Facultad de Ingeniería Ambiental Boletín N° 4 Enero - Junio de 2011
En este número: Editorial / Investigación: Energías Alternativas: Bioconversión de luz en metano como fuente de energía limpia y renovable / Tema Central: Proyecto Río Torca: Estudio de alternativas para su recuperación / Semillero de investigación en ríos urbanos – Bogotá / Punto de vista: Seguimiento “Exsitu” de la biorremediación de lodos contaminados con crudo de Castilla, caso Río Torca / Interés de la facultad / Enlaces de interés /
Editorial Directivos UAN Rectora Marta Losada Vicerrector Académico Víctor Hugo Prieto Vicerrector de Ciencia Tecnología e Innovación Carlos Arroyave Posada Vicerrector Administrativo Ariel Vega Secretaria General Martha Carvalho Directora Fondo Editorial Lorena Ruiz Serna Decana Facultad Ingeniería Ambiental Diana Quintero Torres Director Unidad para el Desarrollo de la Ciencia y la Investigación Edwin Humberto González Rojas Editor Anibal Pérez Asistente editorial Diego Alejandro Martínez Consejo Editorial Diana Quintero Torres, Edwin González Rojas, William Lozano Rivas, Anibal Pérez García, Diego Escobar, Alcibiades Bohórquez, Juan Valderrama, David Aperador Corrector de estilo Sebastián Montero Diseñador Gráfico César Augusto Bran Tarazona Impresión Imagen Editorial Fotografias: flickr.com, Wikimedia Commons Foto de la portada: Luis Fernando Molina
Ing. Diana Isabel Quintero Torres. Decana Facultad de Ingeniería Ambiental
Ríos urbanos: escenarios para la investigación y protagonistas del equilibrio ambiental. Los ríos urbanos son cuerpos de agua que, desde su función integradora de ecosistemas, se entrelazan con el avance arquitectónico y económico de una ciudad y son espacios naturales idóneos para la aplicación de teorías y propuestas académicas que desarrollamos con rigor investigativo en la Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Antonio Nariño. En las grandes ciudades, como Bogotá, la exploración y monitoreo de sus ríos desde una prospectiva ambiental es un tema que queda rezagado al segundo plano y es encasillado de manera simple como un elemento más del sistema de drenaje urbano y separado de sus otros usos y servicios. En la Facultad de Ingeniería Ambiental hemos estado trabajando con nuestros investigadores y estudiantes en proyectos que propendan a la recuperación de ríos urbanos, particularmente sobre el tramo uno del río Torca. Durante este tiempo hemos evidenciado que los ríos son sometidos a la presión espacial y ambiental del desarrollo de la ciudad mediante la construcción de autopistas, puentes, unidades residenciales, entre otras obras, y a fuertes impactos causados por conexiones erradas de vertimientos de aguas residuales altamente contaminadas, lo que genera efectos negativos sobre el hábitat fluvial urbano. Teniendo en cuenta este escenario, los ríos urbanos son el tema central de esta cuarta edición del boletín GRESIA, en la que podrán encontrar, además, un resumen de la consolidación del semillero de investigación denominado Observatorio de Ríos Urbanos (ORUUAN), conformado por estudiantes de los primeros semestres de nuestra carrera y profesores; un artículo relacionado con una nueva fuente de energía limpia y renovable derivada de la bioconversión de luz en metano, e información de interés particular para nuestros estudiantes, docentes e investigadores.
Investigación Energías alternativas: Bioconversión de luz en metano como fuente de energía limpia y renovable Juan Daniel Valderrama
A partir de la revolución industrial, en el siglo XIX, el petróleo comenzó a formar parte de nuestra vida cotidiana en un sinnúmero de formas y productos, tales como plásticos, pinturas, textiles, solventes, lubricantes, asfaltos, fertilizantes y pesticidas. Sin embargo, su principal aplicación ha sido como combustible, siendo la fuente del 80% de la energía utilizada por los seres humanos en la actualidad (UNDP, 2004). Este porcentaje tan elevado hace evidente el hecho de que una crisis petrolera tendría necesariamente un efecto mayúsculo sobre todas nuestras actividades cotidianas, comenzando por las que dependen directamente de la gasolina y el diesel, como lo es el transporte. Ser dependientes de un recurso no renovable en una medida tan alta nos ha forzado a replantear nuestros modelos de desarrollo, pensando cada vez más en alternativas que garanticen una independencia petrolera, especialmente por parte de los países industrializados. No obstante, el desafío no ha sido para nada fácil. Hasta el momento contamos con decenas de alternativas para la generación de energía sin que alguna de estas esté todavía cerca de remplazar a los combustibles fósiles y en particular al petróleo. Tecnologías como las celdas solares son promisorias pero limitadas desde el punto de vista de costos y mantenimiento. Por otra parte, una tecnología que viene ganando importancia rápidamente es la generación de energía a partir de biomasa, la cual está necesariamente ligada al aprovechamiento de la luz solar por medio de la fotosíntesis. Desde este punto de vista, el uso de microorganismos resulta atractivo dado que se podrían llegar a emplear en procesos de gran escala, al mismo tiempo que su impacto sobre
el ambiente es fácilmente controlable siempre y cuando se lleve a cabo un manejo adecuado de los procesos (Rittmann, 2008). Como se mencionó, el gran potencial de los microorganismos está asociado principalmente a la fotosíntesis. Millones de años de evolución han hecho de la fotosíntesis un proceso muy eficiente que en la mayoría de los casos está asociado al consumo de dióxido de carbono para producir biomasa. Esto hace que la fotosíntesis sea ideal como proceso para fijación de carbono y, por lo tanto, una tecnología basada en ella tendría repercusiones importantes sobre el problema de cambio climático por efecto invernadero y el control de la polución atmosférica. En el caso particular de organismos como las microalgas, su alta capacidad de consumo de dióxido de carbono combinada con su productividad en términos de biomasa (aproximadamente 50 toneladas de peso seco por hectárea al año), que es unas 10 veces superior al de cultivos convencionales como la caña de azúcar y la remolacha, hacen que estos organismos sean especialmente atractivos para aplicaciones basadas en el aprovechamiento de energía solar (Murphy y Power, 2009). Una de tales aplicaciones consiste en recuperar los lípidos de las membranas celulares de las microalgas para la producción de biodiesel, mediante extracción con solventes orgánicos y transesterificación de los triglicéridos. No obstante, la acumulación en exceso de lípidos en estos microorganismos es inducida a partir del suministro limitado de nutrientes, razón por la cual en este tipo de procesos no se puede llegar a velocidades de producción de biomasa óptimas, impactando necesariamente la eficiencia y productividad globales del proceso.
