre la ineficacia del modelo institucional y presupuestal que se viene aplicando.

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De hecho, en cada emergencia se señala que las Corporaciones Autónomas Regionales y los Municipios no hicieron ni aplicaron una adecuada planeación para afrontar estas situaciones, de acuerdo con las informaciones dadas por autoridades expertas en el tema, como el IDEAM y otros, y de ahí los graves problemas que se presentan recurrentemente.

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Algo anda mal. Los ciudadanos no tienen agua y los empresarios de actividades como las hoteleras tienen en riesgo sus inversiones. Es decir que todo indica que el modelo institucional y de asignación de recursos para la adaptación al cambio climático, requiere transformarse. La gestión por cuencas implica reformular las CAR; los proyectos de adaptación deben ser fundamentalmente regionales y multisectoriales: control a la deforestación, reforestación a gran escala, embalses multipropósitos, regulación hídrica, entre otros.

Todo esto amerita y valida una vez más la creación de una Agencia Nacional del Agua, altamente técnica, descentralizada del orden nacional y adscrita al Ministerio de Ambiente, que sea transversal a todos aquellos sectores que involucren en sus actividades el consumo del recurso hídrico. Esta Agencia no implica necesariamente mayor burocracia, simplemente es una agrupación de funciones que se encuentran dispersas en distintos Ministerios.

La Agencia Nacional del Agua tendría como principal función la gestión integral e idónea del recurso hídrico. Con este objetivo financiaría, con grupos de municipios y

la Autoridad Regional Ambiental, proyectos o macroproyectos de amplio impacto. Los recursos financieros provendrían de reformular el Sistema General de Participaciones y el de Regalías. Eso es lo que requiere un país que toma en serio las amenazas del futuro. Es necesario, desde ya, gestionar y programar recursos para ejecución de inversiones importantes en reforestación, regulación de cuencas, construcción de infraestructura, tal como se ha hecho para el sector eléctrico.

Si bien es cierto que la responsabilidad en temas de agua y ambiente está a cargo de las autoridades locales y regionales, el Estado debe intervenir eficazmente, ante las grandes crisis que hoy se presentan. El Estado tiene en la gestión integral del recurso hídrico, sumada a la actividad de la gestión integral de los residuos, una alternativa fundamental para la generación de empleo, indispensable en la etapa de posconflicto.

Esta Agencia debe ser el eje articulador de las Autoridades Regionales Ambientales que requieren agruparse, con el fin de convertirse en organismos para la gestión de cuencas, por encima de la división político-administrativa que actualmente tienen las Corporaciones Autónomas Regionales.

Asimismo, dicha Agencia deberá coordinar funciones con la entidad que tenga a su cargo el seguimiento y control del uso adecuado y responsable de los recursos naturales. De ahí que sigamos insistiendo en la creación de una Superintendencia Ambiental, la cual, junto con los jueces ad hoc, pueda judicializar el mal uso de los recursos naturales, y garantice el principio de “quien contamina paga”.

MARYLUZ MEJÍA DE PUMAREJO Presidenta Ejecutiva de ACODAL

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Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (Furcraea sp.) como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales William Antonio Lozano-Rivas*

RESUMEN

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

Se exponen los resultados de las pruebas del uso de glucósidos anfifílicos extraídos del zumo fermentado de la hoja del fique (Furcraea sp.), como ayudante de floculación en la remoción fisicoquímica de contaminantes recalcitrantes presentes en varios efluentes de aguas residuales industriales de Bogotá. Mediante un proceso de fermentación natural, se consiguió la precipitación de los glucósidos sapogénicos anfifílicos presentes en el zumo de la hoja del fique; estos glucósidos se usaron como ayudantes de floculación, dosificando previamente cloruro férrico hexahidrato como coagulante. En cuanto a variables de control en las pruebas de jarras se emplearon los parámetros de color, turbiedad, Demanda Química de Oxígeno-DQO, pH y sólidos disueltos totales; el uso de glucósidos anfifílicos extraídos de la hoja del fique como ayudante de floculación, logró reducir el color, la turbiedad y la DQO remanentes hasta en un 24%, 29% y 12% más, respectivamente, en comparación al uso del coagulante solo.

Palabras claves: hojas de fique, floculación, glucósidos anfifílicos.

ABSTRACT

ARTÍCULO TÉCNICO

Results of testing the use of amphiphilic glycosides extracted from the fermented juice of leaf of fique (Furcraea sp.) as adjuvant of flocculation in physicochemical removal of recalcitrant contaminants present in some industrial effluents at Bogotá D.C., are presented. Precipitation of amphiphilic sapogenic glycosides present in the juice of leaf of fique was achieved by natural fermentation process. These glycosides were used as adjuvant of flocculation, with previous doses of ferric chloride hexahydrate as coagulant. As a control variables in the jar tests, were used the parameters of color, turbidity, COD, pH and total dissolved solids. Using amphiphilic glycosides extracted from leaf of fique as adjuvant of flocculation, color, turbidity and COD remaining were reduced even up by 24%, 29% and 12% more, respectively, compared with the use of coagulant alone.

Key words: fique leaves, flocculation, amphiphilic glycosides.

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Ingeniero Ambiental y Sanitario. PhD en Biotecnología Ambiental. MSc en Ingeniería del Agua. Experto en Tecnología del Agua y Especialización en Creación de Modelos en Ecología. Docente-Investigador Asociado y Líder del Grupo de Investigación en Ambiente y Sostenibilidad -GUIAS-. Facultad de Ciencias Ambientales. Universidad Piloto de Colombia. E-mail: williamlozano@hotmail.com; wlozanorivas@gmail.com

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Introducción El fique es una planta fibrosa que crece en varias regiones de América tropical, perteneciente a la familia Agavaceae, siendo los géneros Agave y Furcraea los más representativos de dicha familia (Fotos Nº 1 y Nº 2). Aunque se presenta, específicamente, en las regiones andinas de Colombia y Venezuela, se encuentra de forma natural desde el sur de México hasta Brasil (Casierra-Posada, Pérez, y Portilla, 2006). En Colombia, se denomina fique a las plantas pertenecientes al género Furcraea el cual comprende, aproximadamente, unas 20 especies que crecen de manera espontánea por todo el país, y se cultivan en las zonas andinas tropicales (Martínez y Pacheco, 2006).

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Foto Nº 1. Fique – Borde de Oro (Furcraea castilla).

Fuente: http://concursos.colombiaaprende.edu.co

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Foto Nº 2. Fique – Uña de Águila (Furcraea macrophylla).

Fuente: www.finagro.com.co

En el país, el cultivo del fique participó con un 0,07% en la valoración total de la producción agrícola en 2004; el área cultivada varió entre 15.388 y 19.813 de 1994 a 2009 (FINAGRO, 2011). Para el 2008 se estimó que, de las 20.893 hectáreas sembradas, los mayores porcentajes se hallaban en Nariño (34,9%), Cauca (31,6%) y Santander (18,2%) (CADEFIQUE, 2008). El área de cultivo de fique en Colombia representa el 0,83% del área total de cultivos permanentes y el 0,46% del área sembrada en Colombia (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural [MADR] y Observatorio Agrocadenas Colombia, 2006).

El fique ha sido empleado desde hace varios siglos como fuente de fibra, conocida como “cabuya” para la fabricación de empaques, lo que ha mantenido un cultivo permanente en Colombia; actualmente, la cabuya se emplea como empaque de productos agrícolas: papa (patata) y café, y también para la fabricación de artesanías; no obstante, en los últimos años se le reconoce, además, como un producto vegetal con alto potencial en la generación de beneficios ambientales, empleo e importantes ingresos (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial [MAVDT] y Cadena Productiva Nacional del Fique [CADEFIQUE], 2006).

Sin embargo, a pesar del relativamente amplio uso de la cabuya, su cultivo ha venido disminuyendo por la baja rentabilidad que genera, lo que ha conducido al abandono y la erradicación paulatina de las plantaciones de fique en el país (Martínez & Pacheco, 2006). La fibra del fique representa, aproximadamente, el 5% del peso de toda la planta, mientras que el porcentaje restante corresponde mayoritariamente al zumo (70%), la estopa y el bagazo (25%), los cuales son manejados aún, en la mayoría de los casos, como un residuo sin valor (Arroyave & Velásquez, 2001; Lozano-Rivas, 2012).

El zumo de la hoja es una suspensión de características variables que son dependientes de la

En el proceso de desfibrado (Foto Nº 3) para el aprovechamiento de la fibra (cabuya), el zumo es desechado al suelo o al agua; sus características fisicoquímicas, con altos contenidos de azúcares (sacarosa, glucosa y fructosa), así como proteínas sapogénicas (tigogenina y hecogenina, entre otras), esteroides y minerales, hacen de este zumo una sustancia altamente tóxica para peces y organismos acuáticos (Martínez & Caicedo, 2002). Otras investigaciones han determinado que fuentes de agua contaminadas con residuos de zumo crudo de hojas de fique pueden alcanzar concentraciones de DQO del orden de los 1.000 mg/L, lo cual lo convierte en una sustancia de gran impacto y altamente contaminante (Ecofibras Ltda., 2004).

Las saponinas presentes en el zumo del fique son glucósidos anfifílicos que se encuentran naturalmente en diversos vegetales y con diferentes estructuras químicas, las cuales tienen la capacidad de producir espumas (Ilustraciones Nº 1 y Nº 2); dichos compuestos están conformados por dos componentes: gluconas y agluconas. Las gluconas son azúcares, en su mayoría hexosas, pentosas y ácidos urónicos, mientras que las agluconas son conocidas como sapogeninas y corresponden a la porción no sacárida (es decir, no azucarada) de la saponina; las sapogeninas son del tipo triterpenoide (C30H48) o esteroide (C27); de manera simple, las saponinas pueden definirse como: Saponinas = Azúcares (gluconas) + sapogeninas (agluconas)

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

edad de la planta, la estación del año y las características del suelo; presenta un color verde ocre y es de olor fuerte; la densidad media es cercana a los 1,02 kg/L, con un pH variable entre 4 y 5. De forma cualitativa, está conformado por: agua (85%), celulosa (6% D-glucosa), materia orgánica y amorfa (8% constituida por sacarosa, proteínas, nitrógeno, fósforo, calcio, potasio, saponinas y sapogeninas, y 1% minerales) (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial-MAVDT y Cadena Productiva Nacional del Fique [CADEFIQUE], 2006).

Ilustración Nº 1. Estructura de una saponina (solanina). Tomada de: http://en.wikipedia.org/wiki/ File:Solanine_chemical_structure.png Autor: Cacycle.

Ilustración Nº 2. Estructura química de una sapogenina (yamogenina). Tomada de http://en.wikipedia.org/ wiki/File:Yamogenin.png Autor: Edgar 181.

Foto Nº 3. Desfibrado de las hojas del fique. Valle de Tenza, Boyacá, Colombia. Autor: Alejandro Araque Mendoza.

Estas sapogeninas, entre otros glucósidos anfifílicos presentes en el zumo de la hoja de fique,

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actúan como agentes surfactantes biodegradables que, disueltos en el agua, reducen su tensión superficial y actúan como disgregantes de grasas y aceites (Duque & González, 1999); dado que el zumo de la hoja de fique es casi siempre desechado como residuo con características altamente contaminantes, y que para 13.000 familias campesinas colombianas que viven por debajo de la línea de miseria, el cultivo de esta planta es su único medio de subsistencia, generando más de 60.000 empleos directos (Cadena Agroindustrial del Fique-CADEFIQUE, 2008), surge la necesidad de encontrar nuevas aplicaciones para esta sustancia (Lozano-Rivas, 2011).

y experimentos; se trabaja con los zumos resultantes del desfibrado de las hojas del fique (Furcraea sp.), de los cuales se obtienen los extractos necesarios de glucósidos anfifílicos, para efectuar los ensayos correspondientes.

Las características anfifílicas del zumo del fique han sido evaluadas por Lozano-Rivas en investigaciones llevadas a cabo con el apoyo financiero de la Universidad Antonio Nariño (entre los años 2009 y 2010) y, recientemente, con el de la Universidad Piloto de Colombia, con el fin de desarrollar un ayudante de floculación para el tratamiento de aguas residuales industriales (Lozano-Rivas, 2011). Este uso del zumo de fique no había sido reportado hasta ahora por ningún otro autor, de manera que su aplicación en la depuración de aguas residuales y en la eliminación de contaminantes recalcitrantes, además de contribuir a la protección de los ecosistemas hídricos, abre una alentadora oportunidad de mercados alternativos e innovadores, no sólo en el ámbito local sino con atractivas posibilidades de proyección hacia los mercados mundiales, ofreciendo así una alternativa adicional para el aprovechamiento integral del zumo de la hoja de la planta, en beneficio de miles de familias campesinas que conforman el subsector fiquero.

1. Metodología de la investigación

En la actualidad existe un creciente consenso acerca de las ventajas del empleo de sustancias floculantes o ayudantes de floculación naturales, porque además de ser biodegradables, son renovables y no tóxicas para el ambiente (Khiari et al., 2010). La investigación se efectúa a nivel de laboratorio, empleando controles

Extracción, caracterización y fermentación del zumo de fique. Se tomaron hojas de la planta de fique (Furcraea sp.) de la variedad “uña de águila”, a las cuales se les extrajo el zumo, en condiciones asépticas, mediante licuado y posterior molido mecánico. El zumo extraído fue sometido a un proceso de fermentación

El presente artículo, recoge los nuevos hallazgos derivados de la investigación efectuada en colaboración con la Universidad Piloto de Colombia, y reseña el potencial de uso de los glucósidos anfifílicos concentrados, mediante la fermentación natural del zumo extraído de la hoja del fique, como ayudantes de floculación en la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales.

En el Laboratorio de Química y Análisis Ambiental de la Universidad Piloto de Colombia se efectuaron pruebas de tratabilidad, con muestras de agua residual bruta de 3 efluentes industriales y lixiviados. Se evaluó la capacidad del decantado de zumo fermentado de la hoja de fique para actuar como agente ayudante de la floculación. Se llevaron a cabo 90 pruebas de tratabilidad para cada tipo de agua, distribuidos en 15 series de 6 ensayos cada una, evaluando comparativamente los resultados fisicoquímicos antes y después de cada prueba, dando especial relevancia a los parámetros de color y turbiedad; se determinaron las dosis óptimas de coagulante químico y, posteriormente, se contrastaron los resultados con adiciones de concentraciones variables del decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de floculación, las cuales fueron complementadas con análisis de reducción de DQO.

Variables de análisis e instrumentación. Para la fermentación controlada del zumo extraído de las hojas de fique se emplea una incubadora de convección natural marca BINDER, modelo BD53UL. Las variables de control empleadas para las pruebas de jarras fueron 6: el pH, la temperatura (°C), la turbiedad (UNT), el color (UPC), los sólidos disueltos totales (SDT) y la Demanda Química de Oxígeno (DQO). En cada serie se usaron 500 mililitros de muestra en vasos de precipitado de 1 litro de capacidad (los instrumentos de medición se muestran en la Tabla Nº 1). Las pruebas de tratabilidad se practicaron en un equipo de prueba de jarras (Jar-Tester marca E&Q, modelo F6-300, de seis puestos y control digital de velocidad).

Tipo de coagulante, preparación y dosis.

Como agente coagulante fue empleado cloru-

ro férrico hexahidrato (FeCl3), Ph Eur Scharlau HI0336, ya que la materia orgánica recalcitrante de las aguas residuales industriales es removida con mayor facilidad por sales de hierro que por sales de aluminio (Tatsi, Zouboulis, Matis, y Samaras, 2003; Rivas et al., 2004; Monje y Orta de Velázquez, 2004; Ntampou, Zouboulis, y Samaras, 2005). Las soluciones de coagulante se prepararon en matraces aforados de 250 mililitros y en matriz de agua destilada —concentración al 10%—, excepto para las pruebas con efluentes de pastelería, cuya solución se preparó al 1%. Las dosis fueron seleccionadas considerando los valores propuestos por la bibliografía consultada para aguas residuales de las industrias de alimentos (Lozano-Rivas, 2011), para los lixiviados (Tatsi, Zouboulis, Matis, & Samaras, 2003) y para las aguas residuales de tintorería (Crespi & Huertas, 1987).

Determinación de la dosis óptima de coagulante. Se efectuaron los ensayos de tratabilidad en el equipo de prueba de jarras (Jar-Tester), empleando tiempos y velocidades de mezcla señaladas en la Tabla Nº 2, para cada una de las fases (Longsdon et al., 2002; Lozano-Rivas,

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

natural en embudo de separación, durante 5 días a 20°C, en una incubadora de convección natural, lo cual permite concentrar, en el decantado, los glucósidos anfifílicos representados en las geninas (mono y di-glicósidos) y, en el sobrenadante, el agua con ácidos grasos.

Tabla Nº 1. Variables de investigación e instrumentos de medición Variable y unidades

Instrumento de Medición

Precisión

Temperatura (°C)

pH-meter Hanna HI2210

+/- 0,5 °C

pH (unidades)

pH-meter Hanna HI2210

+/- 0,01 unidades

Sólidos Disueltos Totales (SDT – ppm) Hanna Watercheck 1

+/- 0,5 ppm

Turbiedad (UNT)

Turbidímetro Hanna HI93703

+/- 0,5 UNT

Color (UPC)

Colorímetro Hanna HI93727

+/- 10 UPC

DQO (mg/L)

Fotómetro Hanna HI83099 (Método EPA 410.4 +/- 22 mg/L Adaptado)

Fuente: Elaboración del Autor.

Tabla Nº 2. Velocidades de mezcla y tiempos para cada fase de los ensayos de tratabilidad Fase

Velocidad de Mezcla (RPM)

Gradiente (s-1)

Tiempo (min)

Mezcla Rápida

300

320

1

Mezcla Lenta

60

66

20

Sedimentación

0

0

30

Fuente: (Longsdon, Hess y Horsley 2002) (Lozano-Rivas, Uso del extracto del fique (Furcraea sp.) como coadyuvante de coagulación en tratamiento de lixiviados 2012).

15

2012). Finalizada cada prueba de tratabilidad se tomaron muestras del sobrenadante clarificado de cada vaso, a 2 cm. de la superficie (Lozano-Rivas, 2012) y se determinaron los resultados de las variables de control, exceptuando la DQO, para cada uno de ellos. La dosis óptima de coagulante se determinó valorando los resultados obtenidos, dando mayor peso a las variables de color y turbiedad. Los SDT, el pH y la temperatura se tomaron como variables de control, pero no como criterio de selección de las dosis.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Determinación de la dosis óptima del ayudante de floculación (glucósidos anfifílicos) extraído de hojas de fique. Elegida la dosis óptima de coagulante químico, se alistaron nuevas series con muestras de las aguas residuales industriales y el lixiviado, repitiendo el procedimiento descrito. Se añadió la dosis óptima del coagulante químico en todos los vasos y, como ayudante de floculación, diferentes dosis de decantado de zumo fermentado de hojas de fique.

16

La dosis de zumo de fique como ayudante de floculación se aplicó previendo gastos de entre 0,5% y 50% de la dosis usada de la solución coagulante. Las soluciones de ayudante de floculación (decantado del zumo fermentado de hojas de fique) se prepararon al 1% en matraces aforados de 250 mililitros y en matriz de agua destilada. Finalizadas las pruebas de tratabilidad, con adición de decantado del zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación, se tomaron muestras del sobrenadante clarificado de cada vaso, a 2 cm. de la superficie (Lozano-Rivas, 2012), y se determinaron los resultados de las variables de control, exceptuando la DQO, para cada uno de ellos. Se determinaron las dosis óptimas de zumo de hojas de fique como ayudante de floculación.

Análisis comparativo entre el efecto del coagulante químico solo y la mezcla de coagulante químico con decantado del zumo fermentado de hojas de fique como ayudante

de floculación. Para evaluar comparativamente el comportamiento del coagulante, y la mezcla de coagulante con decantado del zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación, se prepararon series con muestras de aguas residuales industriales y de lixiviado, repitiendo el procedimiento descrito y empleando la dosis óptima de coagulante obtenida, en tres vasos y una mezcla de las dosis óptimas de coagulante y decantado del zumo fermentado de hojas de fique, en los tres restantes (Lozano-Rivas, 2012). Finalizadas las pruebas de tratabilidad, se determinó pH, temperatura, color, turbiedad, SDT y DQO en cada vaso, con el fin de determinar la reducción de la carga contaminante conseguida con el tratamiento aplicado.

Análisis de datos. Los resultados obtenidos se analizaron aplicando pruebas t-test (α=0,05), con Test de Mann-Whitney para las series de distribución no normal según el Test de Normalidad de Kolmogorov-Smirnov (P<0,05) para los casos en que se analizaron dos (2) series de datos. Para más de dos series de datos se empleó ANOVA (α=0,05) y para las pruebas que mostraron diferencias significativas entre las series, se empleó el Método de Holm-Sidak con un nivel de significancia de 0,05. En todas las pruebas se usó el programa SigmaStat versión 3.5 (Systat Software, Inc.).