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Este tipo de limitaciones han llevado a reconsiderar un proceso propuesto hace más de 50 años por Golueke y Oswald (1959), el cual trata de aprovechar al máximo la velocidad de crecimiento de las microalgas proporcionándoles condiciones de crecimiento óptimas (sin ninguna limitación de nutrientes), con el fin de generar las mayor cantidad posible de biomasa. La diferencia, en este caso, es que en lugar de llevar a cabo la extracción de lípidos, la biomasa fotosintética (microalgas) es alimentada a un biodigestor anaerobio el cual estaría en capacidad de transformarla principalmente en metano (70%) y dióxido de carbono (30%), aprovechando no solo las membranas celulares sino también todo el contenido citoplásmico. Mientras el metano puede ser usado directamente como combustible, el dióxido de carbono se realimenta al proceso para el crecimiento de más microalgas. Este proceso es conceptualmente interesante ya que permite pensar en la recirculación de corrientes líquidas (como el efluente del biodigestor anaerobio) y corrientes gaseosas (como el dióxido de carbono generado por la combustión de metano) para alimentar el proceso de producción de microalgas en un ciclo cerrado, como se plantea en la figura 1. Si a esto le sumamos el acoplamiento de la combustión de metano a una turbina conectada a un generador eléctrico, tendríamos un ciclo de potencia basado en la bioconversión de luz en metano para producción de energía eléctrica.
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Por otra parte, aun cuando el proceso tiene un gran potencial, existen varios inconvenientes que deberán ser resueltos antes de que este sea técnica y económicamente viable. El principal problema está relacionado con la biodigestibilidad anaerobia de las microalgas, que puede variar entre 40% y 80% (Foree y McCarty, 1970). En particular, una conversión de menos del 70% de la biomasa fotosintética en metano complica la factibilidad económica del proceso. UAN
Sin embargo, es precisamente este problema el que nos da la oportunidad de hacer investigación enfocada en lograr conversiones óptimas. Alcanzar tales conversiones puede depender de las especies de microalgas utilizadas para la fotosíntesis, así como de los consorcios microbianos inoculados al biodigestor anaerobio para la metanización de biomasa. Las condiciones de proceso en el biodigestor y algunos pretratamientos aplicados a la biomasa fotosintética también influyen en la eficiencia de metanización que se puede alcanzar. Otra alternativa es atacar directamente la estructura responsable de la baja digestibilidad: la pared celular, la cual, al estar compuesta principalmente de celulosa, es de difícil degradación. Una solución parcial a este problema puede ser el uso de cianobacterias en remplazo de las microalgas, ya que su pared celular no contiene celulosa y por ende su biodegradabilidad anaerobia es potencialmente superior. Las soluciones a estas problemáticas y a otras preguntas relacionadas con este proceso son la motivación principal de un proyecto de investigación que se está planteando desde la facultad de Ingeniería Ambiental. Actualmente se está comenzando por evaluar algunos diseños preliminares de fotobiorreactores para el cultivo de microalgas y cianobacterias mediante experimentos llevados a cabo por estudiantes de la asignatura de Práctica de Investigación. Se espera que los resultados de estos primeros esfuerzos nos conduzcan a la formulación de proyectos de investigación para la generación de energía a partir de tecnologías alternativas de bajo costo basadas en el aprovechamiento de la energía solar acoplada a la captura y fijación de dióxido de carbono. Agradecimientos Estudiantes de la asignatura de Práctica de Investigación: Luis Raúl Echeverry, Sergio Lizarazo, Jessika Ramos, Vanessa Rodríguez y Yeisson Trujillo.
Referencias Foree, E. G. y McCarty, P. L. (1970). “Anaerobic decomposition of algae”, en: Environ. Sci. Technol., vol. 4, n.º 10, pp. 842-849, Oct. Golueke y Oswald (1959). “Biological Conversion of Light Energy to the Chemical Energy of Methane”, Jul-1959. [en
Figura 1. Diagrama del proceso. El proceso consta de un fotobiorreactor para crecimiento de biomasa fotosintética a partir de energía solar y dióxido de carbono, un biodigestor anaerobio para degradación de la biomasa fotosintética y producción de metano y dióxido de carbono, una cámara de combustión de metano que alimenta una turbina de gases con dióxido de carbono a alta presión y temperatura, y un generador acoplado a la turbina para producción de electricidad. El proceso considera la recirculación de la mayoría de las corrientes manteniendo un ciclo idealmente cerrado con recuperación total del dióxido de carbono.
línea]. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov.proxy. library.cornell.edu/pmc/articles/PMC1057509/ Murphy J. D. y Power, N. (2009). “Technical and economic analysis of biogas production in Ireland utilising three different crop rotations”, en: Applied Energy, vol. 86, n.º 1, pp. 25-36. Rittmann, B. E. (2008). “Opportunities for renewable bioenergy using microorganisms”, en: Biotechnol. Bioeng., vol. 100, n.º 2, pp. 203-212, Jun. UNDP (2004). World Energy Assessment: Overview: 2004 Update. United Nations Publications.
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Tema Central Proyecto Río Torca: Estudio de alternativas para su recuperación Ing. William Antonio Lozano-Rivas, MSc. (DEA) c.PhD.
Durante el 2011, la Secretaría Distrital de Ambiente y el Fondo de Desarrollo Local de Usaquén unieron esfuerzos para convocar la ejecución del contrato de Ciencia y Tecnología n.º 1478 de 2010, referido al estudio de alternativas para la recuperación y mejoramiento de la calidad de las aguas del río Torca (tramo 1). Este proyecto tenía como objetivo la elaboración de una propuesta para la recuperación integral para la conservación y la recuperación del estado hidroecológico del río, que además involucrara el fomento del uso racional por parte de todos los usuarios de la cuenca y la ampliación de los servicios ambientales que este presta en la actualidad. A esta convocatoria se presentaron siete universidades de Bogotá, las cuales registraban grupos de investigación con líneas de profundización relacionadas con el proyecto. Finalmente, fue la Universidad Antonio Nariño, y el Grupo de Investigación GRESIA, de la Facultad de Ingeniería Ambiental, la institución seleccionada, por la alta calidad investigativa y el alto perfil de sus científicos. Este proyecto se ejecutó bajo la dirección de la Decana, doctora Diana Isabel Quintero Torres, y la coordinación del investigador William Antonio Lozano-Rivas.
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De este proyecto, con un monto cercano a los 500 mil millones de pesos, además del estudio de alternativas, dividido en un total de 12 informes técnicos, incluyendo la propuesta de diseño urbano, se produjo el libro titulado Elementos para la recuperación de ríos urbanos. Caso de estudio: río Torca (tramo 1) Bogotá D.C., en el que se recopilan los aspectos más relevantes de la generación de conocimiento lograda en la realización del proyecto. Algunos de estos puntos se detallan a continuación. UAN
1. Introducción Desde hace muchos años, se ha venido dilatando el paso cultural hacia el reconocimiento de los ríos, no solo como recurso desde su función hidráulica de transporte de aguas o escorrentía (que, incluso, se entiende erróneamente como un factor que inevitablemente representa peligro para la obras de ingeniería), sino también desde su razón de ser y función natural, ecosistémica, social e integradora de las interacciones de la ciudad y del hombre con su entorno inmediato. Actualmente, las fuentes hídricas son definidas como un recurso cuya significación etimológica parecería relegar al agua a despojarse de su significado holístico y a adoptar valores distantes a la multipluralidad de su naturaleza. Hablar del agua como un recurso, para algunos, peligrosamente suele representar per se, una autorización tácita de su uso y usufructo desmedido, como cualquier otro bien explotable, sea petróleo, madera, oro, hierro o piedra. En las ciudades, el enfoque simplista de los ríos como parte fundamental del sistema de drenaje urbano, desligado de otros usos y servicios relacionados con la mejora del nivel de vida y el bienestar humano, ha llevado a la canalización o encerramiento de sus cauces con el propósito de mejorar la dinámica de drenaje, incrementar las velocidades de escurrimiento e impedir inundaciones de avenidas, calles y predios. No obstante, aguas abajo de las ciudades, se aumentan los volúmenes, los caudales pico y, consecuentemente, las inundaciones repetidas en áreas rurales y otros municipios de cotas inferiores.
caudales y deja al descubierto áreas de alimentación y de desove, despeja áreas para el crecimiento de vegetación riparia y descanso de aves, entre muchas otras dinámicas enmarcadas en esa dimensión espacio-tiempo.
Río Torca en Bogotá D.C. Foto: William Antonio Lozano-Rivas
2. La dimensionalidad de un río ligada a la física einsteniana. En 1915, el físico y matemático alemán Albert Einstein publica un trabajo en el que describe la teoría de la relatividad general, enmarcada en un escenario en que el espacio y el tiempo se unen formando cuatro dimensiones: una temporal y tres espaciales. En lo referente a los ríos, la física espacial einsteniana aplica también para la explicación de su comportamiento y sus dinámicas. Toda la materia en el universo, como la conocemos en la actualidad, se mueve en cuatro dimensiones y el río no es la excepción: - - - -
En el río, estas dimensiones deben ser respetadas y protegidas, con el fin de conservar una buena calidad hidroecológica, ya que la estructura ecológica funcional del bien hídrico es consecuencia del tipo y magnitud de los procesos fluviales que en él subyacen, bajo el marco de estas cuatro dimensiones con las que interactúa y que le brindan la oportunidad a este complejo sistema de hallar nuevos equilibrios, en lo que podría definirse como resiliencia. Los ríos urbanos son sometidos a la presión espacial y ambiental del desarrollo de las ciudades (autopistas, puentes, barrios, nuevas construcciones, etc.) y a fuertes impactos causados por los vertidos de aguas residuales provenientes de conexiones erradas y los vertidos pluviales urbanos (VPU), altamente contaminados no solo por el lavado atmosférico sino también por el de las avenidas, aceras y cubiertas de las edificaciones. Todo ello genera múltiples efectos negativos sobre el hábitat fluvial urbano.