2. Resultados Extracción, caracterización y fermentación del zumo de fique. Los valores promedio de las características fisicoquímicas encontradas en el zumo de fique empleado en la investigación, se muestran en la Tabla N°3.

Caracterización de los efluentes de aguas residuales industriales y lixiviado empleados en las pruebas. Las características fisicoquímicas más relevantes para cada tipo de agua residual industrial y lixiviado que fueron tratados, se presentan en la Tabla Nº 4.

Tabla Nº 3. Características fisicoquímicas de la solución empleada de glucósidos anfifílicos extraídos del zumo del fique Parámetro

Valor promedio

Temperatura (°C)

18,5

pH (unidades)

4,90

Sólidos Disueltos Totales (SDT – ppm)

1.487

DQO (mg/L)

15.145

Fuente: Elaboración del Autor.

Tabla Nº 4. Características fisicoquímicas más relevantes, encontradas para cada tipo de efluente tratado Tipo de efluente tratado

pH

Temperatura (°C)

Color (UPC)

Turbiedad (UNT)

DQO (mg/L)

Efluentes de pastelería

4,6

14,7

2200

148

780

Lixiviados

8,6

14,0

3000

98

1.900

Efluentes de tintorería

7,0

17,6

740

32

1.900

Efluentes de cárnicos

6,1

16,0

5000

286

11.000

Selección de dosis óptima de cloruro férrico (FeCl3) como coagulante y de decantado del zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación, para cada tipo de efluente y los lixiviados. Las dosis óptimas de cloruro férrico (FeCl3) como coagulante y de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación que fueron encontradas para cada tipo de efluente tratado, se encuentran registradas en la Tabla Nº 5.

Resultados de los ensayos de tratabilidad para cada tipo de efluente y lixiviado. No se

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

Fuente: Elaboración del Autor.

evidencian cambios significativos en el pH con la adición del decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de floculación, frente a los valores de pH obtenidos con coagulante solo, para ninguna de las muestras finales analizadas, lo que sugiere que la mejora obtenida mediante el uso del fique como ayudante de floculación no tiene relación con un cambio en el potencial de hidrógeno.

•

Resultados del tratamiento en efluentes de aguas residuales de pastelería. El uso del decantado de zumo fermentado

Tabla Nº 5. Dosis óptimas de coagulante y zumo de fique como ayudante de floculación, encontradas para cada tipo de efluente tratado Tipo de efluente tratado Efluentes de pastelería

Dosis óptima determinada de cloruro férrico como coagulante (mg/L)

Dosis óptima del zumo de fique fermentado (decantado) como ayudante de floculación (mg/L)

20

5

Lixiviados

3.000

40

Efluentes de tintorería

2.000

20

Efluentes de cárnicos

1.000

400

Fuente: Elaboración del Autor.

17

de fique como ayudante de floculación en aguas residuales de industrias de pastelería permite una remoción adicional de 16% más en los valores de color, 29% más en los valores de turbiedad y 12% más en los de DQO, frente a los valores conseguidos por el coagulante solo (Gráficos Nº 1, Nº 2 y Nº 3).

•

Resultados del tratamiento en lixiviados.

El uso del decantado de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación de lixiviados de rellenos sanitarios permite una remoción adicional de 17% más en los valores de turbiedad y 10% más en DQO, respecto de los valores conseguidos por el coagulante solo. No se aprecian

Gráfico Nº 1. Color: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para agua de pastelería, usando coagulante solo (20 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (5 mg/L) Resultados de color para efluentes de pastelería

Color (UPC)

130 120 FeCl3

110

FeCl3 + Z.Fique

100 90 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 2. Turbiedad: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para agua de pastelería, usando coagulante solo (20 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (5 mg/L) Resultados de turbiedad para efluentes de pastelería 10

Turbiedad (UNT)

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

10,5

9,5 9 8,5

FeCl3

8

FeCl3 + Z.Fique

7,5 7 6,5 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

18 Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 3. DQO: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para agua de pastelería, usando coagulante solo (20 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (5 mg/L) Resultados de DQO para efluentes de pastelería 450 440

mg/L DQO

430 420 410 400

FeCl3

390

FeCl3 + Z.Fique

380 370 360 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

•

Resultados del tratamiento en efluentes de aguas residuales de tintorería. El uso del decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de floculación en aguas residuales de tintorería permite una remoción adicional de 24% más en los va-

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

diferencias significativas en los valores de color usando el decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de floculación en lixiviados de rellenos sanitarios, frente a los valores conseguidos por el coagulante solo (Gráficos Nº 4, Nº 5 y Nº 6).

Gráfico Nº 4. Color: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para lixiviados, usando coagulante solo (3.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (40 mg/L) Resultados de color para lixiviados 82 80

Color (UPC)

78 76 74 72

FeCl3

70

FeCl3 + Z.Fique

68 66 64 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

19

Gráfico Nº 5. Turbiedad: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para lixiviados, usando coagulante solo (3.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (40 mg/L)

Resultados de turbiedad para lixiviados 1,25

Turbiedad (UNT)

1,2 1,15 1,1 1,05

FeCl3

1

FeCl3 + Z.Fique

0,95 0,9 0,85 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 6. DQO: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para lixiviados, usando coagulante solo (3.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (40 mg/L) Resultados de DQO para lixiviados 800

mg/L DQO

780 760 740

FeCl3 FeCl3 + Z.Fique

720

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

700

20

680 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

lores de color y 17% más en los valores de turbiedad, respecto de los valores conseguidos por el coagulante solo. No se aprecian diferencias significativas en los valores de DQO usando el decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de

floculación en aguas residuales de tintorería, frente a los valores conseguidos por el coagulante solo (Gráficos Nº 7, Nº 8 y Nº 9).

•

Resultados del tratamiento en efluentes de aguas residuales de industria de cár-

Gráfico Nº 7. Color: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para efluentes de tintorería, usando coagulante solo (2.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (20 mg/L)

Resultados de color para efluentes de tintorería 100

Color (UPC)

90 80 70

FeCl3 FeCl3 + Z.Fique

60 50 40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 Número de prueba

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 8. Turbiedad: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para efluentes de tintorería, usando coagulante solo (2.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (20 mg/L) Resultados de turbiedad para efluentes de tintorería 1,3 1,25

Turbiedad (UNT)

1,2 1,15 1,1 1,05

FeCl3

1

FeCl3 + Z.Fique

0,95 0,9 0,85 0,8

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

nicos. El uso del decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de floculación en aguas residuales de industrias cárnicas permite una remoción adicional de 17% más en los valores de color, 19%

más en los valores de turbiedad y 6% más para la DQO, frente a los valores conseguidos por el coagulante solo (Gráficos Nº 10, Nº 11 y Nº 12).

21

Gráfico Nº 9. DQO: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para efluentes de tintorería, usando coagulante solo (2.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (20 mg/L) Resultados de DQO para efluentes de tintorería 84 82

mg/L DQO

80 78

FeCl3 FeCl3 + Z.Fique

76 74 72 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 10. Color: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para efluentes de industria de cárnicos, usando coagulante solo (1.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (400 mg/L)

Resultados de color para efluentes de cárnicos 1200

22

Color (UPC)

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

1150

1100

FeCl3

1050

FeCl3 + Z.Fique

1000

950 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 11. Turbiedad: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para efluentes de industria de cárnicos, usando coagulante solo (1.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (400 mg/L)

Resultados de turbiedad para efluentes de cárnicos 70

Turbiedad (UNT)

65

60

FeCl3

55

FeCl3 + Z.Fique

50

45 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

Fuente: Elaboración del Autor.

Gráfico Nº 12. DQO: Resultados comparativos de los ensayos de tratabilidad para efluentes de industria de cárnicos, usando coagulante solo (1.000 mg/L) y con aplicación de zumo fermentado de hojas de fique como ayudante de floculación (400 mg/L)

Resultados de DQO para efluentes de cárnicos 6800 6700

mg/L DQO

6600 6500

FeCl3

6400

FeCl3 + Z.Fique 6300 6200 6100 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Número de prueba

Fuente: Elaboración del Autor.

3. Conclusiones El desarrollo de esta investigación permitió demostrar que:

a) Los glucósidos anfifílicos presentes en el decantado de zumo fermentado de hojas de fique tienen capacidad de ser usados

23

como ayudantes de floculación en el tratamiento de aguas residuales y de lixiviados. b) Los resultados de eliminación de DQO obtenidos mediante el uso del decantado de zumo fermentado de fique como ayudante de floculación muestran mayor afinidad de estas sustancias por aguas residuales con altos contenidos orgánicos (pastelería, cárnicos y lixiviados) que por aguas residuales químicas (tintorería). c) Es posible lograr una disminución de más del 80% del poder contaminante del zumo resultante del desfibrado de la hoja de fique mediante un proceso de fermentación natural; esto reduce ostensiblemente el impacto sobre el suelo y los ecosistemas acuáticos y, consecuentemente, disminuye los efectos tóxicos sobre peces y otros organismos.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

d) No sólo es posible tratar, a bajo costo, una sustancia residual altamente tóxica y contaminante, como es el caso del zumo crudo extraído de las hojas de fique, sino que además, puede ser empleado como un insumo comercializable capaz de depurar otros efluentes industriales contaminados.

24

e) Darle un valor al zumo extraído de la hoja de fique, mediante el uso alternativo que propone esta investigación, podría contribuir de manera significativa (con la ayuda de las organizaciones públicas y privadas) al subsector fiquero, mejorando la calidad de vida de más de 13.000 familias campesinas (cerca de 70.000 colombianos) que viven por debajo de la línea de miseria, y a los más de 60.000 empleos directos que dependen del cultivo y explotación de esta planta. f) En resumen: mayor eficiencia y menos costos en tratamiento de vertidos contaminantes, mediante el uso de un compuesto que sin aprovecharlo contamina, pero utilizándolo como aquí se demuestra, previene la afectación de los ecosistemas hídricos.

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Uso de glucósidos anfifílicos extraídos del fique (furcraea sp.) Como ayudante de floculación para la remoción de contaminantes recalcitrantes presentes en aguas residuales industriales

Martínez, A.M., y Caicedo, T.X. Bioensayo de toxicidad de los jugos de fique en peces, en el municipio de Tambo, Nariño. Tesis de Posgrado en la Especialización en Salud Ambiental, Bogotá D.C., Universidad del Bosque, 2002.

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Revista de IngenierĂ­a Sanitaria y Ambiental

Entrevista a Lucía del Pilar Bohórquez (Exdirectora de la Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos - UAESP) Revista Acodal

Bogotá tiene en el manejo de sus basuras un gran potencial económico

C

uando hablamos de basura, la primera sensación de nuestros sentidos es hacia la repulsión. Nos suena como algo sucio, sórdido, algo que desencaja con el orden y el buen gusto.

Lucía del Pilar Bohórquez, exdirectora de la UAESP, dialogó con la Revista ACODAL acerca del Programa Basura Cero y sobre el gran potencial que la ciudad está desaprovechando en este frente, así como Colombia, y en el que en términos generales el país posee grandes posibilidades económicas y sociales, cuyo desarrollo pasa por estaciones que parten desde la cultura familiar, pasando por la adecuada intervención del Estado, hasta llegar a la visión empresarial y a la oportunidad de generar empleos.

REVISTA ACODAL: En forma resumida, nos gustaría conocer el avance que el Distrito Capital presenta del Programa de Basura Cero en el último año y los logros alcanzados hasta la fecha.

Entrevista a Lucía del Pilar Bohórquez (Exdirectora de la Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos - UAESP)

Pero la Administración de Bogotá, particularmente la Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos, UAESP, está trabajando duro para cambiar integralmente la concepción, tanto de la palabra como de las realidades que se generan a través de ésta.

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: El Programa Basura Cero tiene un plan de inclusión de la población recicladora y estructuración de un modelo de aprovechamiento, con el fin de minimizar basura y optimizar residuo sólido.

Este plan de inclusión coincide con lo ordenado por la Corte, en el sentido de involucrar a la población en el servicio público, pero generando condiciones que conlleven al desarrollo integral. Con el fin de hacerlo efectivo, la Administración está trabajando en cuatro aspectos fundamentales: UNO, trabajar en sensibilización del ciudadano para que recicle, y buscar un consumo responsable y que dignifique al reciclador.

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DOS, cómo se incluye a la población recicladora, definiendo capacidad de organización, rutas, transportes, clasificación y trabajo con ellos como organizaciones.

TRES, generar un marco normativo desde lo nacional y lo local, para darle el contexto técnico y regulador a los propósitos del Programa Basura Cero, con una clara política de reglamentación, y calidad sostenible e incluyente.

CUATRO, acciones afirmativas con la población recicladora, facilitando su acceso a los servicios que brinda la Administración como: salud, integración social, cultura y toda la oferta institucional.

Uno de los temas importantes es cómo jalonamos la cadena de valor pre y postransformación del material con parques tecnológicos de aprovechamiento.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

El punto de partida que marcamos para el inicio del Programa fue marzo de 2013. En ese momento iniciamos con 4.630 toneladas de basura recicladas por trimestre, pasamos a 21.233 en diciembre, y en marzo de 2014 ya alcanzamos 62.018 toneladas; y para el segundo trimestre ya vamos en 116 mil toneladas.

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Con el fin de lograr este cometido hemos realizado importantes inversiones. Por ejemplo, en Comunicaciones $5.000 millones, destinados a programas de sensibilización, piezas y medios de comunicación. En gestión local y trabajo en terreno $4.000 millones, en marco normativo, consultorías y gestión $800 millones; la inversión más fuerte es en la operación, recolección, transporte, pesaje, profesionales y rutas, asistencia de conformación y fortalecimiento de organizaciones, a todo lo cual se han destinado $4.000 millones de pesos.

Algo para destacar es el esfuerzo que hace el sector privado que ya utiliza material de reciclaje. No hay registro al respecto, pero diversas empresas ya lo están haciendo.

REVISTA ACODAL: ¿Cuáles han sido las complicaciones que se han presentado para el plan de inclusión de la población recicladora, donde se observa por ACODAL que hay avances que, no obstante, no parecen ser suficientes?

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: Este Programa se inició en enero de 2012 con la nueva Administración, teniendo como punto de partida la estructuración del Plan de Desarrollo Bogotá Humana. De allí se desprende el Programa Basura Cero, que tiene un gran alcance en inclusión y, en febrero de 2013, por primera vez en la historia de la ciudad, se hace un pago por ese servicio.

Hoy la toda la nación avanza en una gran alianza por el reciclaje y su objetivo es seguirle los pasos a Bogotá.

El balance que hoy podemos entregar es de $10.422 millones distribuidos y entregados a 6.632 remunerados, que constituyen cerca del 35% de los recicladores que hay en Bogotá. Los demás son el 65% de los recicladores que están en la actividad pero que no se han registrado por problemas de papeles de identidad, cédulas, problemas legales, órdenes de captura, etc.

El primer obstáculo que encontramos es de carácter cultural, pues al convertirse esta actividad en una responsabilidad contractual, ellos asumen corresponsabilidades y a nosotros nos corresponde romper paradigmas institucionales. De hecho, por ejemplo, da temor tomar decisiones frente a posiciones como las de la Procuraduría, pero en todo caso estamos avanzando.

Es evidente que en todo el país se requieren procesos más estructurales de aprovechamiento eficaz de la basura, puesto que en Colombia estamos rezagados con respecto a lo que existe a nivel internacional, sin embargo, no pueden desconocerse los progresos obtenidos en este ámbito.

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: Estamos en la Fase Dos de una propuesta técnica con la comunidad de Barcelona, con la cual venimos trabajando desde finales de 2012 y comienzos de 2013, y ya se entregaron los resultados.

Vamos para Fase Dos en escombros. Se trabaja en la Mesa acerca de escombros a nivel nacional, para lograr su aprovechamiento efectivo, y que no se los siga tratando como basura; estamos elaborando la propuesta de ajuste y planeación en este campo.

REVISTA ACODAL: ACODAL ve con preocupación la suspensión del POT (Plan de Ordenamiento Territorial) de Bogotá y cómo esto podría afectar las estrategias para el aprovechamiento y disposición final de los residuos, ¿hay necesidad de tener planes adicionales por parte de la Unidad para tal fin?

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: Efectivamente, la suspensión del POT afecta sustancialmente este esfuerzo, porque en él se incluía el capítulo de aprovechamiento, y se definían zonas y procesos integrales. Está suspendido y el Alcalde lo que dice es que habrá que presentarlo de nuevo al Concejo, pero es muy importante rescatarlo. El objetivo final es trabajar en lo que más se pueda optimizar.

REVISTA ACODAL: A nuestros lectores les gustaría saber qué parte de las funciones de la UAESP son la vigilancia y control de los servicios funerarios; asimismo, en su opinión cómo está la ciudad respecto al manejo de estos temas, en

comparación con sus pares nacionales e internacionales.

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: Hay un Plan Maestro de servicios funerarios desde 2006; hay que cumplir con la prestación integral de los servicios en este aspecto, y son ocho los tipos de servicios que se prestan; igualmente, en dicho Plan se programan los recursos año a año.

También allí hay un tema ambiental, por ejemplo en cuanto a la generación de humo, y al seguimiento de estándares técnicos para mantener vigentes las normas.

Habrá una nueva concesión a los cementerios, reforzando la supervisión, el control y la evaluación; además se va a presupuestar la modernización de los hornos, y se reforzarán los mecanismos para que se cumpla con la normatividad existente.

Se avanza ya en la construcción del Cementerio Serafín, frente al relleno sanitario de Doña Juana. En el Cementerio del Norte se trabajará en la modernización de los hornos, y en el Cementerio Central tenemos un asunto de patrimonio particular, ya que el suelo es privado, la familia tiene que cuidarlo, y a veces nadie aparece; esto tiene unos costos extras para el Distrito y su manejo fiscal.

Entrevista a Lucía del Pilar Bohórquez (Exdirectora de la Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos - UAESP)

REVISTA ACODAL: ¿Qué sigue después de haberse realizado el estudio del Plan Maestro para manejo integral de residuos sólidos, por JICA (Agencia de Cooperación Internacional del Japón), para la ciudad de Bogotá, en temas como residuos orgánicos, y residuos de demolición y construcción?

En general, hay preocupación por humos y olores; las licencias están vigentes y son concesiones a cinco años.

En Bogotá se prestan al año 30.133 servicios de inhumación, cremación y exhumación. El Cementerio del Norte es el que más presta este tipo de servicios.

Es evidente que en todo el país se requieren procesos más estructurales de aprovechamiento eficaz de la basura

REVISTA ACODAL: ¿La ciudad capital ha avanzado en la oferta de nuevas tecnologías para el aprovechamiento de los residuos

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y qué nos falta hacer para mejorar en esta materia?

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: El POT 364 sugería parques tecnológicos, estamos a la espera de las definiciones sobre el particular.

En Bogotá se prestan al año 30.133 servicios de inhumación, cremación y exhumación.

El Cementerio del Norte es el que más presta este tipo de servicios

Con el Programa Basura Cero hay mucha oferta, hay interés de gobiernos extranjeros y posibilidades de Alianzas con sectores Públicos y Privados. Los procesos no son fáciles y no han sido muy efectivos hasta ahora; tenemos internamente una debilidad de articulación entre Universidad, Empresa y Estado.

Nos han visitado noruegos, holandeses, suizos, españoles y brasileros con propuestas de Proyectos que ya funcionan, pero que requieren un alto compromiso del sector público en cuanto a normas, suelos, y garantías.

REVISTA ACODAL: ¿Cómo se imagina a Bogotá en el futuro en materia de gestión de los residuos sólidos que nosotros mismos generamos?

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

LUCÍA DEL PILAR BOHÓRQUEZ: Como ciudadanía debemos imponernos una meta de recicla-

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je de largo plazo, y todos los actores debemos visualizar la responsabilidad de cada uno alrededor de dicha meta: el reciclador debe recoger eficientemente, el bodeguero disponer ordenadamente, etc., es un tema de capacidad y respuesta idónea de toda la sociedad.

Los parques de reciclaje surgen como modelos bien interesantes para un desarrollo industrial; por ejemplo, en plástico y tetrapak hay procesos en los cuales el sector público debería dar un fuerte apoyo, especialmente cuando los mercados son incipientes. A otros grupos que reciclan materiales como icopor y envases plásticos, hay que apalancarlos, deben ser jalonados… En fin, para todos ellos, el sector público debe generar incentivos.

Para terminar, lo que debe quedar claro como un mensaje fundamental es que, en materia de reciclaje, es indispensable aprovechar al máximo en Bogotá y en el resto de Colombia, el potencial de una gran dinámica de desarrollo empresarial y generación de empleos, a partir de la disposición apropiada de la basura como fuente de riqueza para la sociedad.

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SCI premia megaproyecto de la EAB para modernizar red de abastecimiento de agua potable

Vigilado Superservicios

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Revista de IngenierĂ­a Sanitaria y Ambiental

Sociedad Colombiana de Ingenieros premia megaproyecto de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá-EAB para modernizar red de abastecimiento de agua potable Acueducto de Bogotá

Con la más alta tecnología de punta, en tiempo récord y sin sobrecostos para la ciudad, la empresa bogotana rehabilitó la línea de distribución Tibitoc–Casablanca —Tramo Uno—, que surte de agua a tres millones de habitantes de la capital del país y de cinco municipios vecinos.

Mediante la novedosa tecnología de inserción de camisas de acero —que permite la instalación de la tubería sin tener que recurrir a zanjas— la EAB insertó en cinco kilómetros y medio de tubería antigua una nueva red de 72 pulgadas, fabricada en acero y recubierta en su interior con fibra de carbono.

Las obras realizadas por la EAB en esta red, de más de 50 años de funcionamiento, se hicieron en un tiempo récord de 12 meses, y no generaron sobrecostos a la inversión inicialmente proyectada de 27 mil millones de pesos.

Dentro de la evaluación que hizo la Sociedad Colombiana de Ingenieros está la gestión integral del Proyecto y la metodología ordenada para el desarrollo de estas obras de beneficio social, especialmente para los habitantes de las localidades de Usaquén, Suba, Engativá, Fontibón, Kennedy, Bosa y Ciudad Bolívar.

Revista de Ingeniería Sanitaria Ambiental SCI premia megaproyecto de layEAB para modernizar red de abastecimiento de agua potable ARTÍCULO TÉCNICO

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l Acueducto de Bogotá recibió en el mes de mayo de 2014, por parte de la Sociedad Colombiana de Ingenieros, Mención de Honor en el Premio Nacional de Ingeniería, por la forma en que realizó los trabajos para blindar contra terremotos la red de abastecimiento Tibitoc-Casablanca (Tramo Uno) y de esta manera garantizar la continuidad del suministro de agua potable a cerca de tres millones de personas de la capital y de los municipios de Chía, Cajicá, Funza, Madrid y Mosquera.

Con este Proyecto, que también fue destacado en el XXVIII Congreso Internacional de la AWWA (American Water Work Association), realizado en la ciudad estadounidense de Denver, en junio de 2013, la EAB consolida su trabajo de responsabilidad social, al garantizar el bienestar y calidad de vida de millones de personas de la capital y de la región central del país.

Rehabilitación Tibitoc-Casablanca La Planta de tratamiento de agua potable, Tibitoc, cuenta con tres líneas para la distribución de agua a la ciudad y municipios vecinos: la línea Tibitoc-Casablanca de 78 pulgadas, la línea Tibitoc-Usaquén de 60 pulgadas, y la línea de 16 pulgadas de municipios del norte.

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Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Por roturas de la tubería que se presentaron en la década del 70 y por distintas condiciones técnicas del corredor, existía incertidumbre frente al estado estructural de la tubería.

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Ante esta situación, se estableció la matriz de vulnerabilidad que definió la importancia del Proyecto de rehabilitación como elemento principal de mitigación de dicha vulnerabilidad. La EAB estructuró el “Plan Maestro de Mitigación de Vulnerabilidad del Sistema Matriz de Acueducto”, con el objetivo de definir cuáles eran las inversiones necesarias para mitigar las vulnerabilidades de cada elemento que compone el sistema matriz de acueducto, así como el orden en el que debían ser desarrolladas.

Por estas razones, y para garantizar la continuidad del servicio de acueducto, se concibió el Proyecto para realizar la rehabilitación de la línea Tibitoc-Casablanca. Inicialmente se realizaron los estudios que permitieron tener una evaluación estructural de las tuberías de la red matriz de abastecimiento, la evaluación geotécnica de los corredores de las tuberías y se formuló un programa estructurado de rehabilitación de dichas redes.

Los estudios concluyeron que la rehabilitación de la línea Tibitoc-Casablanca era fundamental por la importancia de la línea para el suministro de agua a la ciudad, así como por la incertidumbre respecto a su estado estructural, y la necesidad de ejecutarla. De esta manera, se estableció la prioridad para realizar las actividades de rehabilitación así: Tramo 2 (31,4 kilómetros), Tramo 1 (5,5 kilómetros) y Tramo 3 (16,3 kilómetros).

En este sentido, y tras definir las obras que se debían ejecutar, se concluyó que era necesario reparar inicialmente el Tramo Dos, tarea que se realizó con éxito en 2001, posteriormente se reparó el Tramo Uno, que se concluyó en 2014, y queda como reto el Tramo Tres, para culminar el blindaje de toda la línea de Tibitoc-Casablanca.

Obras en el Tramo Uno Para ejecutar la rehabilitación de los 5,5 kilómetros del Tramo Uno, obra que generó más de 150 empleos directos y 300 indirectos en la región, se rehabilitaron por encamisado de acero 5.075 metros, mediante la instalación

Posteriormente, se realizó el reforzamiento interior con polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) de cinco (5) piezas PCCP, de 4 metros de longitud, localizadas aproximadamente 100 metros aguas arriba del inicio del encamisado. Igualmente se hizo la inyección del grouting de relleno y nivelación (mortero de cemento) entre la camisa interna y la tubería de concreto existente (76,8 mm de espesor en todo el perímetro de la camisa).

Tras el aislamiento del tramo se procedió al vaciado de la tubería, para poder hacer el lavado de la misma. Una vez culminadas estas tareas se efectuaron la construcción y/o adecuación de 8 vías de acceso a cada una de las ventanas de inserción, con el fin de poder llegar con los equipos, maquinaria y las camisas de acero para ser insertadas.

Simultáneamente, se fabricaron las camisas de acero con diámetro interno de 1.800 milímetros, y espesor de 11,5 milímetros, en su mayoría de 7 metros de longitud y un peso de 7 toneladas, y en menor cantidad de 3,50 metros. En total se fabricaron 778 piezas; 70 operarios fabricaron los 5 mil metros de tubería en un tiempo de 6 meses; el acero con el cual se construyó la tubería fue traído de Ucrania, y las válvulas instaladas en la red de distribución se hicieron en Manheim, Alemania.

A través de las ventanas de acceso se ingresó y procedió a romper en dos secciones longitudinales el tubo existente, sacando la mitad superior y dejando la mitad inferior para que sirviera de piso firme y estable para toda la operación de la ventana.

La instalación de las camisas de acero se efectuó mediante la utilización de una viga metálica en celosía, empujada por un mecanismo eléctrico, construido a partir de la adecuación y modificación de un vehículo de los usados para la práctica de golf. Por medio de una grúa se bajaron las camisas a un equipo de trans-

SCI premia megaproyecto de la EAB para modernizar red de abastecimiento de agua potable

de tubería de acero de 72 pulgadas de diámetro ASTM A36, para presión de trabajo de 200 libras por pulgada cuadrada (psi), con recubrimiento interno de mortero de cemento de media pulgada de espesor, fabricada de conformidad con la norma AWWA C-200.

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porte interno, el cual lleva la camisa hasta su lugar definitivo de instalación; este equipo se mueve mediante cables, y su sistema de tracción está previamente localizado y anclado dentro de la zona en rehabilitación.

carbono se instalaron las válvulas y se realizaron las pruebas hidrostáticas. De esta manera, se concluyó esta obra que permite garantizar el abastecimiento de agua para cerca de tres millones de personas.

La camisa de acero fue llevada al sitio de instalación con un recorrido dentro de la tubería de 800 metros. Este desplazamiento también se hizo mediante un transporte tipo carro de golf, con el fin de evitar la emisión de monóxido de carbono dentro de la tubería.

Vale la pena destacar que una obra de ingeniería puede verse majestuosa, tener pergaminos y destacarse por las complejidades técnicas para lograrla, pero el alma de una obra se desarrolla desde su concepción, desde la intencionalidad que vislumbre un beneficio, y esa alma crece y logra su estado ideal cuando se vuelve útil, productiva para la sociedad, y genera los beneficios que seguramente se visualizaron en las hipótesis que permitieron su ejecución.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Posteriormente, se realizó la soldadura de las camisas de acero y el revestimiento de las juntas con mortero. Tras el cierre de las boquillas de inyección y el reforzamiento de la fibra de

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L

d en

SCI premia megaproyecto de la EAB para modernizar red de abastecimiento de agua potable

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Revista de IngenierĂ­a Sanitaria y Ambiental

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos Santiago Lozano Pontón* José A. Martínez Sepúlveda** Nancy J. Montoya Gómez***

RESUMEN El presente estudio de investigación tiene su origen en el Trabajo de Grado para obtención del título de Especialista en Gestión de Residuos Sólidos de la Universidad EAN, Colombia, con opción de doble titulación en convenio con la Universidad de Castilla La Mancha-UCLM (España), y del Trabajo de Grado del Máster en Ingeniería y Gestión Medioambiental de la misma UCLM, desarrollados durante el año 2012, complementados con otros desarrollos realizados a través de la línea de investigación en Residuos Sólidos de la Universidad EAN. El objetivo es analizar, en forma preliminar, la producción de bioetanol, a partir de la Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos (FORSU), con el fin de suplir, mediante una alternativa innovadora, la demanda de este compuesto como biocombustible y como insumo para procesos industriales, sin afectar cultivos de productos alimenticios básicos.

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

El aprovechamiento no convencional de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU), en particular para las condiciones de América Latina, en donde más del 54% de los RSU corresponden a residuos de características orgánicas (según datos del Banco Mundial), es una importante posibilidad de agregar valor, generar crecimiento económico y crear condiciones de trabajo dignas para las personas vinculadas al aprovechamiento informal de residuos. Por ello, ante el potencial de la biotecnología que ofrece diversas opciones para la generación de energías renovables, se busca abordar la producción de bioetanol a partir de procesos biológicos de metabolización de la materia orgánica, mediante fermentación anaerobia.

*

Ingeniero Ambiental, Magíster en Ingeniería y Gestión Medioambiental de la Universidad de Castilla La Mancha-UCLM, Ciudad Real, España. Especialista en Derecho del Medio Ambiente de la Universidad Externado de Colombia. Consultor.

**

Ingeniero Químico, Magíster en Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Colombia, Doctorado en Administración Estratégica de Negocios (PUCP, Perú/ MSM, Holanda). Especialista en manejo de residuos sólidos y peligrosos (UNAM-JICA). Diplomado en Educación Ambiental (PUJA, Colombia) y en Desarrollo Sostenible (Lauphana, Alemania).

Docente Asociado, investigador y Director del Programa Especialización en Gestión de Residuos Sólidos y Maestría en Ingeniería de Procesos, Facultad de Posgrados, Universidad EAN. E-mail: jamartinez@ean.edu.co

*** Ingeniera Ambiental, Especialista en Gerencia de Proyectos y en Gestión de Residuos Sólidos, Universidad EAN. Especialista Universitaria en manejo de Residuos Sólidos y remediación de Suelos Contaminados, Universidad de Castilla La Mancha-UCLM. Ciudad Real, España. Consultora.

ARTÍCULO TÉCNICO

En este documento se presenta, en una primera parte, el desarrollo de la fase preliminar, a escala de laboratorio, y posteriormente las fases de experimentación prueba, y experimentación con FORSU, con el fin de evaluar las probabilidades de obtención de bioetanol mediante una

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unidad de fermentación anaerobia experimental; además, se determina si es necesario realizar algún pre-tratamiento a la FORSU con el fin de lograr mejores rendimientos en la producción de bioetanol; los resultados se presentan de acuerdo con el desarrollo de cada fase experimental, usando sistemas de medición analíticos convencionales.

Palabras claves: Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos (FORSU), Bioetanol, Aprovechamiento, Fermentación Anaerobia, Biocombustibles.

ABSTRACT This research study has its origins in the final work for to obtain the grade title as Specialist in Solid Waste Management in the Universidad EAN (Colombia) with dual degree option in partnership with the Universidad de Castilla La Mancha (Spain) developed during 2012, supplemented with other developments made by the Solid Waste research line in the Universidad EAN; the order is a preliminary analysis of bioethanol production from organic fraction of Municipal Solid Waste (OF-MSW), in order to meet a innovative way for to obtain of this compound as biofuel and industrial processes as input.

The unconventional use of Solid Waste (MSW), and in particular, the conditions of Latin America, where over 54% of MSW are organic characteristics, ends up being an opportunity to add value, generate economic growth and create decent working conditions for those linked to informal waste utilization. Therefore, exploiting the potential of biotechnology that offers various options for renewable energy generation, it seeks to address the production of bioethanol from biological processes to metabolize organic matter by anaerobic fermentation.

In this research study, in the first part will present the development of a preliminary phase, at laboratory scale, and later phases of experimentation testing and experimentation MSW, in order to assess the likelihood of obtaining bioethanol by unit experimental of anaerobic fermentation. The results are presented according to development of each experimental phase using conventional analytical measurement systems.

Key Words: Organic Fraction Municipal Solid Waste (OFMSW), Bioethanol, Beneficial Use, Anaerobic Fermentation, Biofuels.

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Introducción

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E

l desarrollo del presente estudio de investigación, realizado en los Laboratorios de la UCLM, consiste en analizar la producción de bioetanol a partir de la Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos (FORSU); dicho compuesto es usado en la actualidad como alcohol carburante o biocombustible, así como insumo para algunos sectores industriales, y su producción convencional tiene su origen en materiales que pueden tener otros usos estratégicos, como por ejemplo, la alimentación humana.

Si bien la implementación de la Política Nacional de Producción y Consumo Colombiana y de la Política Nacional de Gestión Integral de Residuos Sólidos, han permitido que el país haya “…llegado a avances como el que actualmente el 79% de los municipios del país dispongan sus residuos en sitios adecuados, tales como rellenos sanitarios y plantas integrales, siendo este porcentaje equivalente a 25.091 toneladas por día, así como el cierre preventivo y definitivo de sitios temporales de disposición en el territorio nacional que habían sido autorizados (o no) por la entidad competente respectiva...”

El objetivo propuesto fue investigar el proceso de producción de bioetanol y los pre-tratamientos requeridos durante la transformación de la Fracción Orgánica proveniente de los Residuos Sólidos Urbanos-FORSU, con miras al aprovechamiento no convencional de este material; en la actualidad, la materia orgánica se usa en la producción de compost o de humus a través de cultivos de lombrices, sin embargo, es necesario proponer alternativas complementarias que permitan generar nuevos emprendimientos alrededor del tema.

El presente estudio investigativo apunta a la evaluación preliminar de una propuesta de innovación con el fin de generar bioetanol como fuente de energía limpia alternativa, a partir de residuos que actualmente se desperdician y generan alto impacto negativo ambiental (reducción de presión por vida útil de rellenos sanitarios) y social, además de no competir con alimentos como materias primas para la generación de biocombustibles o insumos de la industria manufacturera y química.

1. Marco contextual de los residuos y los biocombustibles 1.1. El Manejo de Residuos Sólidos Urbanos Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) tienen características físicas y químicas que, si se presenta un inadecuado manejo después de su generación, pueden traer problemas de salubridad y deterioro del ambiente, como contaminación atmosférica, contaminación edáfica, contaminación de las aguas superficiales o subterráneas, afectación por olores, presencia y proliferación de plagas, degradación del paisaje y otros. Hoy en día, como se menciona en Martínez S., José A. (2012), cerca de 3.000 millones de habitantes en el planeta generan

en promedio 1,2 kg por persona, por día de Residuos Sólidos Urbanos (RSU), para una generación mundial total de cerca de 1.300 millones de toneladas por año; de esa cantidad, América Latina genera cerca de 160 millones de toneladas por año.

La composición de los RSU varía en todo el mundo de región a región, algo similar a lo que ocurre con el índice de generación de RSU per cápita; en particular, en América Latina se estima que la fracción orgánica de los RSU son un 54% del total; el papel tiene el 16% y el plástico el 12%, correspondiendo esta distribución a valores de países pobres y de ingresos medios, según mencionan Betancourt, R. y Martínez S., José A. (2012).

El manejo inadecuado de los residuos sólidos podría llegar a convertirse, entonces, en un problema ambiental para las ciudades, dado el proceso de urbanización que a nivel mundial se viene presentando en los últimos veinte años; en Colombia, de las más de 25.000 toneladas por día que se generan de Residuos Sólidos Urbanos (RSU), sólo Bogotá produce más del 26%, esto es, 6.600 toneladas diarias “… las cuales se disponen en el Relleno Sanitario Doña Juana (opción centralizada), adicional a las 1.200 toneladas día aproximadamente que no van a disposición final sino que se desvían a través de opciones no centralizadas de aprovechamiento (cooperativas de recicladores, opciones privadas de manejo posproducción, etc.)…” (Martínez S., José A, 2012). Esos RSU de la ciudad de Bogotá se disponen de manera mezclada, dañando el potencial de aprovechamiento de algunos materiales y agotando su capacidad y vida útil, con graves inconvenientes a nivel ambiental y social hacia el futuro, por esta situación; de esa cantidad que se dispone diariamente en la ciudad de Bogotá, más del 65% corresponde a residuos orgánicos, y adicionalmente, en las principales plazas de mercado de Bogotá se producen 70 toneladas diarias de residuos orgánicos, de los cuales sólo un mínimo porcentaje es usado como fuente

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

(Martínez S., José A., 2012), es claro que se requiere de opciones para reducir la cantidad de residuos que van a los rellenos sanitarios y, de paso, aprovechar su potencial.

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de alimento animal y para producción de compost, sin características económicas viables.

La Gestión Integral de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU), según la normatividad vigente, comprende todas las actividades desde la generación, recolección, transporte, almacenamiento, separación y disposición final de los RSU. En general, en la actualidad los componentes de la Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos-FORSU pueden ser transformados con el fin de obtener a partir de ellos nuevos productos con otras aplicaciones competitivas, como por ejemplo, los procesos de biometanización y compostaje, técnicas mediante las cuales es posible obtener fuentes generadoras de energía que pueden usarse como combustible alternativo (para el primer caso) o productos de valor agregado con bajo impacto ambiental (en el segundo). Otros procesos que pueden encargarse de aprovechar energéticamente los RSU (incluyendo otras fracciones diferentes a la orgánica) son la gasificación, la hidrogenación, la pirolisis y la oxidación, muy usadas en los países desarrollados, tecnologías éstas que –actualmente- aún no son implementadas en nuestro país.

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1.2. La generación de bioetanol en Colombia

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La producción de bioetanol en el mundo es manejada por algunas naciones como Estados Unidos, Brasil y Europa (ver Figura Nº 1); de Latinoamérica, según una entrevista de América Economía al Ing. José Alejandro Martínez S. de la Universidad EAN: “…se destacan Brasil, Argentina y Colombia como líderes en la producción de biocombustibles en la región; desde el año 2000, su producción en el mundo ha crecido a un ritmo anual de 10%, totalizando 90.187 millones de litros en 2009; de ese total, 82% corresponde a bioetanol y 18% a biodiesel; Brasil es el segundo productor de bioetanol del mundo, con 33,2% de participación en el mercado. Colombia, en tanto, figura en el décimo lugar de países productores, con 0,4%.

Argentina, es el segundo productor mundial de

Figura Nº 1. Principales productores de bioetanol a nivel mundial. Fuente: Ministerio Federal de Cooperación Económica y Desarrollo, México, 2010.

biodiesel, con 13,1% del mercado, después de Estados Unidos que lidera con 14,3%; Brasil se ubica en quinto lugar, con 9,7% de participación...”.

En Colombia, 19 Departamentos consumen mezcla de gasolina con 10% de etanol, cubriendo el 75% de la demanda nacional equivalente a aproximadamente 69.000 barriles/día, con posibilidades de incrementar la mezcla a 20% y el cubrimiento al 100% del país para el año 2015, según la Federación Nacional de Biocombustibles; en la Figura Nº 2 se puede observar la tendencia histórica de la producción de bioetanol en Colombia, en los últimos años.

Histórico de producción de Etanol en Colombia (2008-2012)

Figura Nº 2. Producción histórica de etanol en Colombia. Fuente: Federación Nacional de Biocombustibles, 2012.

El mercado objetivo en el país cada vez es más amplio: la alta demanda actual y la poca oferta hacen que el producto con óptimas características, bajos costos de producción con relación a otros procesos similares y la creciente demanda por el auge ambiental en el mercado global, favorezcan su aceptación en el mercado.

2. Metodología de la investigación Para el estudio preliminar de investigación se identificaron los componentes típicos de la Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Orgánicos (FORSU) que pueden ser transformados a bioetanol mediante un proceso de fermentación posterior a una Hidrólisis. Con el uso de esta etapa se puede llevar a cabo un proceso básico en el que la biomasa se transforma a moléculas de azúcares, los cuales pueden ser fermentados y, desde allí, ser transformados en alcohol, el cual con su posterior destilación logrará obtener la pureza deseada. En la primera parte del estudio, se desarrollaron las siguientes fases:

Para cada una de las Fases se realizaron muestreos continuos del líquido, así como el análisis de los gases producidos. La descripción de las Fases en detalle se presenta a continuación.

2.1. Fase 1. Hidrólisis/Solubilización de la FORSU Con el fin de realizar la hidrólisis y solubilización de la FORSU, y las demás Fases de la investigación, a nivel de laboratorio se empleó una composición típica establecida bibliográficamente. Para la preparación de la mezcla artificial de FORSU se utilizó la información de las cantidades de materiales típicos según lo establecido por D.J. Martin y colaboradores en su artículo: “Small scale simulation of waste degradation in landfills” (ver Tabla Nº 1).