Dimensión Tiempo (o espacio-tiempo) Dimensión Vertical Dimensión Horizontal Dimensión Longitudinal
En la dimensión vertical, el río tiene contacto con la atmósfera, con el paisaje y con el cauce por el que discurre; horizontalmente se trenza, ingresa por las áreas de bosque, inunda áreas y construye vegas, y en su curso permite el tránsito aguas arriba y aguas abajo de peces, macroinvertebrados y microorganismos, de sedimentos y nutrientes; todo ello sujeto a variaciones temporales en las que el río de repente crece e inunda, luego disminuye sus
El Río Salitre canalizado ¿Esta es la preferencia de muchos ingenieros y urbanistas? Obra del trazo, la escuadra y el mortero ¿Es esto realmente un río? Foto: William Antonio Lozano-Rivas
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Los ríos son como los seres humanos: cambian, evolucionan, permutan, mudan, se alteran, interactúan con su entorno, se detienen y se entretienen, se reservan y se desencajan, van de un lugar a otro y su similitud más profunda: tienen la capacidad de transformar su entorno. Por esto el río nunca atentará per sé contra las obras hidráulicas, ni contra las comunidades o su patrimonio, ni en contra de las vidas humanas; el río reclama su territorio (su llanura de inundación), lo ocupa porque le pertenece y es el hombre quien lo invade, lo ignora y no lo comprende; desconoce, incluso, que la mayor sequía y la mayor de las inundaciones siempre estará aún por ocurrir (LozanoRivas, en prensa). 3. Elementos para la recuperación de ríos urbanos Enmarcado en la dimensionalidad espaciotemporal, las alternativas de mejoramiento deben propender a rescatar los aspectos naturales del río, no solo a nivel de su régimen fluvial, sino también en cuanto a su vegetación y calidad del agua, cuyas acciones redundarán en una ampliación de la oferta de servicios ambientales y ecosistémicos, pero cuidando de no comprometer la capacidad de evacuación de las aguas de tormenta, como función sustantiva de los ríos urbanos para protección de la infraestructura urbana y de sus ciudadanos.
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Algunos resultados de proyectos relativamente recientes de recuperación de ríos confirman que hay un moderado conflicto entre la protección de los ciudadanos y sus bienes (en el caso de caudales de avenidas extremas) y la mejora de las condiciones ambientales del ecosistema fluvial. Los planes de recuperación de ríos deben estar acompañados de varias medidas no estructurales, tales como la elaboración de mapas de riesgo de inundaciones, conformación de grupos locales de respuesta a emergencias por inundación y sistemas de alerta temprana para dichos eventos, de manera que se privilegie la gestión del riesgo y se UAN
reduzca el exceso de soluciones de ingeniería (Nakamura, Tockner y Amano, 2006). Los proyectos de restauración de ríos canalizados incluyen algunos elementos básicos, como son: la estabilización de canales, el control de la erosión de los taludes y la mejora de la calidad del hábitat acuático a través de la modificación estructural del cauce (Sear, 1994; Kondolf, 1995). Algunos de los métodos más recurrentes en la recuperación de ríos consisten en ubicar cantos rodados en su fondo, la construcción de deflectores y de rápidos, así como la modificación de la sinuosidad o meandrificación del río a larga escala (Nielsen, 1996; Brookes, 1996). Referencias Brookes, A. (1996). “River restoration experience in Northern Europe”, en: A. Brookes, y F. D. Shields, River channel restoration: guiding principles for sustainable projects, Chichester, UK: Wiley & Sons Ltd., pp. 233-267. Kondolf, G. M. (1995). “Case studies and reviews. Geomophological stream channels classification in aquatic habitat restoration: uses and limitations”, en: Aquat. Conserv. Mar. Freshw. Ecosys., (5), pp. 127-141. Lozano-Rivas, W. A. (en prensa). Hidrología práctica en zonas rurales y urbanas. Bogotá: ECOE Ediciones. Nakamura, K.; Tockner, K. y Amano, K. (May 2006). “River and Wetland Restoration: Lessons from Japan”, en: Bioscience, 5(56), pp. 419-429. Nielsen, M. B. (1996). “River Channel Restoration: guiding principles for sustainable projects”, en: A. Brookes, y F. D. Shields, Lowland stream restoration in Denmark. Chichester, UK.: Wiley & Sons Ltd., pp. 269-289. Sear, D. A. (1994). “River restoration and geomorphology”, en: Aquuat. Conserv. Mar. Freshw. Ecosys., (4), pp. 169-177.
Tema Central Semillero de Investigación en ríos urbanos – Bogotá David Aperador-Rodríguez1, Karen Becerra2, Natalia Zabala2
Resumen Este artículo está enfocado en mostrar el trabajo realizado por el semillero de investigación denominado Observatorio de Ríos Urbanos (ORUUAN), que surgió a partir de distintas iniciativas de docentes de la facultad y estudiantes de primer y segundo semestre. Este semillero pretende contribuir a la identificación de potencialidades y conflictos ambientales, desde la perspectiva técnica, social e institucional, en las cuencas urbanas de Bogotá con especial énfasis en la subcuenca del río Arzobispo. Adicionalmente, desde su concepción contribuye a la formación integral de los ingenieros ambientales de la Universidad Antonio Nariño, y representa una importante estrategia para la operativización de los proyectos integradores.