Tabla Nº 1. Características de la composición de la FORSU Componente

% p/p

Componente

% p/p

Papa

6,2

Naranja

4,9

Zanahoria

2,8

Tomate

1,3

Guisantes

1,3

Carne

2,2

Manzana

4,9

Pasta Hervida

2,3

Banana

3,5

Arroz Hervido

23

Repollo

5,3

Pan

3,5

Cebolla

2,8

Papel

55,8

Coliflor

0,9

Total

100

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

En el país, el principal productor de etanol es la industria azucarera, a partir de la caña de azúcar con cinco plantas en operación (en el Valle del Cauca, en Cauca y en Risaralda), que producen en total 1’000.000 litros/diarios de alcohol carburante.

Fuente: Martin y col., 1997.

• Fase 1: Hidrólisis/Solubilización de la FORSU. • Fase 2: Fermentación anaerobia control.

• Fase 3: Fermentación anaerobia de la mezcla artificial de FORSU. En una segunda parte del estudio se aplicaron tres diferentes pre-tratamientos sobre la mezcla artificial de la FORSU: hidrólisis ácida, hidrólisis alcalina y adición de un solvente orgánico, buscando determinar cuál ofrecía mayores rendimientos finales en la producción de bioetanol.

En todos los test en que se realizó fermentación anaerobia, el microorganismo utilizado fue la levadura Saccharomyces cerevisiae.

La mezcla artificial de FORSU con agua destilada se llevó a cabo en un bio-reactor, por un período de 14 días, con el objetivo de permitir la hidrólisis y solubilización de la misma, con agitación continua y recirculación del líquido, con el fin de garantizar la homogeneidad de la masa orgánica, del proceso y de las muestras analizadas.

2.2. Fase 2. Fermentación anaerobia control con glucosa En esta Fase se realizó la instalación experimental para la fermentación anaerobia de la

43

Tabla Nº 2. Composición de las sales Componente

Concentración

Componente

Concentración

Glucosa (g/dm3)

9,00

ZnSO4 7H2O (g/dm3)

7,20•10-3

(NH4)Cl (g/dm3)

3,02

FeSO4 7H2O (g/dm3)

6,98•10-3

KH2PO4 (g/dm3)

1,76

MnCl2 4H2O (g/dm3)

5,63•10-3

NaCl (g/dm3)

0,66

CuCl 2H2O (g/dm3)

4,95•10-3

Na2SO4 (g/dm3)

0,13

CoCl2 6H2O (g/dm3)

2,17•10-3

MgCl2 6H2O (g/dm3)

0,27

CaCl2 (g/dm3)

1,35•10-3

EDTA (g/dm3)

0,11

NiCl2 6H2O (g/dm3)

1,13•10-3

Fuente: Martin y col., 1997.

glucosa, sin y con control de pH, en una preparación del sustrato diluido en 5 lt de agua destilada, a una temperatura controlada de 23°C y 26°C, respectivamente; en la prueba con pH controlado se mantuvo éste a un nivel de 5.

La composición de las sales adicionadas como suplemento nutricional fue la misma utilizada en ambas pruebas, ilustrada en la Tabla Nº 2.

Las medidas de los parámetros convencionales se realizaron de acuerdo con los métodos normalizados de análisis (APHA, 1998), mediante técnicas utilizadas en el análisis de aguas. Para el caso de la determinación de los Sólidos Suspendidos Totales (SST) y de los Sólidos Suspendidos Volátiles se usó el método que se rige por las Normas 2540 D y 2540 E, respectivamente.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

2.3. Fase 3. Fermentación anaeróbica de la mezcla artificial de FORSU

44

Para el desarrollo de esta Fase se realizó la instalación experimental con la mezcla inicialmente preparada de la FORSU, utilizada y descrita anteriormente en la Fase 1. Se realizó con una preparación diluida en 3 lt de agua destilada, sin y con control de pH (5,0) y una temperatura de 26ºC.

2.4. Fase 4. Pre-tratamiento con adición de compuestos Después de varias revisiones bibliográficas se decidió aplicar tres diferentes tratamientos

a la mezcla artificial de FORSU, con el fin de actuar sobre las cadenas celulíticas de la materia orgánica, para que los microorganismos puedan actuar más fácilmente durante la fermentación anaerobia, y así aumentar los rendimientos en la producción de bioetanol, sin control de pH. El primer pre-tratamiento utilizado fue una hidrólisis ácida, en la cual se agregó ácido sulfúrico (H2SO4) a 0,75% v/v a 121°C por una (1) hora (Saha y col., 2005); el siguiente pre-tratamiento realizado fue una hidrólisis alcalina, mediante la adición de 0,5 g de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) por cada gramo de biomasa a 121°C por una (1) hora (Kim y Holtzapple, 2006); el tercer pre-tratamiento, fue la adición de un solvente orgánico. Se utilizó adición de etanol (CH3CH2OH) al 50% v/v y ácido sulfúrico (H2SO4) al 1,25% p/p a 160°C por 70 minutos (Zhao y col., 2009). Luego se procesó en rotavapor por 25 minutos a 65°C. Fue utilizado un rotavapor de marca BUCHI modelo R-210.

3. Resultados y Discusión A continuación se presentan los resultados obtenidos en cada una de las Fases experimentales y sus respectivos análisis.

3.1. Fase 1. Hidrólisis/Solubilización de la FORSU Los resultados obtenidos de DQO a partir de cada toma de muestras se presentan en la

Figura Nº 3, y los datos de concentración de CO2 y CH4 obtenidos mediante cromatografía de gases se presentan en la Figura Nº 4.

CO2 - CH4 vs Tiempo 25

20

ml

15

10

CO2 CH4

5

0 0

0,5

1

1,5

2

2,5

Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla No 3. En esta fase de fermentación anaerobia sin control de pH se observó una aparente producción de etanol, así como una acidificación en el medio (valor de pH 2,5). Esta situación provocó también un descenso de la concentración de la biomasa (Figura Nº 5 y Figura Nº 6). La prueba, repetida con control de pH, presentó los resultados que se muestran en la Tabla Nº 4 y las Figuras Nº 7 a la Nº 9.

Figura Nº 3. Producción de Gases vs. Tiempo.

Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

DQO vs Tiempo 200000

160000

140000

120000 mg/l

3.2. Fase 2. Fermentación anaerobia de glucosa

3,5

3

Días

180000

sanitario joven (< 2 años), en el cual la DQO oscila entre 3.000 y 60.000 (mg/lt), sin embargo, la solubilización de los compuestos orgánicos en el agua fue muy rápida; de la misma forma, el descenso de la DQO en el tiempo, puede representar transformaciones anaerobias ocurridas durante este proceso, como lo podría soportar la producción de metano (CH4) y de CO2 del sistema, como se aprecia en la Figura Nº 3.

100000 80000

40000 20000 0

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

Días

Figura Nº 4. Variación DQO vs. Tiempo.

Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

Los resultados de la DQO obtenidos (Figura Nº 4) son valores altos que se encuentran por encima del promedio de lo que sería un relleno

Cuando se realizó el experimento con control de pH, el valor de este parámetro se mantuvo en 5,0, favoreciendo aparentemente el crecimiento de los organismos productores de etanol y la producción del mismo. El rendimiento en la producción de etanol alcanzado fue de 0,5 gr etanol/gr de glucosa para el tiempo de prueba de cerca de 35 horas. Como gases principales generados se presentaron en esta fase dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2).

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

60000

Tabla Nº 3. Resultados Fase 2 Muestra

SST (gr/lt)

SSV (gr/lt)

G1.01

0,6473

0,6250

8,965

8965,492

0

0

G1.02

0,8556

0,8556

6,520

6520,240

0

2303,168

G1.03

0,2108

0,3005

4,112

4112,303

0

5221,027

G1.04

1,1649

1,1708

1,622

1621,630

0

3341,716

G1.05

1,0794

1,0414

0,151

150,501

0

4706,179

G1.06

1,1301

1,1203

0

0

0

5153,683

G1.07

0,1089

0,1754

0

0

0

3864,414

G1.08

0,2249

0,2556

0

0

0

5383,566

Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

Glucosa (gr/lt) Glucosa (ppm)

Acetona (ppm)

Etanol (ppm)

45

Etanol y glucosa vs Tiempo

Etanol y Glucosa vs Tiempo

10000 9000

10000 9000

8000

8000

7000

7000

6000

5000

4000

3000 2000

ppm

6000

ppm

1000

0

5

10

15

20

25

30

35

t(hr)

10

20

30

40

50

60

Glucosa

t(hr)

0

0 0

2000

1000

4000 3000

5000

Etanol

Acetona

Glucosa

Acetona

Etanol

Figura Nº 7. Comportamiento del etanol y acetona producidos y la glucosa vs. Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

Figura Nº 5. Comportamiento del etanol y acetona producidos y de la glucosa vs. Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

SST - SSV vs Tiempo

SST - SSV vs Tiempo 1,2

1,4 1,2

gr/l

gr/l

0,8

0,8

1

0,6

0,4

0,6

0,2

0,4

0,2 0

1

0

0

10

20

30

40

0

10

50

60

t(hr)

SST

20

40

30

t(hr) SSV

SST

Figura Nº 8. Comportamiento de los SST y SSV vs. Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

SSV

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Figura Nº 6. Comportamiento de los SST y SSV vs.

Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

46

Tabla Nº 4. Resultados prueba con control de pH Muestra SST (gr/lt)

SSV (gr/lt)

Glucosa (g/l) (gr/lt)

Glucosa (ppm)

V CO2 ml

V H2 ml

Etanol (ppm)

Acetona (ppm)

0,0000

0,0000

0

0

G2.01

0,4707

0,4856

9,5216

9521,6114

G2.02

0,9389

0,9256

4,3892

4389,2290

297,7908

13,5323

2303,168

0

G2.03

1,1180

1,0961

0,1221

122,0675

2513,6371

23,0951

5221,027

0

G2.04

1,1227

1,1318

0,0000

0,0000

4516,8570

127,8565

3341,7164

0

G2.05

1,1101

1,0958

0,0000

0,0000

4590,9893

163,1361

4706,1793

0

G2.06

1,0323

1,0501

0,0000

0,0000

4615,7305

183,2693

5153,6832

0

Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

Etanol vs Tiempo

CO2 - H2 vs Tiempo

600 ml/hr

500 400 300 200 100 0

90

0

80

70

60

ppm

700

50 40

30

20

40

60

80

100

t(hr)

20 10

CO2

H2

0 0

Figura N°9. Comportamiento de los gases producidos vs. Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

3.3. Fase 3. Fermentación anaerobia de la mezcla artificial de FORSU A continuación se presentan los resultados arrojados de DQO, SST, SSV, glucosa, etanol y los gases producidos (ver Tabla Nº 5 y Figuras Nº 10 y Nº 11).

Tabla Nº 5. Resultados DQO Fase 3 con control de pH Muestra R1.01 R1.02 R1.03 R1.04 R1.05 R1.06

Toma muestra Día 1 Día 1 Día 1 Día 1 Día 2 Día 3

DQO (mg/lt) 5480 3970 5820 3760 5470 7700

Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

SST - SSV vs Tiempo 0,6 0,58

gr/lt

0,56 0,54

0,52

0,5

0,48 0

5

10

15

20

25

t(hr)

SST

SSV

Figura Nº 10. Comportamiento de los SST y SSV vs.

Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

30

5

Etanol

10

15

20

25

30

t(hr) Acetona

Figura Nº 11. Comportamiento de la producción de etanol vs. Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

El comportamiento observado para la producción de etanol a través del tiempo, en esta Fase, pudo deberse a que existió una reacción metabólica colateral desarrollada entre las 0 y 7 horas, lo que permitió que se generaran como metabolismo intermedio moléculas que podrían dar positivo a los análisis de etanol realizados, las cuales fueron degradadas y usadas como material para producir etanol en forma continua y persistente a partir de la hora siete de la prueba. Analizando la evolución de los gases (Figura Nº 11) se puede observar que aparecen picos altos y seguidamente valles, lo que podría ser debido a la necesidad de etapas previas de transformación para la fermentación a etanol; estos resultados indican que sería necesario aplicar y realizar tratamientos previos, como por ejemplo digestión ácida u otros métodos que permitan modificar la composición del efluente y facilitar su posterior transformación a etanol.

Esta prueba se repitió sin control de pH; allí, las concentraciones de los sólidos suspendidos presentaron una disminución con tendencia exponencial. Para los Sólidos Suspendidos Totales (SST) se presenta un tasa de disminución de 0,0040g/l*h y para los Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) de 0,0038 g/l*h (Figura Nº 12).

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

800

47

500

0,70

+ x

0,50

++ + x x

0,40

(g/l)

400

+ x

+ x

+ x

(ml)

0,60

+ x

0,30

300

200

0,20

100 0,10

0

0,00 0

20

40

60

0

20

40

80

Tiempo (h)

Tiempo (h)

x

60

80

+

SST

SSV

V H2

V CO2

Figura Nº 12. Comportamiento de los SST y SSV vs.

Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

Figura Nº 14. Producción de CO2 y H2 sin control de pH. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

En relación con la disminución de la concentración de los sólidos suspendidos, los microorganismos producen diferentes sustancias, entre ellas el etanol, la cual es la de mayor interés en este Proyecto. Se aprecia que la producción de etanol tiene una tendencia lineal con una baja pendiente (Figura Nº 13). Consecuentemente con la producción de etanol, también se generan gases, entre ellos el dióxido de oxígeno y el hidrógeno gaseoso; en la Figura Nº 14 se puede observar que, desde el inicio del test, se están generando dichos gases; las tendencias marcadas por los resultados de la producción de gases son exponenciales.

800 700

3.4. Fase 4. Fermentación anaerobia de la mezcla artificial de FORSU aplicando pre-tratamiento El primer pre-tratamiento que se realizó sobre la mezcla artificial de Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos fue la adición de ácido sulfúrico (H2SO4), el cual tenía como objetivo solubilizar la fracción de hemicelulosa del residuo y hacer que la celulosa sea más accesible para las enzimas (P. Alvira y col., 2010).

Durante el desarrollo del test se observó una disminución en la concentración de los sólidos suspendidos, tanto totales como volátiles, con dos tendencias claras: una exponencial inicial (hasta las 17 horas) y una lineal final, como se puede ver en la Figura Nº 15.

48

500

0,70

0,60

400

200

100

0

+ x + x

0,50

300 (g/l)

Etanol (ppm)

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

600

x

+ x

+ x

+x

+

0,30

x

0,20

0

0,40

20

40

60

80

Tiempo (h)

+

x

+

0,10 0,00

0

20

40

60

80

100

120

Tiempo (h)

Etanol

Figura Nº 13. Comportamiento de la producción de etanol vs. Tiempo. Fuente: Montoya G. Nancy Johana (2012).

x +

x SST

+ SSV

Figura Nº 15. Concentraciones SST y SSV pre-tratamiento H2SO4. Fuente: Lozano Pontón, Santiago (2012).

Una vez hidrolizados, los sustratos solubles son transformados en una serie de productos de fermentación, entre los que se destaca el etanol. Como se puede observar en la Figura Nº 16, la producción de etanol fue constante a lo largo del test y, consecuentemente con la tendencia observada en las concentraciones de los sólidos suspendidos, también se presentan dos etapas.

Durante la totalidad del test (116,33 horas) se generaron 1.758,88 mg/l, con lo cual en el reactor utilizado (3l) se alcanzaron a producir 5,27 g de etanol (tasa de generación de etanol para todo el test de 15,11 mg/l*h) y un rendimiento de producción promedio de 0,0453 mg etanol/g FORSU*h.

Como parte del proceso llevado a cabo por los microorganismos se obtiene dióxido de carbo-

2000 1800

Etanol (ppm)

1600

1400 1200 1000

800 600 400

no e hidrógeno gaseoso, los cuales se generan en una relación directamente proporcional con la producción de etanol e inversamente proporcional con la hidrólisis de los sólidos suspendidos; por lo tanto, en las tendencias presentadas en los valores de la producción de los gases también se observan dos etapas, tomando como punto intermedio las 20 horas.

El pre-tratamiento de adición de hidróxido de calcio utilizado sobre la mezcla artificial de FORSU se seleccionó realizando revisión bibliográfica en la que utilizaban este método sobre rastrojo de maíz, debido a que incrementa la digestibilidad de la celulosa y hace más efectiva la solubilidad de la lignina, exhibiendo menor solubilidad de la celulosa y hemicelulosa que en los procesos ácidos e hidrotérmicos (Carvalheiro y col., 2008). El pre-tratamiento con hidróxido de calcio remueve sustancias amorfas como la lignina, lo cual aumenta la eficacia de las enzimas, debido a la reducción de los lugares de producción de absorción de las enzimas, e incrementa la accesibilidad a la celulosa (Kim y Holtzapple, 2006); el pretratamiento a la mezcla de FORSU modificó el líquido tornándolo a un color lechoso y considerablemente más viscoso, demorando con la levadura Saccharomyces cerevisiae en el reactor biológico un período de 94 horas.

Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

La tasa de disminución de las concentraciones de los SST es de 0,0078 g/l*h en la primera etapa y de 0,0016 g/l*h en la segunda etapa, y para los SSV se tiene 0,0074 y 0,0016 g/l*h respectivamente; dicha variación se explica debido a que en la primera etapa los microorganismos presentes hidrolizan todos aquellos sólidos suspendidos con estructuras sencillas y una vez que éstos se terminan, los microorganismos continúan el proceso con los sólidos suspendidos más complejos, difíciles de hidrolizar, por lo que la tasa de disminución de la concentración se hace menor.

En esta prueba los resultados mostraron que se presentaron dos etapas marcadas por las diferencias en los puntos sobre las gráficas: en la primera, con una duración aproximada de 30 horas, la mayoría de los valores de los análisis realizados no tuvieron variaciones considerables. Posteriormente, los valores se modificaron demostrando en esta segunda etapa la actividad de los microorganismos, posterior a la aclimatación (fase de latencia) de los mismos (ver Figuras Nº 17 y Nº 18).

200 0 0

20

40

60

80

100

Tiempo (h) Etanol

Figura Nº 16. Producción etanol pre-tratamiento H2SO4. Fuente: Lozano Pontón, Santiago (2012).

120

La tasa de disminución de la concentración de los sólidos suspendidos fue 0,0031 g SST/l*h y 0,0022 g SSV/l*h, pasadas las 30,25 horas, empieza la producción de etanol, obteniendo

49

una tasa de producción de etanol de 1,48 mg etanol/l*h.

SST y SSV (Pre-tratamiento + Ca(OH)2) 0,80 0,70 0,60

x

x

x

+

+

+

x

(g/l)

0,50

+

x +

x +

0,40

x +

0,30 0,20 0,10 0,00 0

20

40

60

80

100

Tiempo (h) x SST

+ SSV

Figura Nº 17. Concentración SST y SSV pre-tratamiento adición Ca(OH)2. Fuente: Lozano Pontón, Santiago (2012).

Considerando la cantidad de residuos que se utilizó para la preparación de la mezcla artificial de FORSU (500 g en 1,5 l) y la cantidad de etanol que se logró producir hasta el final del test (417,51 mg en 3l), se puede decir que se producen 0,41 mg de etanol por cada gramo de FORSU utilizado, para un período de 94 horas.

Producción de Etanol (Pre-tratamiento + Ca(OH)2)

de la lignina pura como un subproducto (Zhao y col., 2009). Además del etanol, en este pretratamiento también se adicionó ácido sulfúrico para romper las cadenas de hemicelulosa. Es importante mencionar que, después de procesar la mezcla en rotavapor para retirar el etanol que se había adicionado como parte del pre-tratamiento, la cantidad de líquido en comparación con la inicial fue menor.

El test con el pre-tratamiento de adición de etanol se mantuvo en funcionamiento por 164 horas; para éste se mantuvo una tendencia constante durante todo el tiempo. En la mayoría de los análisis se presentan tendencias exponenciales que muestran cómo, al final del test, la actividad de los microorganismos no tenía la misma velocidad que al inicio, y es posible que se encontraran ya en una fase estacionaria.

Para el caso de la concentración de los sólidos suspendidos (Figura Nº 19) se presenta una tendencia exponencial descendente, con una tasa de disminución de la concentración de SST de 0,0033 g/l*h y en los SSV de 0,0036 g/l*h.

160 140

SST + SSV (Pre-tratamiento + Etanol)

Etanol (ppm)

120 100 80

0,80

0,70

(g/l)

20

20

40

50 60 Tiempo (h)

70

80

90

100

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Etanol

50

+ + X

+

X

X

0,40

+

X

0,30

30

+

X

0,50

40

0 0 10

+

0,60 X

60

Figura Nº 18. Producción de etanol pre-tratamiento Ca(OH)2. Fuente: Lozano Pontón, Santiago (2012).

Una tercera prueba de pre-tratamientos utilizó etanol, debido a que existe bibliografía que menciona el uso de solventes orgánicos como prometedores, desde que se demostró su potencial para actuar sobre los materiales lignocelulosos (Papatheofanous y col., 1995).