En este contexto, el recurso hídrico hace parte esencial de los mecanismos de planificación, para lo cual es fundamental establecer una línea base diagnóstica para identificar la red hídrica dentro de las ciudades y sus zonas periféricas, y lograr establecer su estado actual para la toma de decisiones dentro del contexto institucional. En el caso de Bogotá, su jurisdicción urbana se encuentra integrada por cuatro cuencas hidrográficas, cuyos cuerpos de agua principales son de orden 3, de acuerdo a la clasificación de cuencas hidrográficas del Ideam
Marco conceptual Los procesos de expansión urbana que actualmente se presentan en las diferentes ciudades de América Latina y el Caribe están teniendo un alto impacto negativo sobre los recursos de las zonas rurales y periferias de la ciudad (Rodríguez, 2012). En el marco de la planificación territorial, se encuentra una serie de instrumentos reglamentados por las diferentes instituciones gubernamentales para establecer usos adecuados de los suelos y demarcar las respectivas zonas de protección ambiental, donde se encuentran los Planes de Ordenamiento Territoriales (POT) con su componente de la Estructura Ecológica Principal, y los planes de ordenación y manejo de cuencas hidrográficas (Pomca).
1 Ing. Ambiental y Magister en Desarrollo Sustentable y Gestión Ambiental. Docente investigador de la Universidad Antonio Nariño 2 Estudiante de ingeniería Ambiental de la Universidad Antonio Nariño.
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(cuencas Tunjuelo, Fucha, Salitre y Torca), que a su vez hacen parte de la cuenca del Río Bogotá, cuyo río principal es de orden 2. El monitoreo que se realiza a estos afluentes principales está registrado en los diferentes documentos institucionales, consolidando una importante registro de sus características, como lo es la información de los índices de calidad hídrica (WQI), puntos de vertimientos de aguas residuales, áreas de vegetación o zonas de ronda hidráulica. Pero si observamos las cuencas hidrográficas como sistema hídrico, es fundamental establecer el estado de las fuentes hídricas de orden ascendente, es decir 4, 5 y superiores, tomando en consideración que sus aguas también aportan al caudal de los cuerpos de agua de los afluentes principales. Aun cuando existen instrumentos que faciliten obtener información del estado de los principales ríos y quebradas en Bogotá, como lo es el Observatorio Ambiental de Bogotá, adscrito a la Secretaria Distrital de Ambiente, o el Sistema de Información Geográfica SIG de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, estos carecen de información de vital importancia para procesos de planificación y conservación de tales fuente hídricas.
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Observatorio de rios urbanos Dentro de este contexto, es fundamental establecer un puente de comunicación entre las comunidades que realizan procesos sociales en torno a los ríos y quebradas y las instituciones académicas de la ciudad. Es así que, como iniciativa de los estudiantes de Ingeniería Ambiental de la Universidad Antonio Nariño, se ha creado el semillero de investigación Observatorio de Ríos Urbanos, cuyo objetivo general es “Establecer el observatorio ambiental de la UAN sobre las cuencas urbanas de Bogotá con énfasis en la subcuenta del rio arzobispo, para identificar potencialidades y conflictos ambientales, desde la perspectiva técnica, social e institucional”. Sus UAN
líneas de investigación se centran en seis ejes fundamentales: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Calidad del agua Ordenamiento territorial Cuencas hidrográficas Educación ambiental Ecosistemas urbanos Residuos sólidos
Para este proceso, se tendrá acompañamiento del cuerpo docente, liderado por el ingeniero ambiental David Aperador Rodríguez. Las actividades dentro de la cuenca del río Salitre se realizarán por micro cuencas, en cuya fase inicial se abordará la microcuenca de la quebrada Pardo Rubio, en la localidad de Chapinero. Como primer momento, se efectuó un recorrido de reconocimiento a lo largo del cauce principal de la quebrada hasta su desembocadura en el río Arzobispo, en el Parque Nacional (localidad de Santa Fe), con estudiantes y docentes. Durante la actividad, se elaboró un levantamiento básico de información de fauna, flora, características geomorfológicas del cauce e intervención civil del mismo, tipo de curso de agua, paisaje y estado de las aguas superficiales. Para dicho levantamiento de información, se diligenciaron matrices para la
O, 4° 37’ 31.29” N-74º 3’ 33.62” O, los cuales no se encuentran delimitados dentro de la cartografía reglamentaria de la unidad de planeación zonal 91 Sagrado Corazón, en cuya jurisdicción se encuentra el Parque Nacional Enrique Olaya Herrera. Esta actividad preliminar evidencia la necesidad de establecer un observatorio para este tipo de cuerpos hídricos en la jurisdicción urbana y su periferia que logre complementar la información de las cuencas hidrográficas y definir políticas con criterios técnicos en el marco de la planificación territorial ambiental.
identificación de elementos claves in situ para su posterior investigación. Como resultado preliminar, se identificó una alta intervención durante su trayectoria hasta la jurisdicción del parque Nacional, evidenciándose conflictos urbanísticos sobre sus rondas hidráulicas, bosques ríparios y cauce, además de disposición inadecuada de residuos sólidos domiciliarios. De igual forma, se evidenciaron tres cursos de agua tipo efímeros a la altura de la Avenida Circunvalar, en las coordenadas geográficas 4º 37’ 32.65” N-74º 3’ 34.94” O, 4° 37’ 32.50” N-74º 3’ 34.00”
El Observatorio de Ríos Urbanos de la Universidad Antonio Nariño estará localizado en la Sede Sur (calle 22 Sur n.º 12D-81), en la Oficina de Investigación de la Facultad de Ingeniería Ambiental. Bibliografía Bogotá (2011). Calidad del recurso hídrico de Bogotá (20102011). Bogotá: Universidad de los Andes. Rodríguez, D. A. (2012). Formulación de lineamientos de gestión ambiental y su viabilidad para zonas de ronda hidráulica en ríos urbanos (prueba piloto quebrada Fucha-Vereda La Requilina Usme, Bogotá). Bogotá D.C.: Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
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Punto de Vista Seguimiento “exsitu” de la biorremediación de lodos contaminados con crudo de castilla, caso Río Torca Yeeymy Patricia Bermudez Rodriguez3 Greys Dannely Mateus Quiroga1
Resumen La problemática ambiental por los vertimientos de hidrocarburos y sus derivados a nivel nacional e internacional ha causado graves impactos ambientales. Para atenuar este problema, se presentan alternativas de biorremediación. Se escogieron las técnicas de atenuación natural y bioestimulación para hacer un estudio ex situ del comportamiento de los microorganismos, tomando una muestra de lodo del canal en el río Torca, en la Autopista Norte con calle 205, el cual se vio afectado con el vertimiento de crudo de castilla. Igualmente, se realizó una propuesta de atención de este tipo de eventos. 1 Marco teórico. Las fuentes de vertidos de crudo y derivados, en la mayor parte de los casos, proviene de un derrame accidental producido en la superficie o directamente en el subsuelo. Los hidrocarburos y algunos de sus principales aditivos son detectables en el subsuelo en cantidades incluso de partes por billón (ppb). Dividimos los hidrocarburos en alifáticos y aromáticos. Los aromáticos son los que más problemas medioambientales causan, especialmente dos familias: PAH o HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos), y los BTEX (benceno, tolueno etilbenceno y xilenos) (Speight, 2001). Frente a la recuperación del terreno una vez afectado por un vertido, las actuaciones correctoras pueden dividirse en tres alternativas principales (Boulding, 2003): eliminación de los contaminantes, aislamiento de la contaminación y traslado de la contaminación a un 12
vertedero. Una vez realizada una aproximación general, se puede acudir al uso de técnicas de biorremediación, teniendo como base que los hidrocarburos de mayor degradación son los alifáticos (y entre ellos los lineales), seguidos por los aromáticos y los asfáltenos. La biorremediación se puede definir como un grupo de tratamientos contra la contaminación de un medio que aplican sistemas biológicos para catalizar la destrucción o transformación de compuestos químicos en otros menos tóxicos (González y Rojas, 2009). Desde un punto de vista metodológico, existen tres conceptos importantes: Atenuación natural o biorremediación intrínseca: llevada a cabo por microorganismos autóctonos, del medio afectado (Watanabe, 2001). Estos utilizan su potencial enzimático para mineralizar (biodegradar completamente hasta CO2 los compuestos orgánicos o bien simplemente
3 Egresada programa de Ingeniería Ambiental, Universidad Antonio Nariño
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degradarlos hasta productos intermedios, en un ambiente aerobio o anaerobio). La capacidad intrínseca de asimilación de un medio depende de las habilidades metabólicas de los microrganismos nativos, del tipo de contaminante y lógicamente de la geoquímica y la hidrogeología en la zona. Bioestimulación: existe variedad de técnicas para aplicar la bioestimulación. Una primera división se puede hacer entre prácticas in situ (adición de nutrientes) y técnicas ex situ (landfarming, biopilas, biorreactores, etc.) (Atlas y Unterman, 1999). En muchos casos es suficiente añadir aceptores de electrones (oxígeno, nitratos, etc.), aunque en otros se podría requerir la adición de nutrientes o ajustes de pH. Bioaumentación: es la utilización de microorganismos especializados y exógenos al medio con el fin de optimizar la remediación (Atlas y Unterman, 1999). Esta técnica puede ser apropiada para proyectos ex situ, especialmente en lo que se refiere a la utilización de consorcios especializados (Viñas et ál., 2002).
la contención, la extracción del residuo, la recuperación del medio y la disposición final del combustible, considerado contaminante y peligroso. El primer trabajo que adelantó el grupo de materiales peligrosos fue revisar que no estuvieran concentrados vapores en el sistema de alcantarillado, y como resultado no se marcó ningún tipo de riesgo. Para la toma de muestras, inicialmente se realizó una inspección visual (fotografías, verificación del vertido), seguida de la toma de una muestra (2,5 kg) de lodos, agua y petróleo que se sometió a una caracterización química y microbiológica. Esta fue trasladada hasta el laboratorio de la Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Antonio Nariño, ubicada en la sede sur y preservada en refrigeración (4°c). Para la parte microbiológica, se utilizaron medios de cultivo como: TSA, agar-agar, potato dextrose agar, y sustancias químicas como: nitrato de amonio, pirofosfato y potasio de hidrógeno.
2 Metodología El pasado 23 de Febrero de 2012, en la cuidad de Bogotá, se generó un derrame de crudo de castilla en la calle 170 con carrera 12, proveniente de un tanque de una cantera abandonada con nombre Calicanto4. El crudo se filtró al sistema de aguas lluvias y luego llegó al humedal Torca. Para evitar que este siguiese contaminando el humedal, se construyó un tambre y una barricada sobre el ancho del canal. El protocolo que se puso en marcha para manejar materiales peligrosos, en este caso, el crudo de castilla, fue: 13
4 Fuente: RCN Radio, Radio Santafé, El tiempo, CM&
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Los tratamientos implementados fueron atenuación natural (adición de 100 ml de agua destilada) y bioestimulación (adición de 100 ml de agua destilada, nitrato de amonio al 0,3%, potasio de hidrogeno (K2HPO4) al 0,5%, y dihidrogenofostato de potasio (KH2PO4) al 0,07%). El proceso de adición de aguas y nutrientes se realiza cada siete días, durante dos meses. Para la preparación de los medios de cultivo se siguieron los siguientes pasos: peso del medio cultivo y mezcla con aguas estériles, esterilización (temperatura 121ºc, a una atmósfera de presión y 20 minutos de duración).