Comparados con otros pre-tratamientos químicos, la principal ventaja de los procesos con solventes orgánicos es la relativa recuperación

X +

0,20

X

+

+

0,10

X +

X

0,00 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Tiempo (h) X SST

+ SSV

Figura Nº 19. Concentraciones SST y SSV pre-tratamientos adición de etanol. Fuente: Lozano Pontón, Santiago (2012).

En cuanto a la producción de etanol, en este pre-tratamiento se puede observar una clara tendencia logarítmica desde el inicio del test (Figura Nº 20) con una tasa de producción de etanol de 6,6 mg/l*h y una producción de 3,25 mg de etanol por cada gramo de FORSU en

164,33 horas. La producción de hidrógeno gaseoso y de dióxido de carbono durante todo el test tuvo una tendencia similar a la de la producción de etanol, mostrando una vez más que la producción de estos gases puede utilizarse para la medición de la producción de aquel.

con agitación y recirculación constante, se obtuvo una mezcla con suficiente contenido de materia orgánica (DQB de 16100 mg/l) para la realización de la fermentación anaerobia, lo cual condujo a llevar a cabo un proceso en el cual fue posible obtener, por vía fermentativa anaerobia, bioetanol a partir de la FORSU.

1200

800

•

En cuanto a los procesos de fermentación anaerobia, el control del pH no tiene una influencia significativa sobre los rendimientos de la producción de bioetanol; sin embargo, es recomendable iniciar el proceso de fermentación con pH nivelado a 5.

•

El pre-tratamiento realizado sobre la mezcla artificial de FORSU que mayor rendimiento tuvo en relación con la producción de bioetanol fue el de adición de ácido sulfúrico (H2SO4) con una concentración de 0,75% v/v a 121°C por 1 h, con valor de 15,11 mg/l*h y 5,27 mg etanol / g FORSU.

600

400

200

0

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Tiempo (h)

Etanol

Figura Nº 20. Producción de etanol pre-tratamiento adición etanol. Fuente: Lozano Pontón, Santiago (2012).

Conclusiones •

•

•

El aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos produce un alto impacto ambiental positivo en países en vías de desarrollo, y por lo tanto, la contribución en el manejo de estos residuos para generar productos de valor agregado permitirá generar opciones de aprovechamiento que aporten al desarrollo no carbonodependiente de estos países.

Los residuos sólidos orgánicos son muy abundantes en nuestra región latinoamericana, representando la fracción de mayor porcentaje de RSU, pero sólo una mínima parte de ellos es empleada y valorizada mediante actividades como alimentación animal y producción de compost (biofertilizantes), como retorno al mejoramiento del suelo agrícola para las posteriores cosechas; por ello, es vital promover procesos que valoricen este material y permitan la creación de cadenas productivas diferentes.

Tras colocar la Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos (FORSU) en un reactor

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Análisis preliminar de la obtención de bioetanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

Etanol (ppm)

1000

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La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas Alfredo José Constaín Aragón* Jorge Luis Corredor Rivera**

RESUMEN Los estudios de Calidad de Aguas son herramientas complejas que usan software y técnicas matemáticas orientadas a modelar, predecir y verificar diversos eventos relacionados con amenazas para el recurso agua. Este tipo de eventos está evolucionando en los tres escenarios de la vida real de los cauces: la Hidráulica, el Transporte dispersivo y la Geomorfología. En el estado del arte los procedimientos para medir cada escenario de ellos son de naturaleza diversa, lo que puede llevar a dificultades de integración de la información en estos modelos.

En el presente artículo se analiza la ecuación de Elder, como un puente entre estos dos campos, lo que permitiría un avance interesante en la obtención de información congruente (“homogénea”) para optimizar el desarrollo de modelos. El método propuesto aquí permite poner en perspectiva la naturaleza y los diversos problemas que han sido atribuidos a Elder, tratando de dilucidar nuevos enfoques que recuperarían dicha ecuación, ampliando los procesos de calibración y validación de los modelos de calidad de aguas. Se presentan detalladamente dos casos experimentales: un canal en USA y un cauce natural en Colombia.

Palabras claves: Estudios de calidad de aguas, hidráulica, dispersión, geomorfología.

ABSTRACT

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental ARTÍCULO TÉCNICO

The studies of water quality are complex tools that use software and mathematical techniques oriented to model, predict and verify several events, related with threats to water resource.

This type of events is evolving in three scenarios of streams ‘real life: The Hydraulics, the Dispersive transport and the Geomorphology. In the state of the art of measurement procedures to each scenario, they are of diverse nature, which may lead to integration difficulties for the information in these models.

54

In this article it is analyzed the Elder's equation as a bridge between these two fields which would allow an interesting advance in acquisition of congruent (“homogeneous”) information to optimize development of models. The method proposed here allows putting in perspective the nature and the several problems that had assigned to Elder, trying elucidating new focus that recover this equation, widening the procedures of calibration and validation of quality water

*

Gerente en C.I. Hydrocloro Ltda. alfredo.constain@gmail.com. +57 3125816004. Bogotá. D.C., Colombia.

**

Director Grupo de Investigación “Visión Colombia Hídrica”, Universidad Militar Nueva Granada. jorge.corredor@gmail. com. +57 3102312924. Bogotá D.C., Colombia.

models. There are presented two detailed experimental cases: a channel in USA and a natural stream in Colombia.

Key words: Water quality studies, hydraulics, dispersion, geomorphology.

C

orrientemente ha sido aceptado que las definiciones tempranas acerca del coeficiente longitudinal de Transporte Dispersivo E, en la dinámica de solutos en los flujos, como la ecuación de J.W. Elder por ejemplo, eran imprecisas a pesar de su sólida fundamentación teórica. Éste fue un serio traspié, porque dicha fórmula liga la dispersión con la geomorfología a través de la pendiente -(y por lo tanto con la relación de Chezy-Manning) de una forma general.

Varias razones fueron aducidas para explicar esta derrota, entre ellas el uso equivocado del perfil de velocidad vertical en lugar de la distribución transversal de velocidad, probablemente más significativa en el caso de la dispersión cortante. Pero principalmente, fue debido a que el método de “enrutamiento” de H.B. Fischer (tomado en esos días como el método de referencia) dio valores mayores que el de Elder, especialmente en cauces naturales.

Sin embargo, algunos desarrollos recientes indicarían que esta ecuación no es tan equivocada, ya que aunque la distribución transversal de velocidad puede ser eventualmente más significativa que la vertical, no es correcto poner una en contra de la otra porque ambas son parte del mismo proceso, es decir no son independientes, y es correcto usar una o la otra para representar ese proceso turbulento. También, una nueva definición para E como función del tiempo puede dar un nuevo conjunto de valores más precisos que pueden ajustarse propiamente con los resultados de Elder, enlazando además la hidráulica con el transporte de masa.

A partir de esto, se puede ver que en realidad un resultado de la ecuación de Elder debe ponerse sobre un punto específico de la curva E(t). Los análisis experimentales de este enfoque muestran que en los canales estos puntos afloran casi naturalmente, no así en los cauces naturales, que deben tener un procedimiento un poco más elaborado. En seguida, se analizan los temas antecedentes que permiten una adecuada perspectiva del problema y la solución planteada.

1.1. El aporte de Taylor y Elder Para su aplicación exitosa, los modernos modelos de Calidad de Agua dependen sustancialmente del entendimiento cabal de los movimientos del agua y de las transformaciones de los componentes en ella transportados. Su estructuración depende fundamentalmente pues de la hidráulica (dónde va el agua), del transporte de masa (cómo afecta la advección y la dispersión a los contaminantes o al oxígeno, por ejemplo), y de la geomorfología del cauce en donde esto evoluciona.

Aunque la difusión y la dispersión son diferentes en su esencia (Holley E.R., 1969), en 1954 G.I. Taylor propuso una forma mono-dimensional de ligarlas, definiendo aproximadamente la dispersión como una difusión de carácter especial, tomando las desviaciones espaciales de velocidad, u´, (principalmente) y de concentración, c´, para formar un flujo de masa de soluto (kilogramos por unidad de tiempo y unidad de área) de forma proporcional al gradiente de concentración. Esto sobre la sección transversal en el punto de mayor concentración. La barra indica promedio (integración) espacial y las desviaciones se calculan con respecto a los

La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

Introducción

55

valores medios referidos a la distribución de velocidad y al perfil de concentración, utilizando las aproximaciones de Reynolds y la analogía de Boussinesq (Fischer H.B., 1967).

c´u´ = − E

∂ 2c ∂x 2

(1)

Para encontrar el coeficiente incógnito E, Taylor aisló la sola desviación espacial de velocidad u´ (efecto cortante como causa fundamental del efecto dispersivo en los flujos naturales) en una expresión integral triple, para representar todo el dominio de la sección transversal del flujo. Aquí εz es el coeficiente vertical de difusión, z es la coordenada de profundidad y h es la profundidad.

E=−

h

z

z

1 1 u´∫ ∫ u´dzdzdz ∫ h 0 0 εz 0

(2)

Puestas estas definiciones en un contexto más amplio como balance de masa, se puede establecer la ecuación final conservativa (sin reacciones químicas, ni fuentes, ni sumideros), llamada de Advección-dispersión. Aquí se ha calculado C como el promedio sobre la sección transversal y se han hecho ciertas simplificaciones y manipulaciones, para que no aparezcan las desviaciones explícitamente. U es la velocidad media del flujo sobre esa sección transversal:

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

∂C ∂C ∂ 2C +U =E 2 ∂t ∂x ∂x

56

(3)

La solución de (3) se expresa mediante la ecuación clásica de Fick, con A el área de la sección transversal del flujo y M la masa del soluto vertido al flujo.

2 M − ( X4−EUtt ) C ( x, t ) = e A 4tE

(4)

Aunque las ecuaciones anteriores son la guía general del fenómeno descrito, es necesario disponer de datos específicos del cauce en cuanto a velocidad, geometría y transporte (U, A y E) cuando se quiere aplicar a casos concretos. La velocidad U se puede medir directamente y lo mismo A, pero el valor de E hay

que establecerlo mediante procedimientos alternos, de naturaleza teórica, experimental o con una mezcla de ambas. Taylor se propuso, entonces, hallar un primer valor para E en el caso de un tubo ideal infinitamente largo de radio a, en flujo uniforme. Para este caso concreto, Taylor usó la ecuación general (2), suponiendo una distribución específica u´(z) como la propuesta por Nikuradse para tubos ideales, hallando el valor para E en este caso como en la ecuación No. 7 (Fischer H.B., 1966) donde g es la aceleración de la gravedad y S es la pendiente de fricción:

E = 10.1a agS

(5)

En 1958 J.W. Elder, ampliando el alcance de la definición anterior, presentó una ecuación que enlazaba la dispersión (transporte) con la pendiente, como gradiente de energía que puede ser correlacionada con la geomorfología, facilitando el tratamiento unificado de estos dos campos. Para su desarrollo, Elder partió de los enfoques y simplificaciones que originalmente introdujo G.I. Taylor en 1954, asumiendo flujo uniforme.

1.2. La ecuación de Elder Dado que los acuciantes problemas en los flujos naturales requerían una solución similar, J.W. Elder amplió el enfoque de Taylor a las corrientes a flujo abierto (Fischer H.B., 1968).

Para ello, utilizó como distribución específica de u´(z) la ley logarítmica de perfil de velocidades en función de la profundidad, h. Aquí g es la aceleración de la gravedad y κ≈0.41 es la constante de Von Kárman.

u´(z ) =

hgS   z  1 + Ln   κ   h 

(6)

Realizando las integraciones correspondientes en (2), partiendo de la función en (6), Elder obtuvo finalmente la definición para el Coeficiente Longitudinal de dispersión en flujos abiertos infinitamente anchos:

κ3

hgS = 5.93h hgS

(7)

La importancia de este aporte radica en que enlaza de manera directa y simple el transporte de masa dispersivo con la geomorfología del flujo a través de la pendiente, S.

1.3. Las dificultades de la definición de Elder No obstante las innegables ventajas de la definición anterior, su uso ha sido muy controvertido, decayendo con los años. Las razones para esta oposición son variadas, pero entre las principales se cuentan: El uso de la distribución vertical en lugar de una transversal, supuestamente más correcta, y los resultados numéricos más bajos que los obtenidos por el método de referencia (“Método de enrutamiento”). En seguida se analizan detalladamente ambos temas.

1.4. Naturaleza de las distribuciones de velocidad vertical y transversal Corrientemente se critica la ecuación (7) por no representar supuestamente el fenómeno dispersivo, ya que en las corrientes naturales normalmente las desviaciones de velocidad son más significativas en el eje transversal (ancho) que en el eje vertical (profundidad); (Seo I.W. & Baek K.O, 2002). Para avanzar en el análisis del problema, si se identifican las distribuciones vertical y transversal como las causas principales de la dispersión en los flujos naturales cortantes, es posible definir una combinación lineal diferencial para el coeficiente longitudinal de dispersión, suponiendo estas contribuciones como variables independientes:

E = f (v z , v y )

(8)

Por lo tanto:

 ∂E dE =   ∂v z

 ∂E  dv z +   ∂v   y

 dv y  

(9)

Esto quiere decir que, en este caso, estrictamente hablando, la variación del Coeficiente de transporte longitudinal dependerá de dos factores a la vez, los cuales deben ser tenidos en cuenta simultáneamente, para obtener una definición precisa del parámetro.

dE = dEvz + dEvy

(10)

Pero, ¿son independientes estos dos componentes? Dicha pregunta es interesante para ver la justificación de las ecuaciones (9) y (10), en la que las dos componentes compiten necesariamente entre sí para ajustar el valor total de la variable. Siguiendo las pautas clásicas sobre la naturaleza de las turbulencias establecidas por L.W. Richardson, G.I. Taylor y A.N. Kolmogorov, entre otros (Peralta Fabi R., 2001), las escalas del movimiento turbulento son tales que la energía que sostiene los movimientos irregulares de vorticidad va transitando desde entornos (torbellinos) mayores, donde la geometría define las distancias características (en las que aún se aprecian correlaciones entre velocidades de puntos contiguos), hasta entornos (torbellinos) menores, en donde domina la viscosidad, y la energía cinética (macroscópica) se convierte en calor (escala de Kolmogorov).

En esta perspectiva, puede decirse que la turbulencia parece estructurarse de tal forma que la pérdida progresiva de correlación está enlazada con la transferencia irreversible de calor hacia los alrededores, predominando entonces una naturaleza homogénea e isotrópica para la turbulencia. Si entendemos, pues, la difusión como el mezclado irregular de las partículas de soluto debido a esa turbulencia, y la dispersión como el desperdigamiento de partículas de soluto por efecto cortante en un campo de velocidades turbulentas, ambas asociadas íntimamente con el proceso irreversible de pérdida completa de energía libre, entonces la naturaleza estadística de difusión y dispersión debe ser la misma (homogénea).

Por lo tanto, es necesario en este punto remarcar que, aunque macroscópicamente, en

La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

E=

0.404

57

la sección transversal cualquiera que sea la distribución de velocidades en el eje Y (ancho), su naturaleza estadística es similar a la asociada a la distribución vertical (en el eje Z). Esto se puede ver también con claridad de otra forma si se piensa que la deducción de la distribución logarítmica “vertical” de velocidades realmente fue en un comienzo una distribución logarítmica “radial”, ya que el entorno del análisis era un tubo infinitamente largo. Se puede pensar en la distribución transversal de velocidades como resultado de una distorsión topológica de este tubo ideal.

Lo que era originalmente una distribución a lo largo del radio (cualquier radio) se convierte en una distribución “transversal”, como un radio excesivamente alargado, mientras que la distribución “vertical” es la misma distribución radial del tubo simétrico original. Pese a que las dos distribuciones pueden ser diferentes, su naturaleza estadística (representada por las fluctuaciones de velocidad vr´y vy´) es la misma, puesto que en la distribución “transversal” las desviaciones elementales de velocidad son idénticas, tanto en su naturaleza, como en la distribución radial original (Ver Figura Nº 1).

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Figura Nº 1. Similitud entre las distribuciones de velocidad. Fuente: Elaboración propia.

58

Esto implica que, tomadas como variables aleatorias las dos fluctuaciones de velocidad, la original radial, vr´, y la mutada transversal, vy´ son dependientes, lo que quiere decir que, conocida una información sobre la naturaleza estadística de una variable, de inmediato se conoce una noticia sobre la otra variable. Esto es objetivamente así, puesto que se puede asegurar que para la dispersión, las variables aleatorias están normalmente repartidas, actuando como variables Brownianas, con idéntica estructura probabilística en la escala más

baja de Kolmogorov (Prigogine I., 1996). Por consiguiente, si las dos variables son estadísticamente dependientes gracias a la uniformidad obtenida, se debe tener en cuenta otro esquema de representación matemática, diferente al representado en la ecuación (10), esta vez mejor representado por la ecuación (13).

v y = f (v z )

(11)

Y se pueden escribir las ecuaciones (8) y (9) de esta nueva forma:

E = f (v z ) = g (v y )

(12)

Desaparece entonces el concepto de competencia entre las dos supuestas variables “independientes”:

dE = dEvz + dEvy = k1dEvz = k 2 dEvy (13) Aquí k1 y k2 son factores de escala, en principio diferentes, debido a que el efecto transversal puede ser eventualmente más pronunciado que el vertical (no isotropía debida al sesgo que impone la velocidad advectiva). Esto significa que la ecuación de Elder, que se basa en la distribución de velocidades verticales, es completa en sí misma con respecto al fenómeno global, ya que no es necesario presentarla como en la ecuación (10) sino sólo como en (13). Dicha concepción está entonces en contradicción con la idea corriente de que el hecho de tener en cuenta únicamente esta distribución vertical (sin tener en cuenta las variaciones transversales de la velocidad) puede llevar a un error grueso.

1.5. El método de “Routing” de Fischer y la definición de Elder A partir de la definición general (2) dada por Taylor se suscitó una intensa aplicación de la definición de Elder, especialmente en corrientes naturales. Aunque originalmente verificada exitosamente por su autor en un dispositivo plano muy ancho, con una pequeña lámina de agua corriente, su aplicación a corrientes ma-

E=

1 dσ x2 2 dt

(14)

Esta expresión, sin embargo, fallaba en tanto las curvas a analizar fueran asimétricas (NoFickianas) presentando diversos problemas interpretativos. Se trató de superar esta falencia mediante una definición “blindada” (supuestamente ideal, ya que producía una respuesta “acoplada óptimamente” en un sentido estadístico) denominada “Método de Enrutamiento” de H.B. Fischer, consistente en un complejo y elaborado procedimiento de convolución de una entrada de concentración conocida (datos experimentales) con una función de concentración ideal (Gaussiana) linealizada en una dimensión, donde los sufijos “o” corresponden a la forma de entrada y los “1” a la forma de salida (respuesta): Ecuación (15).

La aplicación sistemática de este método a la verificación de la definición de Elder, especialmente en ríos y quebradas, llevó al convencimiento de que la fórmula estaba en un error, pues los resultados de referencia daban valores en ocasiones muy altos y con una gran dispersión.  [U (t1 − t o − t + τ ]2    exp −  c( x1 , t ) = ∫ c( x0 ,τ ) ∞

−∞

4 E (t − t o )

4πE (t1 − t o )

  Udτ (15)

Pronto se vio que este método “ideal” adolecía del mismo problema del método inicial (cambio de momentos), ya que requería de entradas no muy asimétricas para ser consistente (Mc Quivey R.S. & Keefer T.N., 1974); debido a esto, y a la dificultad de su operación, hoy en día la aplicación del método de “enrutamiento” de Fischer ha sido reemplazada casi totalmente

por otros métodos. Sin embargo, la idea de que la ecuación de Elder está equivocada ha persistido con los años; se verá en seguida, cómo una nueva definición del Coeficiente Longitudinal de dispersión como función del tiempo, E(t), puede dar luces a este viejo problema.

2. Metodología Se proponen a continuación las ideas básicas de un nuevo modelo con cuya aplicación se puede obtener la información básica detrás de la ecuación de Elder.

2.1. El concepto de Coeficiente Longitudinal de dispersión función del tiempo Para el desarrollo de este concepto se parte de la validez del principio de la inercia (relatividad clásica), planteado mediante la transformación de Galileo en el argumento exponencial de la ecuación (4). No obstante, se puede demostrar que este principio sólo está completamente aplicado si el coeficiente E es una función del tiempo (pues únicamente así se llega a una descripción congruente de dos diferentes observadores inerciales). Esta corrección a la ecuación de Fick clásica, lleva a la definición de la velocidad media advectiva en función del coeficiente de transporte (Constain A.J y Lemos R.A., 2011), en la cual ø es una función del tiempo (representando la evolución termodinámica de la dispersión) (Constain A.J., 2013a) y τ es el tiempo característico de la expansión Gaussiana, con τ=βt en donde β≈0.215 según el primer término de una expansión de Poisson (Constain A.J., 2012.

U=

1 2E

φ

τ

La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

yores y de naturaleza diferente se convirtió en una necesidad. Para ese momento, la definición de “referencia”, o sea la expresión teórica contra la cual se contrastaban los resultados de las definiciones semi-empíricas (como la de Elder) fue la del “cambio de momentos”, tomada de la estadística matemática aplicada a las curvas Gaussianas de trazador; aquí σx es la desviación típica de la distribución espacial.