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Para las diluciones, tomamos un tubo estéril con 10 ml de pirofosfato estéril, le agregamos 1 gr de lodo contaminado (tubo muestra) y sometemos al vortex por cinco minutos a 5000 rpm. Este procedimiento se realiza en dos tubos de toma de muestra; cada uno se marca con bioestimulación y el otro con atenuación natural. Preparamos 20 tubos Eppendort en una gradilla, los marcamos con bioestimulación (10) y con atenuación natural (10). En el tubo 0 se agrega UAN
1000 µl del tubo muestra marcado con bioestimulación y en los otros nueve tubos se ponen 900 µl de agua destilada estéril. En este proceso se utiliza la micropipeta (100-1000 microlitros, lo que garantiza la medida en microlitros) y se usan las puntas azules. Dilución 1: en este procedimiento utilizamos las micropipetas para este volumen (10-200 microlitros); de la muestra B0 tomamos con la puntas amarillas 100 µl y se agregan a la muestra 1; de la muestra 1 se sacan 100 µl y se agregan a la muestra 2, realizando este mismo procedimiento para todas las demás diluciones. Las puntas utilizadas se cambian en cada paso para evitar la contaminación. En la cabina de flujo laminar se alistan las cajas de Petri estériles en fila, se toma el TSA estéril y se vierten 20 ml aproximadamente en cada una de las cajas. Se toma el potato y el medio sintético y se realiza exactamente el procedimiento del proceso anterior. Para la siembra se toma de cada uno de los medios de cultivo. Las placas se dividen en dos partes iguales, para poder realizar la siembra de cada una de las diluciones, la atenuación natural y la bioestimulación (10 placas para cada uno). 3 Resultados El análisis químico del crudo de castilla fue realizado en los laboratorios del Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional (IBUN), en dos periodos, en el inicio del experimento y al final, para poder observar los cambios en la degradación del hidrocarburo. Para el tratamiento de bioestimulación, se observa cómo los vértices de los hidrocarburos que están en la muestra inicial (cromatograma superior) son altos, en tanto en el cro-
matograma inferior se puede observar que la mayoría de estos picos han desaparecido o decrecido. Ello se atribuye al efecto degradador de los microorganismos presentes en el tratamiento. Esta degradación ocurre principalmente en los hidrocarburos más solubles (alcanos y cicloalcanos). Para el caso de atenuación natural tenemos dos cromatogramas que corresponden igualmente a los dos periodos de análisis del crudo, sin embargo, en este caso podemos observar cómo los picos son iguales, lo cual se atribuye a que el proceso de atenuación requiere de un mayor tiempo para lograr la degradación de los hidrocarburos y a que las condiciones climáticas que favorecen un mayor índice de gradación son las de calor excesivo. Para el caso de crecimiento microbiano, se observa en la gráfica un mejor comportamiento en el tratamiento de bioestimulación desde la semana 1 hasta la semana 6 (de 43 UFC se pasó a 90x106 UFC), en tanto que para el tratamiento de atenuación natural se mantuvo constante (20x106 UFC) a través del tiempo.
4 Protocolos El protocolo propuesto en esta investigación está orientado hacia la evaluación de riesgos ambientales ocasionados por vertimientos en ríos urbanos, ya que es la técnica que proporciona las herramientas para identificar y calificar los problemas ambientales, además de ser la base metodológica que fundamenta las estrategias de reducción de riesgos para la salud pública. El personal encargado de atender este tipo de eventos ambientales debe tener los conocimientos básicos en temas como: vías y tiempo de exposición a los tóxicos, proceso fisiológico de los tóxicos en el organismo
(metabolismo), efectos de los tóxicos en el organismo y tratamientos primarios en caso de intoxicación. Igualmente se debe determinar, en primera instancia, el riego para la salud humana y posteriormente para el ecosistema. Si los riesgos existentes se caracterizan como no tolerables, entonces se debe intervenir el sitio para reducir o eliminar los niveles tóxicos, mediante la implementación de un proceso de restauración, remediación o corrección ambiental. El análisis de los riesgos ambientales se realiza para proteger la salud humana y la biota de los peligros que puedan ocasionar la exposición a sustancias peligrosas presentes en el medio ambiente. Este análisis es una técnica multidisciplinaria que incluye ciencias como la toxicología, la epidemiología, la ingeniería, la psicología, la higiene industrial, la seguridad ocupacional e industrial, la evaluación del impacto ambiental, entre otras. Este análisis conlleva el desarrollo de metodologías técnicas, dentro de las cuales podemos sugerir: • Identificación del riego: se trata de establecer si existe peligro para la salud humana o para el ecosistema y, de existir, dimensionar su alcance toxicológico.