(16)

Despejando E:

E (t ) =

U 2φ 2 β t 2

(17)

Si E se expresa de esta forma, las representaciones teóricas de las curvas de trazador reales se pueden modelar apropiadamente, inclu-

59

yendo su asimetría no Fickiana. Los diferentes parámetros y funciones que aparecen en este desarrollo se calculan a partir de las curvas de trazador, como está indicado en Constain A.J., 2012b y 2013b.

En casos experimentales, esta función tiene una forma típica, como se muestra en la Figura Nº 2; para una velocidad advectiva dada, E es también función de la distancia.

válida, y con ello, también los valores asociados de S, C y n; es decir que el procedimiento analítico resuelve aproximadamente la geomorfología del flujo. Se parte de nuevo de la ecuación de Elder:

Ee =

0.404

κ3

(18)

Para obtener este criterio igualamos las dos definiciones de velocidad media en el flujo:

1 2E

φ

E (t,x)

h hgS

τ

= C RS

(19)

A partir de esta igualdad, trataremos de obtener la definición de Elder, despejando E en el miembro izquierdo:

  C2 E =  φ 2τ RS  2   t,x

Figura Nº 2. Coeficiente de transporte función del tiempo y/o distancia. Fuente: Elaboración propia.

Se debe recordar que en la definición de Elder, E es un valor constante que no depende del tiempo y, por lo tanto, en relación con el Coeficiente definido en la ecuación (17), es un solo valor dentro de un rango de posibilidades, de acuerdo con la Figura Nº 3.

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S  0.404 = = 5.93 (21) g h  κ3

Esta función así definida servirá para hacer un proceso de validación por aproximaciones sucesivas, con el fin de determinar la pendiente y la rugosidad total que vale para cada caso, y de allí obtener los demás valores de la geomorfología del cauce en cuestión.

El método propuesto en este artículo consiste en ubicar en qué punto de la curva E(t) se encuentra la definición inicial de Elder (Ee, te), ajustándola al punto correcto (Eeo, teo), como se explica a continuación: Figura Nº 4.

E(t)

60

Igualando (18) a (16) y después de realizar algunas manipulaciones algebraicas, con un valor concreto para la constante universal de Von Kárman de κ≈ 0.41:

 C2 R F =  φ 2τ 2 h 

2.2. El cálculo de Elder puesto en la perspectiva de E(t)

(20)

Ee

t

El primer paso es despejar la pendiente S de la fórmula de Elder, igualando E(t) al valor específico de prueba, hallado por trazadores (18).

te

Figura Nº 3. Solución de Elder como un punto de un rango. Fuente: Elaboración propia.

Así entonces, habrá un punto especial de dicha curva para la cual la definición de Elder es

S=

E (t ) 35.2 ´ h 3 ´ g

(22)

Un segundo paso es calcular el Coeficiente de resistencia para flujo uniforme de Chezy, y el tercer paso es verificar la función “F” que con-

cuerde con el valor clásico de Elder, ecuación (21). Se verifica si el resultado es correcto, y a partir de allí se calcula el Número de Manning (si es pertinente); si el resultado no es satisfactorio, se reitera el cálculo con otro dato de trazador, hasta que se consigue una aproximación apropiada.

2.3. Un concepto ampliado para la rugosidad según Manning Aunque se halla muy difundida la tabla de valores para la rugosidad según Manning, hay que advertir que ésta, normalmente, corresponde a “elementos superficiales” o “rugosidad de grano”, con valores relativamente bajos, referentes sólo a ciertos tipos de cauce (Vélez J.I. et al., 2004). En particular, los cauces de montaña que se caracterizan por trazos muy irregulares, con fuertes cambios en la forma del flujo, a menudo con proliferación de secuencia “piscina-rápido” en los que la pérdida de energía conducen a valores equivalentes de rugosidad bastantes altos, raramente tabulados en las tablas convencionales; para incluir este tipo de cauce se plantea una definición ampliada para el Número de Manning:

mentales. Dicha concordancia tiene que ver con el hecho de que el fenómeno dispersivo tiene estrecha relación con las pérdidas energéticas en el proceso (generación de entropía), por lo tanto, reflejará la información “íntegra” de formación de la resistencia al flujo.

Correspondiendo a las complejas estructuras que priman en los ríos de montaña (Ugarte A. & Madrid-Aris M., 1994), las diversas fórmulas empíricas existentes sobre ríos de montaña, por el contrario, se centran en ciertos aspectos locales (subgerencia relativa, transporte de sedimento, tamaño del grano, etc.) que difícilmente pueden ser “integrales”.

En consecuencia, el efecto de ambos sumandos combinados en (23) es limitar el valor efectivo de velocidad, lo cual es un resultado característico de los cauces con estructuras “piscinarápido”, con muy fuertes cambios en la forma del flujo, en los que no es raro encontrar valores efectivos de rugosidad según esta ecuación, del orden de 0.350, y posiblemente más altos aún. El aumento de rugosidad, como incremento de los efectos de pérdida, sugiere un valor de pendiente diferente que comprenda un balance apropiado de las energías y de dichas pérdidas.

3. Resultados experimentales

Et E(t)o t teo

A continuación se aplican los criterios desarrollados en este estudio al canal Caltech en Pasadena, USA, y a una corriente natural en Colombia con características marcadas de estructura “piscina-rápido”, en las laderas del cerro oriental en Bogotá.

La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

E(t)

te

Figura Nº 4. Ajuste por aproximación del punto ideal de Elder. Fuente: Elaboración propia.

ntotal = n granos + n forma

(23)

El procedimiento delineado en este artículo se supone concordante con el valor “total” de la rugosidad, según se verá en los casos experi-

3.1. Canal Caltech Se analiza aquí el experimento realizado por H.B. Fischer en el canal del Mc Keck Laboratory del Caltech en 1966. La Figura Nº 5 muestra una vista del canal y el Cuadro Nº 1 muestra los datos básicos de la hidráulica del canal en el que hace un vertimiento y dos mediciones secuenciales. Los datos mostrados son ajustados

61

140 120 Concentración (Mgr/l)

al análisis de las curvas de trazador (Constaín A.J., 2013 c); en éste, se conoce a priori el valor de la pendiente, S.

100 80 60 40 20 0 -20

0

20

40

60 Tiempo (s)

80

100

120

Figura Nº 6. Curvas de trazador obtenidas.

Fuente: Elaboración propia.

Figura Nº 5. Vista del canal de Caltech. Fuente: Laboratorio Caltech.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Cuadro Nº 1. Datos del experimento en el canal Caltech

62

Parámetro

Especificación

Condiciones del canal

L(max)= 40 m W= 1.09 m h= 0.128 m R= 0.104 m A= 0.140 m2 S= 0.0002 Ux= 0.374 m/s Q= 50.8 l/s

Trazador

Sal común (NaCl)

Medidores de Conductividad

Seis (6) para asegurar una medición precisa en la sección transversal.

Sensibilidad de los sensores: 0.5 mgr/l.

Rango: Hasta 100 mgr/l.

Medidores de Velocidad

Tubos de Pitot estáticos 1/8 pulgada

Método de Vertimiento

Súbito en toda la sección a 14.08 m primero y a 24.8 m después

zador específicas, tal como se muestra en la Figura Nº 6, de las cuales se sacan los siguientes datos: Curva a X1=14.06 m. ø1 = 0.137 E1(t) = 0.0106 τ1 = 8.16 Se despeja S: S1 =

E12 (0.0106) 2 = = 0.00016 3 35.2 ´ h ´ g 35.2 ´ (0.128) 3 ´ 9.81

Se calcula el Coeficiente de Chezy:

C=

0.374 U = = 91.6 RS 0.104 ´ 0.00016

Se verifica la Función “F”:  C2 R F =  φ 2τ 2 h 

S  91.6 2 0.104 0.00016  = (0.137) 2 × 8.16 × × × = 5.89 g h  2 0.128 9.81 × 0.128

Curva a X2=25.06 m. ø2 = 0.130

Fuente: Elaboración propia.

3.1.1. Cálculo de los valores para las dos curvas de trazador Para este ejercicio se hacen las graficaciones correspondientes sobre las dos curvas de tra-

E2(t) = 0.0169 τ2 = 14.5 Se despeja S:

S2 =

E22 (0.0169) 2 = = 0.00039 35.2 ´ h 3 ´ g 35.2 ´ (0.128) 3 ´ 9.81

dida en el experimento. La curva de E(X) y la ubicación (en azul) del valor de Elder correcto se muestra en la Figura Nº 7.

Se calcula el Coeficiente de Chezy:

U 0.374 = = 58.7 RS 0.104 ´ 0.00039

3.2. Quebrada “La Vieja”

Se verifica la Función “F”:  C2 R F =  φ 2τ 2 h 

S  58.7 2 0.104  = (0.130) 2 ´ 14.5 ´ ´ ´ g h  2 0.128

0.00039 = 6.05 9.81 ´ 0.128

Curva a distancia interpolada Se ve que el primer valor está más bajo que 5.93 y el segundo más alto, por lo tanto se interpola un valor intermedio de trazador así: E3(t) = 0.0121

φ32 ´ τ 3 = 0.173 Se despeja S:

S3 =

E3 (0.0121) 2 = = 0.0002 35.2 ´ h 3 ´ g 35.2 ´ (0.128) 3 ´ 9.81

Se calcula el Coeficiente de Chezy:

C=

U 0.374 = = 82.0 RS 0.104 ´ 0.0002

Se verifica la Función “F”:  C2 R F =  φ 2τ 2 h 

S  82 2 0.104  = (0.173) ´ ´ ´  gh 2 0.128

0,018

0.0002 = 5.95 9.81 ´ 0.128

0,016 0,014 E(m2/s)

0,012

0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0

0

5

10

15

20

25

30

Se presenta en este segundo caso un cauce natural típico de montaña: la quebrada “La Vieja”, en los cerros orientales de la capital colombiana, Bogotá. Este cauce se caracteriza por tener secuencia de represamientos y rápidos, por lo que presumiblemente el componente de cambio de forma del flujo sea el mayor responsable de la pérdida de energía, mostrando un Número de Manning significativamente mayor al asignado a la sola rugosidad superficial. Éste es un buen ejemplo de validez de la Ecuación de Elder, debido a los antecedentes ya mencionados; en este caso no se conoce a priori el valor de la pendiente.

El grupo de estudio multidisciplinario de la Universidad Militar Nueva Granada y la empresa Hydrocloro Ltda. han realizado diversos estudios de Calidad de Aguas en esta quebrada, tomada como “piloto” por sus características especiales. En dichas jornadas se ha utilizado el Equipo “Inírida Deep Flow” que permite estudios de trazadores (sal y Rodamina) en tiempo real, aplicando las nuevas ecuaciones que involucran a E como función del tiempo. Este equipo mide el caudal por dos métodos diferentes (uno de ellos Qa es mediante el principio de conservación de la masa, calculando el área bajo la curva de trazador). Así mismo, da los valores de ø, U y E para cada punto de medición; igualmente se tomaron datos de profundidades y anchuras del cauce, para caracterizarlo en una “batimetría” simple.

La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

C=

35

Distancia (M)

Figura Nº 7. Punto óptimo de Elder en E(x).

Fuente: Elaboración propia.

Como se puede comprobar, este valor de F concuerda bastante bien con la fórmula de Elder, y da exactamente el valor de la pendiente me-

En la jornada de campo documentada se hicieron 5 vertimientos con sal común como trazador, de las cuales se analizan sólo 4 curvas de trazador por tener una de ellas (la primera) un error grueso en el momento de marcar su vertimiento: Figura Nº 8.

63

Figura Nº 8. Aspectos del cauce y del equipo de medición. Fuente: Hydrocloro.

3.2.1. Información de las curvas de trazador

3.2.2. Datos de trazador tomados del IDF

Se muestran en la Figura Nº 9 las curvas de trazador tomadas con el instrumento “IDF” en la quebrada “La Vieja”.

En el Cuadro Nº 2 se muestran los datos de los 5 aforos con trazador.

En el Cuadro Nº 3 se muestran los datos de la geometría básica del cauce.

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Cuadro Nº 2. Datos de los 5 aforos con sal

64

Aforo X=10 m X=20 m X=30 m X=50 m X=100 m Promedio Caudal promedio Sección transversal promedio At(***)

U (M/s) 0.141 0.143 0.103 0.097 0.097 0.116 M/s

Q (M3/s) 0.0410 0.0375 0.0325 0.0324 0.0335 0.0354

(*) Este valor debe tener un error grueso por tiempo y se saca del cálculo. (**) Error relativo entre Q y Qa: 5.7% (***) At= Área de la sección transversal sacada del análisis por tiempos.

Fuente: Elaboración propia.

Qa (M3/s) 0.0389 0.0375 0.0331 0.0336 0.0330 0.0335(**) 0.0345 M3/s 0.30 M2

Φ 0.663(*) 1.047 0.821 0.600 0.485

Cp E (Mgr/l) (M2/s) 56.7 0.067 21.4 0.336 15.0 0.223 11.0 0.187 7.1 0.243 0.211

Figura Nº 9. Curvas de trazador tomadas por el IDF en la quebrada. Fuente: Hydrocloro.

Cuadro Nº 3: Datos de la geometría del cauce

X=0 m X=10 m X=20 m X=30 m X=40 m X=50 m X=60 m X=70 m X=80 m X=90 m X=100 m Ancho Promedio Sección transversal Promedio Ag(*)

Ancho W (M) 1.00 1.80 1.60 1.40 1.25 1.40 2.10 1.38 1.60 1.30 2.00 1.68 M

Profundidad lado izquierdo H1 (M) 0.20 0.09 ----0.03 0.20 0.14 0.28 0.06 0.10 0.17 0.16

(*) Ag= Área de la sección transversal sacada por geometría. (**) Error relativo entre At y Ag: 3.5%.

Fuente: Elaboración propia.

Profundidad centro H2 (M) 0.14 ------------0.26 0.20 0.06 0.22 0.14 0.21 0.14

Profundidad lado derecho H3 (M) 0.10 0.13 ----0.28 0.15 0.19 0.08 0.17 0.15 0.10 0.14

Profundidad Promedio (M) 0.15 0.11 -----0.16 0.20 0.18 0.14 0.15 0.13 0.16 0.15 0.17 M

La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

Aforo

0.29 M2 (**) 65

4. Discusión

significativo del Número de Manning es concordante con la estructura muy dispar del cauce, en tanto se configuran secuencias de “piscinarápido”, lo cual no se explicaría por la sola rugosidad de grano; el resultado de este efecto de resistencia es una velocidad baja del flujo, en este caso.

Mediante la metodología y las ecuaciones desarrolladas en este estudio para S y F, se aplican estos datos a hallar C y n, según el Cuadro Nº 4.

Cuadro Nº 4. Resultados de los cálculos para ajustar Elder Aforo X=20 m X=30 m X=50 m X=100 m Promedio

E (M2/s) 0.336 0.223 0.187 0.243 0.247

S

F

C

N

0.0740 0.0352 0.0174 0.0510 0,0444

5.27 5.92 5.97 5.99 5.79

1.34 1.27 1.69 1.08

0.535 0.594 0.449 0.680

Paso seguido se chequean los valores probables para establecer su congruencia en las fórmulas.

U = C RS = 1.27 0.186 ´ 0.0352 = 0.103 m / s E = 5.93h hgS = 5.93 ´ 0.16 0.16 ´ 9.81´ 0.0352 = 0.223 m 2 / s

Fuente: Elaboración propia.

Como se puede verificar, los datos obtenidos concuerdan bien con los esperados, según los Cuadros de resultados; esta congruencia es lo que asegura la justeza de la aproximación propuesta; el ejercicio realizado consistió en ubicar el punto específico para la definición de Elder (círculo mayor) dentro de la gráfica de E(X), tal como se muestra en la Figura Nº 11.

Estos datos se grafican en la Figura Nº 10.

En el Cuadro de resultados, el aforo más cercano en F al valor de referencia es el dato a X=30 m, por lo tanto se acepta que dicha información será la representativa para caracterizar la geomorfología de este cauce. El valor bastante

7 6

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

E,S y F

5

66

4

E 3

Pendiente S F

2 1

0 0

20

40

60

80

100

120

140

Distancia (M) Figura Nº 10. Curvas para las funciones de interés. Fuente: Elaboración propia.

Figura Nº 11. Ubicación óptima de Elder en E(x). Fuente: Elaboración propia.

1. No obstante las variadas fuentes de imprecisión que juegan en el desarrollo de esta metodología, debido a las aproximaciones que se deben hacer, entre ellas: flujo uniforme, limitación por simplicidad del modelo (Manning, por ejemplo) y los errores accidentales que imponen su distorsión, especialmente en experimentos con pocos datos, los resultados obtenidos en los dos casos son satisfactorios al nivel de Ingeniería.

2. Para los canales, debido quizá a la preponderancia de flujo uniforme, la identificación del punto de ubicación de Ee en la curva E(t) es relativamente más fácil por la poca dispersión de los datos, no tanto así para los flujos naturales.

3. La metodología presentada incluye, eventualmente, una extensión a los valores de rugosidad diferente a la superficial de grano, pudiendo reflejar los otros factores de pérdida de energía, como los cambios de forma, y que influyen en la disminución del valor de la velocidad.

4. En principio, la posibilidad de calcular la geomorfología, a partir de los datos de tra-

zador, abre una interesante fuente de información diferente a la observación subjetiva. Deberán ser acopiados más datos al respecto, para afinar los criterios presentados. En especial, deberá investigarse el valor de la pendiente para condiciones de flujo no uniforme.

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La ecuación de Elder: una nueva visión de la geomorfología de cauces naturales en los estudios de calidad de aguas

5. Conclusiones

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69

Revista de IngenierĂ­a Sanitaria y Ambiental

web:

70

Acueductos veredales del Distrito Capital: Agua que has de beber trátala bien La Empresa de Acueducto de Bogotá interactúa con los Acueductos Veredales Equipo de la Empresa de Acueducto de Bogotá-EAB y Acodal

RESUMEN Durante el primer semestre de 2014, en el marco del apoyo a los Acueductos Veredales, la EABESP, con la colaboración de ACODAL, desarrollaron un proyecto de Transferencia y Gestión de Conocimiento a través de la consolidación de una comunidad de práctica y aprendizaje entre los fontaneros, profesionales y tutores de la EAB-ESP y expertos de ACODAL, en la búsqueda del mejoramiento continuo del servicio de abastecimiento de agua para estos sistemas rurales. Las actividades de entrenamiento práctico y acompañamiento técnico se centraron, principalmente, en el seguimiento y monitoreo de la calidad del agua, incluyendo la dotación de equipos de campo para su análisis. Asimismo, en un ejercicio de intercambio de saberes, se realizaron talleres relacionados con la gestión integral del agua, abordando la temática del cambio climático y la gestión integral del agua. El equipo de expertos aportó una serie de reflexiones sobre la problemática y los desafíos que deben enfrentar la institucionalidad y las comunidades, para garantizar la sostenibilidad de estos ecosistemas hídricos.

Acueductos veredales del Distrito Capital: Agua que has de beber trátala bien

Este proceso de intercambio de saberes prácticos, operativos y expertos se ha logrado fortalecer gracias al cuidado de los ecosistemas hídricos y de las fuentes que han realizado durante años los acueductos veredales de Ciudad Bolívar y Usme, y al interés de mejorar la calidad del agua tratada para sus habitantes a través de la consolidación de esta comunidad de práctica y aprendizaje tripartita Acodal- Acueductos y la EAB-ESP como parte del Distrito.

Palabras claves: Acueductos Veredales, Acueductos Rurales, Acueductos Comunitarios, Cambio Climático, Gestión de Conocimiento, Comunidad de práctica y aprendizaje, Gestión Integral del Recurso Hídrico.

During the first half of 2014, in relation with the support of the rural water supply systems, the EAB, with the collaboration of ACODAL, developed a project about Transfer and Knowledge Management, through a community of practice composed of aqueduct´s plumbers, EAB´s engineers and tutors and ACODAL´s experts as well, in the pursuit of continuous improvement of the water supply service for these rural systems. Training activities were mainly focused on tracking and monitoring of water quality, including the provision of field equipment for water analysis. Also, in a knowledge-sharing exercise, workshops related to water management were performed, addressing the issue of climate change. The expert team made a series of reflections on the problems and challenges these institutions and communities are facing, to ensure sustainability of these systems.

ARTÍCULO TÉCNICO

ABSTRACT

71

The knowledge sharing has been strengthened thanks to the protection of the water sources and the associated ecosystems by the rural aqueducts of Ciudad Bolivar and Usme, allowing the consolidation of the community of practice.

Keywords: Rural Water Supply, Community Water Supply, Climate Change, Knowledge Management, Integrated Water Resource Management.

1. Presentación

E

l Distrito Capital de Bogotá a través de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo-ESP, con el apoyo de ACODAL, realizó el fortalecimiento de la gestión del conocimiento y la transferencia de buenas prácticas en acueductos veredales especialmente de las localidades de Ciudad Bolívar, Usme en los componentes técnicos y sociales para garantizar la calidad del agua para consumo humano, seguridad hídrica, y salud pública y de los ecosistemas, con base en las directrices del Plan Estratégico de la EAB-ESP, PDD Bogotá Humana, el convenio 0826/2009 y el Decreto 552 de 2011.

Comunidad de práctica y aprendizaje entre fontaneros, tutores de la EAB-ESP y expertos de Acodal.

2. Problemática de contexto Como fruto de las reflexiones del grupo de expertos de Acodal y de la EAB-ESP, se resaltaron las siguientes problemáticas:

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Entre febrero y julio de 2014, con el fin de mejorar la calidad del agua suministrada por los Acueductos Veredales de las Localidades de Usme y Ciudad Bolívar, en Bogotá D.C., la Empresa de Acueducto de Bogotá EAB-ESP con la comunidad de práctica y aprendizaje y el apoyo de ACODAL, adelantaron un proyecto de Transferencia y Gestión de Conocimiento con el soporte de personal especializado, de am-

plia experiencia en este campo, y la decidida colaboración del personal de fontaneros de los acueductos veredales.

72

Red Tripartita Comunidades de aprendizaje: Acueductos Veredales, Tutores EAAB-ESP, expertos de Acodal.

Conocimiento de las condiciones de los sistemas de tratamiento y transferencia de saberes entre expertos de Acodal, fontaneros y funcionarios de la EAB-ESP.

para los vertimientos de las aguas servidas a sistemas colectivos o autorizaciones en el caso de soluciones individuales.

• Calidad de las fuentes y conflictos de uso del agua. La calidad del agua en la mayoría de las fuentes es buena, pero algunas tienen afectación negativa en los cuerpos de agua por las actividades, agrícolas, pecuarias, agroindustriales, mineras, entre otras debido a que la mayoría de las fuentes están en predios privados, siendo éste uno de los principales problemas. Igualmente, se presenta una reducción de la oferta hídrica por la sobreutilización del recurso, la falta de protección de cobertura boscosa en las cuencas de abastecimiento, los cambios de uso del suelo y la deforestación, que conllevan a una mayor competencia de los diferentes sectores por los recursos hídricos, situación que se acentúa bajo escenarios del cambio climático. Lo anterior, incrementa los costos de potabilización y genera problemas de disponibilidad del suministro de agua potable.

• Informalidad frente a los temas de concesiones de agua y permisos ambientales. Los operadores de servicios en el área rural, en su mayoría, cuentan con concesiones de agua pero no de permisos de vertimiento. De acuerdo con el Departamento Nacional de Planeación-DNP (julio 2014), tan sólo un 33% de los prestadores de servicios de acueducto en zonas rurales contaban con concesión de agua otorgada por las autoridades ambientales competentes, y en algunos casos no existen permisos ambientales

• Falta de aplicación de incentivos para la protección y manejo de cuencas. Aunque existen incentivos para la protección y manejo de cuencas (Decreto 953 de 2013, Decreto 1900 de 2006, entre otros), éstos no se han implementado por parte de las entidades territoriales y ambientales.

• Debilidades en acciones de reducción de riesgo. Los prestadores de servicios y los municipios presentan desconocimiento sobre el nivel de riesgo de la infraestructura utilizada para el suministro de agua potable; dichos riesgos a los cuales está expuesta son de diversa índole, como es el caso frente a la ocurrencia de fenómenos de origen natural, derivados de la ubicación de la infraestructura en zonas sujetas a inundaciones y deslizamientos, sequías, entre otros eventos, que pueden exacerbarse en un escenario de cambio climático; igualmente, hacen falta acciones de reducción de riesgo y manejo de los desastres, tendientes a asegurar el suministro de agua, y la prestación de los servicios de alcantarillado y aseo.

• Perentoria necesidad de acciones encaminadas a reducir el riesgo. Esto es aún más urgente si se tiene en cuenta que los cambios en el clima prevén problemas de exceso y déficit de lluvias, los cuales pueden dar origen a inundaciones y/o escasez de agua en diferentes regiones, y a procesos de desertificación e inestabilidad de suelos, que podrían llegar a

Acueductos veredales del Distrito Capital: Agua que has de beber trátala bien

Evaluación del estado y operación de los tanques de distribución – Aprender haciendo.

• Conflictos en el uso de la infraestructura. Existen sistemas concebidos inicialmente para riego o para actividades como ganadería, o actividades agrícolas, que de manera complementaria se utilizan para consumo humano; en estos casos, las condiciones técnicas y las características de calidad del agua no son las adecuadas, y potabilizarla puede generar conflictos por su uso en las diferentes actividades a las cuales se destina el agua.

73

de las fuentes y cuerpos de agua a posibles factores de contaminación puntual y difusa, como es el caso de los insumos agrícolas, se hace indispensable continuar fortaleciendo el ordenamiento de las cuencas hoy aprovechadas por las comunidades, de manera que sea posible incrementar el uso razonable y ambientalmente responsable del recurso, protegiéndolo desde la fuente, además, de dichos agentes de riesgo y contaminación ambiental.

afectar a asentamientos humanos y actividades económicas.

3. Intercambio de saberes alrededor de la gestión integral del recurso hídrico

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

El intercambio de conocimientos con las comunidades sobre el tema de Gestión del Recurso Hídrico se concentró en tres aspectos, fundamentalmente:

74

a) Diálogo de saberes prácticos entre tutores de la EAB-ESP y los fontaneros respecto a las problemáticas de las actividades agrícolas cerca de las fuentes de suministro, gestión y uso integral del recurso hídrico desde una perspectiva de aprovechamiento multipropósito: El uso masivo del agua, alejado de una conservación en el largo plazo en la cantidad y calidad de la misma, es una de las mayores dificultades observadas. De ahí la importancia de reforzar el componente de preservación y protección del recurso hídrico aprovechable, basado en su uso esencialmente y su cuenca productora en general. b) Ordenamiento de cuenca: Precisamente, como resultado de esta presión antrópica sobre el recurso hídrico, y su aprovechamiento en consumo humano, agrícola y ganadero, así como la proximidad de muchas

c) Componente Técnico-social: Se concentró en dos líneas de trabajo. Una línea, fundamentalmente relacionada con la socialización a los fontaneros y miembros de junta de un Proyecto que unificó el enfoque social y técnico, buscando fortalecer los conceptos técnicos y una cultura de medición con un lenguaje práctico, determinando una trazabilidad de calidad en el ciclo del agua, y así lograr un agua tratada con visión no sólo de calidad, sino de salud de las comunidades.

En el intercambio de saberes, es importante conocer casos exitosos, por lo anterior se realizó una visita técnica al Municipio de Guatavita, para conocer la planta de tratamiento de agua potable-PTAP, la planta de tratamiento de aguas residuales -PTAR y luego el embalse de Tominé. La segunda línea, fundamentada en la implementación de tecnologías limpias y apropiadas acordes con las dinámicas propias de los acueductos, como es el caso de la aducción del Acueducto de ACUAVIDA, vereda El Hato, y la implementación de paneles solares como fuente de energía para la dosificación de hipoclorito de sodio en el acueducto de ACUPASA.

3.1. Taller sobre “La acción colectiva del agua” Mediante esta herramienta metodológica, con la participación de los representantes de los acueductos comunitarios, se logró: •

Identificar las diversas necesidades técnicas y sociales de cada acueducto rural de las localidades de Ciudad Bolívar y Usme.

•

Facilitar el proceso en que los diversos participantes comparten abiertamente sus intereses y requerimientos, y logran acuerdos y propuestas en torno al manejo del recurso hídrico con las entidades del Distrito (Secretaría de Hábitat- Secretaría de Salud, EAB-ESP y Alcaldías Locales, entre otras).

3.2. Actividades sobre mejoramiento de prácticas de tratamiento del agua Durante varias jornadas de trabajo para desarrollar habilidades y destrezas necesarias en la operación y tratamiento del agua para consumo humano se realizaron diversos entrenamientos prácticos, relacionados con el seguimiento y monitoreo de la calidad del agua, y con el manejo de los sistemas de tratamiento.

Taller de medición de la cantidad de agua captada.

•

La participación de personal de los acueductos comunitarios que, a pesar de sus diferencias de manejo y su capacidad operativa, demuestran cómo es posible —desde las acciones colectivas— impulsar propuestas comunitarias de manejo de los recursos naturales.

•

Generación de acuerdos, sostenidos colectivamente, para regular la rivalidad por el consumo de dichos recursos, es decir, que resultan eficientes y competitivos en la administración de bienes públicos, como es el agua.

•

Consolidación de una comunidad de práctica y aprendizaje, integrando el saber práctico de los fontaneros con el técnico de los consultores y los tutores - profesionales de la EAB-ESP; logrando sumar conocimientos para solucionar los problemas en los sistemas de tratamiento existentes con el fin de mejorar la calidad de agua de consumo.

Figura Nº 3. Bocatoma ASOCERRITO

Figura Nº 4. Desarenador ACUAMARG

Figura Nº 5. Módulo de filtración Piedra Parada

Figura Nº 6. Tanque de contacto ASOPICOS

Figura Nº 7. Fuente superficial quebrada Guaduas

Acueductos veredales del Distrito Capital: Agua que has de beber trátala bien

En el marco del Convenio se llevaron a cabo reuniones de sensibilización con las comunidades y las Asociaciones encargadas de la operación

75

de los acueductos veredales, para fortalecer las buenas prácticas en los procesos de desinfección y filtración del agua.

to de la calidad y cantidad de agua, con el aporte de los tutores y funcionarios, por parte de la EAB-ESP y de los equipos de campo para determinación de los parámetros básicos in situ con el enfoque de aprender haciendo y fortaleciendo la cultura de medición y registro de la calidad desde la fuente hasta los puntos de control del agua tratada.

Con la metodología de “aprender haciendo”, se trabajaron aspectos complementarios como el registro y análisis de datos de calidad, y la técnica de determinación de la dosis óptima de cloración.

4. Consideraciones sobre el cambio climático Uno de los aspectos del Proyecto se orientó a obtener una primera aproximación a la problemática del cambio climático en la zona de ubicación de los Acueductos Veredales del Distrito Capital. De acuerdo con la información disponible, se presentaron las siguientes conclusiones: Fortalecimiento de criterios técnicos y de cultura de medición.

3.3. Monitoreo de la calidad del agua

Demanda de cloro vs tiempo de contacto 2,5

Cl residual MG/L

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

Igualmente, se ha trabajado en el desarrollo de capacidades para el monitoreo y seguimien-

Los efectos de la variabilidad climática son causa de mucha preocupación frente a las diferentes actividades que desarrollan las comunidades rurales de la localidad de Usme, más aún, cuando se combinan actividades agrícolas

2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 15 min

30 min

60 min

3H

2H

6H

24 H

Tiempo contacto

76

2,0

3,0

4,0

5,0

DOSIS DE CLORO MG/L

Figura Nº 9. Prueba de consumo óptimo de desinfectante en el acueducto de ACUPASA

con la prestación de un servicio vital como es el agua.

(alta intensidad), pero los períodos de duración serán cortos.

En un futuro, el clima de la ciudad de Bogotá tendrá un incremento entre 1 y 2,57 °C, para la temperatura mínima.

Las Figuras Nº 10 y Nº 11 presentan las proyecciones para el año 2050 de temperaturas y precipitación, las cuales se compararon con los datos actuales. El adecuado manejo de las cuencas y de sus ecosistemas ayudará a mitigar los temidos efectos del cambio climático.

El esfuerzo conjunto de todos los actores: comunidades, instituciones y academia, es un llamado urgente e inaplazable al compromiso con el futuro.

Camino RCP 26 Condiciones futuras 2050

Temperatura mínima Mes 1 Mes 1 Value

Figura Nº 10. Proyección de temperaturas al 2050

Camino RCP 26 Condiciones futuras 2050

Acueductos veredales del Distrito Capital: Agua que has de beber trátala bien

Las precipitaciones aumentarán en un 10%; el modelo empleado para identificar las variaciones-RCP26 permite identificar que la lluvia tendrá incrementos significativos, los cuales estarán asociados a días con lluvia extremas

Precipitación Mes 4 Bogotá Value

Figura Nº 11. Proyección de precipitación al 2050

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Actividades gremiales destacadas Gestión Gremial Nacional Misiones Empresariales Con el fin de consolidar las importantes relaciones internacionales y afianzar las valiosas gestiones comerciales y económicas de los afiliados, ACODAL promueve el XXXIV Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental-AIDIS 2014: Aspirando a un medio ambiente sostenible, el cual se llevará a cabo en la ciudad de Monterrey, Nuevo León, México, del 2 al 6 de noviembre de 2014, en el Centro Internacional de Negocios Monterrey-CINTERMEX. En dicho evento se hará la presentación de Colombia como sede del XXXV Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental 2016, a cargo de ACODAL, como Capítulo de AIDIS en Colombia.

Documento CONPES 3810 RURAL

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El 22 de julio del presente año, la Dra. Maryluz Mejía de Pumarejo, Presidenta Ejecutiva de ACODAL, se reunió con la Dra. Natalia Trujillo, Viceministra de Agua y Saneamiento Básico, donde trataron el tema del CONPES RURAL, recién expedido, el cual se venía desarrollando desde fines del año 2013. Al respecto, la funcionaria explicó los alcances del CONPES 3810 “Política para el suministro de agua potable y saneamiento básico en la zona rural”, cuya co-

pia enviaron desde ese Ministerio el pasado 23 de julio, y representa un prometedor avance para el Sector en Colombia.

Decreto Borrador de APP para el Sector ACODAL recibió del Departamento Nacional de Planeación-DNP el borrador del Decreto “Por el cual se reglamentan las particularidades para la implementación de Asociaciones PúblicoPrivadas en el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico”. Éste fue enviado a los afiliados con el fin de obtener sus comentarios y, luego de recibirlos, se resumieron y enviaron a la instancia respectiva.

Revisión de Términos de Referencia de FINDETER La Dra. Natalia Trujillo, Viceministra de Agua y Saneamiento Básico, solicitó a la Presidenta Ejecutiva de ACODAL, la revisión y conceptos sobre los pliegos modelo (alcantarillado de Amagá) con los cuales se licitarán los contratos de infraestructura los próximos meses, a través de Financiera de Desarrollo-FINDETER.

Posicionamiento del Sector La Asociación Colombiana de Ingeniería Santaria y Ambiental-ACODAL ha gestionado la gene-

ración de acuerdos y trabajos intersectoriales, mediante convenios nacionales e internacionales, para el posicionamiento del Sector, y con dicho fin se lleva a cabo una reunión mensual, entre otros, con los gremios, industrias, embajadas, entre los que citamos: • Embajadas. En los asuntos comerciales y de economía se trabaja en forma permanente con las Embajadas de Alemania y Holanda. Ya se recibió la carta de la Embajada del Reino de los Países Bajos–NETHERLANDS, en Colombia, en la cual aceptan ser país invitado de honor en 2015 y se fija la fecha de realización del 58° Congreso Internacional para septiembre 16, 17 y 18 de ese año; a su vez y en la búsqueda de avanzar en la logística de Exporesiduos 2014, se realizó un trabajo permanente en comunicaciones, de presencia de conferencistas expertos de ese país y de los altos dignatarios, en la ceremonia de instalación.

Adicionalmente, después de cuatro años permanentes de relaciones comerciales con otros países -Francia, Israel, Estados Unidos, Alemania y Holanda- el aprendizaje para ACODAL es extenso, especial en cada caso, y ha servido para la difusión y fortalecimiento del Sector de Colombia a nivel internacional.

• Reunión de Sociedades Correspondientes-SCI. El 10 de julio se realizó la reunión de Sociedades Correspondientes a cargo de ACODAL; en ésta se llevó a cabo una presentación

por parte del Ministerio de Comercio, Industria y Turismo “¿Cómo exportar servicios?”, a cargo de las Profesionales Adriana Rivera Murcia y Ana María Palacio, de la Dirección de Inversión Extranjera y Servicios. Los temas tratados fueron: Internacionalización de la economía colombiana; Comercio de servicios por modos de suministro; Oportunidades del Comercio Exterior de servicios con los acuerdos comerciales.

Publicaciones, comunicados y opiniones • En el Diario PORTAFOLIO de mayo 26 de 2014, se presenta un importante documento de la Dra. Maryluz Mejía de Pumarejo, Presidenta de ACODAL, titulado “Coyuntura/Diez prioridades en Agua y Saneamiento”. En un escenario de rezagos, pobreza e inequidades en el acceso al agua, y de bajo tratamiento de aguas residuales, Colombia requiere un Plan Estratégico Nacional de agua potable y saneamiento, así como un Plan Integral de agua y saneamiento rural.

• En el Diario EL TIEMPO de junio 17 de 2014, Gabriel E. Flórez G. publica el artículo “Los escombros y los residuos de obra no son basura”.

• En CARACOL RADIO, en la sección de ACTUALIDAD, el día junio 26 de 2014, se desarrolló el tema “Nuevo Marco Regulatorio de Agua aliviará el bolsillo de los hogares”.

79 Foto 1. Reunión de Sociedades Correspondientes-SCI.

Foto 2: Ganador del Premio Álvaro Pardo Sánchez 2014.

• En el Diario EL TIEMPO de junio 30 de 2014, se publicó un análisis sobre los “Servicios, en cintura con Marco Regulatorio de Agua”.

• El periódico VANGUARDIA del 9 de julio de 2014, publicó el artículo “Gobierno alista nueva política para manejo de residuos”, producto del anuncio de la Viceministra de Agua y Saneamiento del Ministerio de Vivienda, Natalia Trujillo, durante la instalación de Exporesiduos 2014.

• En el Diario PORTAFOLIO de julio 9 de 2014, se presenta el tema “Política de Estado para el manejo de los residuos sólidos”.

80

• En el Diario LA REPÚBLICA del 10 de julio de 2014, se desarrolla el tema del “Costo de aseo bajaría si se reducen residuos por aprovechamiento”.

• En la Página de MIORIENTE, julio 17 de 2014, se anuncia: el ganador del Premio Álvaro Pardo Sánchez 2014, con el proyecto Banco2, Cornare gana. La distinción será otorgada en septiembre, durante la instalación del 57°Congreso de ACODAL, en la ciudad de Santa Marta.

ACODAL Seccional Noroccidente Seminario Actualización de PGIRS en función del Decreto 2981 de 2013 Se realizó el 30 de abril la primera versión de capacitación en actualización de Planes de Gestión Integral de Residuos Sólidos–PGIRS, en la ciudad de Medellín, teniendo en cuenta que los Municipios deben actualizar sus PGIRS, acoplados a las nuevas realidades normativas, Marco Regulatorio de Aseo Urbano (Resolución 643/2013), desarrollos tecnológicos, las Sentencias y Auto 275 en pro de los Recicladores.

El enfoque que tuvo el Seminario fue: •

•

Soluciones y desarrollos de propuestas para Proyectos de aprovechamiento: separación en la fuente, captación, control, disposición y valorización de los residuos aprovechables (reciclables y orgánicos), basados en las experiencias de ACODAL-Seccional Noroccidente, en este tipo de actividades, desde su formulación, desarrollo y evaluación, durante más de 15 años.

El Seminario se enfocó en ejes temáticos como la eficiencia, la rentabilidad y la sostenibilidad económica, y la metodología

de medición y viabilidad de los Proyectos y propuestas.

El desarrollo de la temática del Seminario estuvo a cargo de los Ingenieros: Luis Aníbal Sepúlveda Villada, Director Ejecutivo de ACODAL y promotor desarrollador del Modelo de Invención Earthgreen SAC, Jaime Cardona, Gerente G.S.A., Jairo Quintero, Gerente Tratamientos Químicos Industriales, y Jaime Giraldo, Ingeniero Industrial especialista en Gerencia Financiera.

Asistieron 120 profesionales del Sector y Organizaciones como la Secretaría de Medio Ambiente de Medellín, las Empresas de Servicios Públicos de Municipios, y varias Empresas privadas de Medellín, como Ecologística, entre otras.

ACODAL-Seccional Noroccidente cuenta con el apoyo del Instituto Tecnológico MetropolitanoITM y sus instalaciones, para el desarrollo de las actividades académicas.

81 Foto 1. Asistentes al Seminario de PGIRS

EXPORESIDUOS 2014 VI Feria y Seminario Internacional de Residuos Sólidos y Peligrosos Promoción

versión, con el apoyo de todas las Seccionales y el ente Corporativo.

ACODAL-Seccional Noroccidente, en convenio con el ente Corporativo, organizó y desarrolló las siguientes actividades para promocionar EXPORESIDUOS 2014: 3 Pre-eventos Académicos: en Barranquilla, Cali y Medellín.