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• Estimación de la exposición: estudiar el grado de contacto que pueda llegar a tener el tóxico con los humanos y con la biota. • Descripción de la ruta de exposición: se debe estudiar la fuente, la posibilidad de transformarse físicamente (volatilización, precipitación, entre otras), distribución, transferencias a otros medios (agua, suelo, subsuelo) y exposiciones futuras. De acuerdo a la información recolectada, se debe empezar por desarrollar una metodología de trabajo que conlleve a la aplicación de técnicas de limpieza, para lo cual se debe tener en cuenta: • Caracterización del sitio. • Aspectos legales y normativos. • Disponibilidad de tecnologías adecuadas para tratar el problema. De esta manera, el proceso de limpiar el sitio afectado por el vertimiento debe estar justificado y diseñado. Así, se tendrá una visión global del proyecto, el cual consta de:
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• Una estimación preliminar de la complejidad del proyecto. • Modelo conceptual, en donde se considere la fuente de contaminación, rutas de exposición y receptores potenciales. • Identificación de información: - Información necesaria. - Forma de recolectar esta información. • Actividades: modelaje sitio específicas. - Identificación fisiográfica del sitio y de las poblaciones humanas y bióticas relacionadas con él. - Análisis técnica del tipo de remediación a implementar. • Estudios de viabilidad técnica y económica. • Definición de las metas iníciales de restauración. • Aspectos legales. UAN
• Aceptación por las autoridades locales. • Aceptación por la comunidad. En el caso de vertidos en ríos urbanos, se recomienda establecer métodos de contingencia, para eliminar de manera manual la mayor cantidad de contaminante posible, el cual debe ser dispuesto en bolsas rojas como residuo peligroso y como tal debe ser tratado. Igualmente, se debe determinar qué tecnología de limpieza se debe utilizar en el sitio de acuerdo a sus características, no solo topográficas, sino arqueológicas y urbanas. Normalmente se recomienda la implementación de tecnologías recientes, lo cual tiene el propósito de trabajar en la eliminación de riegos para la salud y en la conservación de la calidad del medio ambiente. Las tecnologías de restauración se clasifican en dos grandes grupos: • Técnicas tradicionales: inmovilización por vitrificación y cementación en instalaciones de confinamiento e incineración de medios contaminados en hornos de cremación de residuos tóxicos. • Técnicas innovadoras: - Métodos biológicos: biorrestauración (in situ de acuíferos subterráneos, ex situ de agua subterránea, ex situ de suelo, fitorrestauración, fitoextracción, rizofiltración, fitodegradación, fitovolatilización), biorremediación (atenuación natural, bioestimulación, bioaumentación). - Métodos químicos: deshalogenación, polietilenglicol-potasa, deshalogenación catalítica. - Muros de tratamiento: barreras de precipitación, barreras de porción. - Extracción: enjuague del suelo in situ, lavado del suelo, extracción con disolventes.
- Técnicas de control: barreras impermeables, paredes con tortas filtrantes, paredes de mortero o metálicas. 5 Bibliografía Atlas, R. M. y Unterman, R. (1999). “Bioremediation”, en:
Speight, J. G. (2001). Handbook of Petroleum Analysis. New
A. L. Demain y J. E. Davies (eds.), Manual of Industrial Mi-
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Viñas, M. et ál. (2002). “Biodegradation of a crude oil by
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diation”, en: Current Opinion in Biotechnology, 12, pp. 237-
dad de Oviedo, tesis doctoral.
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Interés de la facultad Investigador colombiano de la Universidad Johns Hopkins dictó conferencia para la Facultad El doctor Juan Carlos Cruz Jiménez, investigador vinculado a la Johns Hopkins University, dictó el pasado 18 de julio de 2011, en el salón Antonio Nariño de la sede Circunvalar, la conferencia titulada: “Estrategias de ingeniería biofísica para el desarrollo de biomateriales robustos basados en proteínas y péptidos: biocatalizadores, convertidores solares y agentes para liberación celular”. El doctor Juan C. Cruz Jiménez es Ingeniero Químico de la Universidad Nacional de Colombia, en donde trabajó en biorreactores air lift. Después de dos años de trabajo docente e industrial se trasladó a los Estados Unidos, en donde culminó su PhD en Ingeniería Química en Kansas State University. Actual-
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mente se desempeña como postdoctoral fellow en Johns Hopkins, trabajando en el área de biomateriales y biofísica de membranas. La Johns Hopkins University está situada en Baltimore, Maryland, fue fundada en 1876 y es catalogada como la primera universidad dedicada a la Investigación en Estados Unidos.
Enlaces de Interés 1. Cursos de Ingeniería Ambiental y Civil del Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/
Página donde se pueden consultar los cursos de acceso público del Massachussets Institute of Technology (MIT). El MIT permite el acceso gratuito al material usado en asignaturas tanto de pregrado como de posgrado de toda la universidad. En este enlace particular se puede acceder directamente a más de 100 cursos del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, en el que se destacan asignaturas como: Procesos de Transporte en el Ambiente, Diseño para la Sostenibilidad, Introducción a los Computadores y la Ingeniería de la resolución de Problemas, Toxicología y Salud Pública, entre otras. Cada curso incluye syllabus, lecturas, notas de clase, tareas y exámenes que pueden ser descargados de manera gratuita. 2. Portal Holandés de hidrología superficial y subsuperficial http://www.hydrology.nl/
Portal que contiene información actualizada relacionada con hidrología superficial y subsuperficial. En este portal se listan los principales eventos en esta área realizados internacionalmente, así como un amplio número de publicaciones de revistas, resúmenes y proceedings de conferencias, los que se encuentran conectados a la base de datos del Programa Internacional de Hidrología (IHP) y la Asociación Internacional de Hidrogeología (IAH). Adicionalmente, hay una base de datos de tesis doctorales completas de las principales universidades holandesas.
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3. Documentación del Departamento de Defensa de los Estados Unidos http://www.frtr.gov/matrix2/Preface/NOTICE.html
Página del departamento de defensa de los Estados Unidos sobre tecnologías e información relacionada con tratamiento de suelos contaminados. Contiene información detallada sobre tipos de suelos, formas de contaminación, diferentes categorías de contaminantes y tecnologías de tratamiento.
4. Página de la Agencia Europea del Medio Ambiente http://www.eea.europa.eu/es
Sitio web de la Agencia Europea del Medio Ambiente que Permite el acceso a información certificada e independiente sobre el medio ambiente en Europa. Aunque sus bases de datos no son aplicables directamente a nuestro país, la gran cantidad de datos y estadísticas que se pueden consultar en este sitio hacen que sea de gran interés desde el punto de vista académico.
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