2 Lanzamientos: en Medellín y Bogotá, D.C.

Foto 2. Lanzamiento Medellín

EXPORESIDUOS 2014 Se realizó los días 9, 10, 11 y 12 de julio del presente año, en la ciudad de Bogotá, en su VI

82 Foto 3. Instalación EXPORESIDUOS

EXPORESIDUOS, en su VI versión, fue un Proyecto soportado académicamente en investigación y desarrollos con el fin de aportar conocimientos, innovación, oportunidades de negocios ambientales para que el país, sus ciudades y municipios, solucionen con tecnologías apropiadas la problemática de la gestión de los Residuos Sólidos, Peligrosos, Hospitalarios y Similares, RCDs, RAEE, Agrícolas y lodos de sistemas de Aguas Residuales.

El evento contó con el apoyo de Entidades Nacionales: UNE EPM Telecomunicaciones, Grupo EPM, UAESP, Secretaría Distrital de Ambiente, CORANTIOQUIA, Secretaría de Medio Ambiente de Antioquia, Instituto Tecnológico Metropolitano, CORNARE, ECONCIENCIA, Comisión de Regulación de Agua Potable y SaneamientoCRA Área Metropolitana del Valle de Aburrá, Emprender para la Vida, Aguas de Medellín, EAN. Gestores de Residuos como: Ecologística, INTERASEO S.A. E.S.P., LITO S.A.S., Ekored, Ramonerre, Hidroproyectos, Earth Green S.A.S., INNOVA, Incineradores Industriales, Backhus Composting, Relleno Nuevo Mondoñedo, M&A

Foto 4. Muestra Empresarial

International Group, Hevco S.A.S., Casa Inglesa-Industrias IVOR, Serviecológico, ECODEK, VERTISA, Ecoequipos S.A.S., Barón.

Igualmente, colaboró en su realización la Embajada de Holanda, la cual compartió con los asistentes y visitantes en Ruedas de Negocios y Conferencias Técnicas, además de experiencias en temas de Residuos y el desarrollo que manejan los Países Bajos.

Estructura de la Agenda Académica desarrollada EJES TEMÁTICOS: 1. Aprovechamiento y basura cero.

2. Innovación, producción y consumo sostenible.

3. Gestión y tecnologías.

PONENCIAS Y SALAS: 1. 80 ponencias.

CONFERENCIAS INTERNACIONALES Y NACIONALES: 1. 12 EXPERTOS INTERNACIONALES: España, Holanda, Austria, EE.UU, México, Ecuador, Brasil, Chile, Argentina, Venezuela.

2. 50 EXPERTOS NACIONALES: Investigadores, Directivos, Gerentes, Líderes Nacionales, Regionales y Locales.

3. 4 VISITAS TÉCNICAS: 3.1 Relleno Doña Juana.

3.2 Ibicol - Procesos de Compostaje a gran escala.

3.3 Parque Ambiental de TECNIAMSA. 3.4 Hornos de Incineración de INTERASEO S.A. E.S.P. RESULTADOS DE PARTICIPACIÓN: PRENSA 2%

Participantes

2. Un salón de Plenarias.

3. Tres salas académicas: diagnósticos, políticas, normas, regulación, tarifas, negocios ambientales, producción y consumo sostenible, fondos de promoción y emprendimiento, investigación e innovación, valorización y aprovechamiento, tecnologías y aseo urbano, disposición final, tratamiento de lixiviados, procesos y métodos de gestión, educación y participación, desarrollo empresarial sostenible.

MUESTRA EMPRESARIAL/DÍA 47%

SEMINARIO ACADÉMICO 36%

CONFERENCISTAS 5% EXPOSITORES 10%

Fuente: ACODAL

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ACODAL Seccional Caribe Celebración del Día del Agua ACODAL-Seccional Caribe se vinculó a este evento con un stand, y ofreció una Conferencia sobre los parámetros de calidad del agua, dictada por el Ingeniero Faisal Bernal, en la ce-

lebración del Día Mundial del Agua, organizada por la Universidad del Magdalena, en Santa Marta, el día 21 de marzo de 2014.

Foto 1. Celebración del Día del Agua

Apoyo en la celebración del Día del Agua a Hogar Infantil de Cevillar Con el objeto de aportar a la concientización de la niñez sobre la importancia y el cuidado que debemos tener en el uso y manejo del agua, ACODAL-Seccional Caribe entregó a los

niños en el Hogar infantil de Cevillar, cartillas respecto al Día del Agua, para el acto de celebración alusivo que ellos tenían programado.

84 Foto 2.Celebración Día del Agua Hogar infantil de Cevillar

Aprovechamiento y gestión de residuos El día 25 de marzo del presente año, ACODALSeccional Caribe, conjuntamente con ACODALNoroccidente, realizó en el Hotel Barranquilla Plaza de la ciudad de Barranquilla, el evento sobre Aprovechamiento de Residuos Orgánicos, RCD, PET, etc. En el marco de este evento se hizo el lanzamiento de EXPORESIDUOS 2014 que se llevó a cabo posteriormente en Bogotá D.C., del 9 al 12 de julio de este año. Asistieron al Hotel Plaza 55 personas procedentes de Albania, Riohacha, Santa Marta, Ciénaga, Cartagena, Baranoa y Barranquilla.

Modelación de flujos y contaminantes en Agua superficial y subterránea Del 9 al 11 de abril de 2014 se realizó, en la ciudad de Barranquilla, el Curso-taller Actualización en Modelación de flujos y contaminantes en Agua superficial y subterránea. Los conferencistas fueron: el Dr. Franklin Torres y el Ing. Jorge Corrales. Asistieron 25 personas procedentes de Bogotá, Cali, Popayán, Villavicencio, Valledupar, Santa Marta, Montería, Cartagena y Barranquilla.

Foto 3. Asistentes al evento

85 Foto 4. Asistentes al Curso-Taller

Curso-Taller Actualización en diseño de sistemas de Alcantarillado sanitario y pluvial Durante los días 28, 29 y 30 de mayo de 2014 se realizó, en la ciudad de Barranquilla, el Curso-Taller Actualización en Diseño de Sistemas de Alcantarillado Sanitario y Pluvial. Los conferencistas fueron: el Ing. Freddy Angulo Hernández y el Ing. Juan Pablo Rodríguez Miranda. Asistieron 20 personas procedentes de Bogotá, Pereira, Loja-Ecuador, Popayán, San Gil Santander, Manizales, Montería, Cartagena, San Andrés Islas, Aguachica y Barranquilla.

Curso-Taller Evaluación de sistemas de Aguas Residuales con prácticas específicas de campo Durante los días 9, 10 y 11 de julio de 2014 se realizó, para la Empresa DPA Manufacturing,

Foto 5. Jornada del Curso-Taller

86 Foto 6. Participantes en el Curso-Taller

en la ciudad de Valledupar, el Curso-taller (cerrado) Evaluación de Sistemas de Aguas Residuales con Prácticas Específicas de Campo. El conferencista fue el Ing. Faisal Bernal Higuita.

Asistieron 12 personas de la empresa DPA.

Curso-Taller Diseño de Instalaciones Hidráulicas, Sanitarias y de Gas Durante los días 17 y 18 de julio de 2014 se realizó, en la ciudad de Valledupar, el CursoTaller Diseño de Instalaciones Hidráulicas, Sanitarias y de Gas. Los conferencistas fueron los Ingenieros Rafael Pérez Carmona y Guillermo Ochoa. Asistieron 29 personas procedentes de Bogotá, Medellín, Bucaramanga, Aguazul (Casanare), Aguachica, Albania, Dibulla, Santa Marta, Sincelejo, Riohacha y Valledupar.

ACODAL Seccional Centro Seminario de Actualización en Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas Corrugadas, para Acueducto y Alcantarillado - Club de Ingenieros - 23 de abril de 2014 ACODAL- Seccional Centro y CORPACERO realizaron este Seminario, con el propósito de dar a conocer los diferentes productos, en cuanto a diseño y estructuras metálicas, además de mostrar avances en la implementación del sistema TUNNEL LINER, el cual es especial para la construcción de túneles en suelos blandos.

Dicho sistema consiste en la excavación y ensamblaje interior progresivos y simultáneos de placas de acero.

Durante el Seminario se expusieron temas relacionados con tubería metálica revestida en concreto, diseños de estructuras hidráulicas en secciones especiales, procesos constructivos de revestimiento, diseño estructural de tuberías de metal corrugado y Tunnel Liner, algunas obras ejecutadas y ventajas comparativas. Se contó con la participación de cincuenta personas, entre funcionarios de empresas públicas, consultores, ingenieros, docentes y estudiantes universitarios.

Fotos: Participantes del Seminario

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Bienvenidos Nuevos Afiliados EMPRESAS AQUASTORE COLOMBIA

ALZOGROUP S.A.S.

Empresa líder en el mercado industrial colombiano, en la fabricación e instalación de tanques de almacenamiento en acero apernado, con más de 40 instalaciones en grandes entidades públicas y privadas del país, siendo los únicos en ofrecer 2 tipos de revestimientos, como lo son el “Vidrio fusionado al acero” y “Epóxico”. Nuestra empresa, filial de Florida Aquastore, posee más de 40 años de experiencia en toda Latinoamérica, a través del mejoramiento continuo en sus procesos de fabricación, dados por su fábrica CST Storage “Líder en Almacenamiento Mundial”; ofrecemos especificaciones técnicas únicas que garantizan la más alta calidad, servicios y costos óptimos para nuestro clientes.

Líder en la integración de soluciones para el tratamiento del agua, principalmente a través de procesos físicos. Nuestra misión es proporcionar al mercado colombiano la más avanzada tecnología “de punta”, permitiéndole a nuestros clientes mejorar su productividad, generando un “pay back” que contribuya directamente en la consecución de una mayor rentabilidad. A través de nuestro selecto conjunto de soluciones para el tratamiento del agua, ALZOGROUP proporciona orientación y asesoramiento a empresas e instituciones en sectores tan diversos como Alimentos y Bebidas, Petroquímica, Producción de Papel, Sistemas de Irrigación, Hoteles & Hospitales, Recreación y Gobierno entre otros.

Carlos Felipe Valenzuela Gerente de Ventas Latinoamérica 321851 9937 felipe@florida-aquastore.com

Soluciones: Oxidación avanzada, Sistemas de filtración, Cavitación hidrodinámica controlada, Sistemas de mezcla y aireación, Muestreo aséptico, Sistema de monitoreo y control de algas por ultrasonido, Electrocoagulación.

Luis Ernesto Gallardo Gerente Comercial 310505 8731 luis@florida-aquastore.com Centro Empresarial Puerto Seco.

Calle 8B N° 65-191 Interior 107 - Tel.: 419 80 89 www.florida-aquastore.com Medellín - Antioquia

Wilson Alberto González Tamayo Gerente wilson.gonzalez@alzogroup.com 3144451819 Avda. Cra. 15 Nº 104-30 Of. 404 Tel.: (57+1)4839765 Fax.: (57+1)6110785 comercial@alzogroup.com contacto@alzogroup.com www.alzogroup.com Bogotá D.C.

AQUA COLOMBIA EV LTDA. Prestamos diversos servicios en tratamiento de agua potable, residual, industrial, y aguas negras. Diseñamos, construimos e instalamos plantas de tratamiento en PRFV; adicionalmente, suministramos e instalamos canales, canaletas parshall, módulos de sedimentación, tanques, sistemas de cribado, tornillos y otros. Por otro lado, optimizamos sistemas de tratamiento tanto de agua potable como residual. Álvaro Navarro de la Rosa Gerente 3202739408-3114051788-3118482089

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Javier Goenaga Polo Subgerente 3153735758

Cra. 28B Nº 76-37 - Tels.: 3108046 -2509181 3108040 aqua_colombia@yahoo.es - www.aquacolombia.comHIBogotá D.C.

ECOLIBERA S.A.S.

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Es una Organización enfocada en ofrecer Soluciones para un Futuro Sostenible. Es representante exclusiva para Colombia de productos y servicios de casas europeas, ofreciendo alternativas para el manejo integral de agua, consultoría y gestión adecuada de residuos peligrosos. La Empresa distribuye e implementa tecnologías “de punta” para la industria, la construcción y el hogar, que contribuyen al desarrollo sostenible y a la preservación de los recursos naturales, generando soluciones para la gestión y la responsabilidad ambiental, aportándole al país bienestar para las generaciones presentes y futuras.

Análisis de aguas naturales, de proceso, residuales y marinas; Análisis de contaminación en lodos, sedimentos, suelos, organismos, vegetales; Monitoreos y toma de muestras en terreno; Control de parámetros en línea; Asistencia técnica ambiental a clientes de laboratorio.

Gloria Patricia Duque Gerente General gloria.duque@ecolibera.com Calle 116 Nº 18-45 Of. 501 Tel.: 8051491 Cel.: 3107878000 info@ecolibera.com gloria.duque@ecolibera.com www.ecolibera.com Bogotá D.C. GLOBAL INDTECH S.A.S. Sistemas de Generación de Cloro en Sitio, Soluciones fijas y móviles para desinfección de Agua, Automatización de procesos/Monitoreo en Línea/ Instrumentación, Control de calidad de agua en tanques de almacenamiento.

Sergio Mejía González Business Developer sergio.mejia@globalindtech.com Calle 121 Nº 7-30 Of. 102 Tel.: 4689612 - 3187709990 info@globalindtech.com www.globalindtech.com Bogotá D.C. KAESER COMPRESORES DE COLOMBIA LTDA. Venta y Alquiler de Sistemas de Aire Comprimido.

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Andrea Rincón Ruiz Gerente andrea.rincon@hidrolab.com.co Cel. 3138486908 Km 2.5 Autopista Medellín Km 1.3 Vía Parcelas de Cota - Aepi Bod 3A Tel.: 5190385 recepcion@hidroproyectos.com.co Cota - Cundinamarca Universidad Manuela Beltrán La Universidad Manuela Beltrán es una institución de educación superior, con 36 años de fundada en Colombia. Actualmente, ofrece 15 carreras profesionales y 13 programas de posgrado en sus sedes de Bogotá, Cajicá y Bucaramanga. Adicionalmente, la UMB Bucaramanga, a través de la Alianza para el Saber UMB-ITAE ofrece 7 carreras a nivel tecnológico. La UMB cuenta, además, con oferta académica virtual en pregrado, posgrado y educación continua.

Juan Carlos Beltrán Gerente Institucional jcbeltran@umb.edu.co Ing. Jenny Alarcón Parra Directora Programa de Ingeniería Ambiental jenny.alarcon@umb.edu.co 3105564328 Tel.: 5460600 ext. 1106-1152 Av. Circunvalar Nº 60-00 Dirección de Ingeniería Ambiental www.umb.edu.co Bogotá D.C. ASERHI S.A.S. E.S.P. Gestión externa de residuos peligrosos, incluye recolección, transporte, tratamiento y disposición final de residuos.

Yhon Elkin Giraldo Aristizábal Gerente - Técnico Forestal Cel.: 3137482640 Carrera 2 Nº 8-17 - Tel.: 8223477 gerencia.aserhi@hotmail.com Popayán - Cauca

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Lombardi Ingeniería S.A.S.

Asesorías y Consultorías en planeación de políticas públicas, servicios públicos, saneamiento básico y medio ambiente.

Diseño, consultoría, asesoría técnica, representación comercial nacional e internacional, agenciamiento, importación, exportación, distribución, reparación, mantenimiento, compra y venta de toda clase de equipos, maquinaria, partes y repuestos, materia prima con destino a la ingeniería, la industria y el comercio en general. Suministro, montaje, mantenimiento preventivo y predictivo de equipos acondicionadores de aire y sistemas de ventilación industrial y comercial axial, centrífuga y eólica. Diseño, construcción, interventoría y mantenimiento de obras hidráulicas, y recuperación ambiental, control de contaminación en sistemas hidráulicos y de lubricación.

Suministro, montaje y mantenimiento de sistemas energéticos alternativos fotovoltaicos, eólicos, hidroeléctricos y de telecomunicaciones. Diseño y construcción de obras civiles, urbanísticas y rurales. Suministro, mantenimiento y reparación de equipos eléctricos y electromecánicos. Construcción y montaje de estructuras metálicas y metalmecánicas. Asesoría, consultoría, representaciones y agenciamiento de firmas nacionales y del exterior; participación directa como asociada o unión temporal en el negocio de la consultoría, fabricación, importación, exportación, compra y venta de toda clase de producto y servicio, gestionar patentes de invención, registro de marcas o de nombres, y celebrar contratos relacionados con la propiedad industrial.

Nelson Sánchez Garzón Director de Proyectos Calle 12N Nº 4N-17 Of. 508 Edif. Palacio Rosa Tel.: 3724023 – Cel.: 314 7393457 gestionconsultoria7@yahoo.com serviciosprofesionalesgyd@gmail.com Cali - Valle Innovación Ambiental - Innova S.A.S. E.S.P. Desarrolla y opera soluciones tecnológicas enfocadas en procesos de reciclaje, valorización y tratamiento de residuos peligrosos, especialmente corrientes de residuos que no tienen alternativas favorables de manejo final en el mercado nacional.

Gerente Elena Gavrilova Ingeniera Química Carrera 37 Nº 13-116 Acopi - Yumbo Tel.: 3816685 Cel: 3176990902 comercial@innovaambiental.com.co gerencia@innovaambiental.com.co Yumbo - Valle Sanambiente S.A.S. Empresa con más de 20 años de experiencia en la comercialización de tecnología y productos para la preservación, mitigación y solución de problemas relacionados con el medio ambiente, y desarrollo de proyectos que involucran diseño, integración, instalación y puesta en marcha de redes de monitoreo de calidad del aire y el agua.

José Luis Abello Director Comercial jl.abello@sanambiente.com.co 3148881475 Calle 5B4 Nº 36 65 Tels.: 5141342 - 5141356 ventas@sanambiente.com.co www.sanambiente.com.co Cali - Valle

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Representante Legal Claudia María Izquierdo Moreno Av. 2B1 Norte Nº 73-38 Brisas de los Álamos Cel.: 3177977087 lombardi@colombia.com Cali - Valle TL Ingeambiente S.A.S. Construcción y consultoría; soluciones técnicas y alquiler de maquinaria para obras civiles y ambientales.

Representante Legal Andrés Felipe Ospina Galindo Ingeniero Civil Carrera 101A Nº 17-96 Ciudad Jardín Tels.: (57+2) 3987340 - 3967293 Cel.: 3163324124 info@tlingeambiente.com Cali - Valle

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Mediciones Ambientales MEDISAM LTDA.

Análisis de materias primas y productos terminados, ambientales, asesorías, capacitaciones y venta de equipos.

Diseño y/o construcción de obras hidrosanitarias; monitoreos ambientales de: calidad de aire, emisiones atmosféricas en fuentes fijas, agua potable, vertimientos líquidos, residuos sólidos y ruido ambiental; estudios de planes de manejo ambiental, estudios de impacto ambiental, planes de manejo y/o de mitigación ambiental.

Director Técnico Omar Velásquez Químico Carrera 24 Nº 9C-21 Tel.: 5581576 - Cel.: 3155257325 omarvelasquez@ecoquimicaltda.com Cali - Valle Fumindustrial Estudios Medioambientales: Aguas, Residuos, Ruido, Emisiones, Auditorías Ambientales, Residuos Sólidos y Peligrosos, Auditorías de calidad ambiental, Estudios de Impacto ambiental, Estudios de Contaminación, Planes de manejo, Asesorías en aseguramiento de la Calidad. Buenas Prácticas de Manufactura.

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Gerente General Jorge Enrique Lenis Valencia Químico Carrera 31 Nº 10-10 Barrio Colseguros Tel.: 3264299 - Cel.: 3155461316 gerencia@fumindustrial.com Cali - Valle

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DIANA MARGARITA HERNÁNDEZ AVILÉS Ingeniera Civil MANUEL ANTONIO RAMÍREZ PÉREZ Ingeniero Civil

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PREVENTION AND CONTROL OF SEWER SYSTEM OVERFLOWS 3 Edition Wef Manual Of Practice No. FD-17

Revista de IngenierĂ­a Sanitaria y Ambiental

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DESIGN OF URBAN STORMWATER CONTROLS Wef Manual of Practice No. 23 Asce Manuals and Reports on Engineering Practice No.87 Edited by: Water Environment Federation (WEF) American Society of Civil Engineers/ Environmental & Water Resources Institute

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SAFETY, HEALTH, AND SECURITY IN WASTEWATER SYSTEMS,6 Edition Wef Manual of Practice No.1 Edited by: Water Environment Federation (WEF)

INDUSTRIAL WASTEWATER MANAGEMENT, TREATMENT, AND DISPOSAL, 3 Edition Manual of Practice No. FD-3 Edited by: Water Environment Federation (WEF) Wefpress

ENERGY CONSERVATION IN WATER AND WASTEWATER FACILITIES Manual of Practice No. 32 Edited by: Water Environment Federation (WEF) Wefpress

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IMPLEMENTING ASSET MANAGEMENT A PRACTICAL GUIDE Edited by: Water Environment Federation

BIOSOLIDS LAND APPLIERS’ GUIDE TO PREPARING FOR THE CERTIFICATION EXAMINATION Edited by: Water Environment Federation/Association of Boards of Certification

SUSTAINABILITY REPORTING STATEMENTS FOR WASTEWATER SYSTEMS

Revista de Ingeniería Sanitaria y Ambiental

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