Modulo Introduccion Problematica Ambiental

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

358001 – INTRODUCCIÓN A LA PROBLEMÁTICA Y ESTUDIO DEL AMBIENTE

Autor:

Ing. MSc. OMAR JAVIER RAMÍREZ

BOGOTÁ

2012

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ÍNDICE DE CONTENIDO Pág.

ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO 8 INTRODUCCIÓN 9 UNIDAD 1. DEFINICIONES, REFERENTES Y CARACTERIZACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL 12

CAPÍTULO 1. CONCEPTOS BÁSICOS 12

Lección 1. Ecología 12

Lección 2. Flujos de energía 16

Lección 3. Estructura y función de los ecosistemas 19

Lección 4. Conceptos básicos de microbiología 25

Lección 5. Sistema internacional de unidades de medida 27

CAPÍTULO 2. PERTURBACIONES AMBIENTALES DE ORIGEN ANTRÓPICO 30

Lección 6. Agotamiento de recursos y contaminación ambiental 30

Lección 7. Sistemas ecológicos y contaminación 33

Lección 8. Industrialización, urbanización y otras fuentes de perturbación ambiental 36

Lección 9. Agotamiento de la capa de ozono y efecto de invernadero 40

Lección 10. Lluvia ácida 43

CAPÍTULO 3. ANTECEDENTES INSTITUCIONALES DE LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL 44

Lección 11. Historia del entorno agua, aire y residuos sólidos 45

Lección 12. Antecedentes de la Conferencia de Estocolmo (1972) 49

Lección 13. Conferencia de Estocolmo (1972) y concepto de desarrollo sostenible (1987) 51

Lección 14. Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo (1992) 55

Lección 15. Algunos referentes del tema ambiental en Colombia 57

UNIDAD 2. INTRODUCCIÓN A LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL 60

CAPÍTULO 4. COMPONENTE HÍDRICO 60

Lección 16. Generalidades y propiedades del agua 60

Lección 17. Calidad del agua 63

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Lección 18. Tipos de contaminación del agua 66

Lección 19. Características de las aguas residuales 68

Lección 20. Introducción al tratamiento del agua 70

CAPÍTULO 5. COMPONENTE ATMOSFÉRICO 74

Lección 21. Generalidades de la atmósfera 75

Lección 22. Tipo de contaminantes atmosféricos y sus efectos 77

Lección 23. Fuentes de contaminación 80

Lección 24. Ruido 82

Lección 25. Introducción al control de emisión de fuentes fijas 86

CAPÍTULO 6. COMPONENTE SUELO Y RESIDUOS SÓLIDOS 89

Lección 26. Generalidades del suelo 89

Lección 27. Contaminación del suelo 91

Lección 28. Generalidades de los residuos sólidos 94

Lección 29. Gestión integral de los residuos sólidos 96

Lección 30. Campo de acción de la ingeniería ambiental y el saneamiento ambiental 99

BIBLIOGRAFÍA 103

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ÍNDICE DE CUADROS

Pág.

Cuadro 1. Cobertura actual de los biomas (tipos de ecosistemas) en Colombia 15

Cuadro 2. Clasificación del mundo microbiano 25 Cuadro 3. Clasificación de microorganismo según nivel de organización celular 26

Cuadro 4. Unidades básicas del SI 28

Cuadro 5. Unidades derivadas del SI – sin nombre especial 28

Cuadro 6. Unidades derivadas del SI – con nombre especial 29

Cuadro 7. Prefijos del SI 29

Cuadro 8. Unidades que no pertenecen al SI pero se aceptan su uso 29

Cuadro 9. Clasificación de la contaminación 32 Cuadro 10. Etapas de producción de la sociedad y consumo de energía (kilocalorías-persona/día) 36

Cuadro 11. Otras fuentes de perturbación ambiental 39

Cuadro 12. Fuentes antrópicas contaminantes generadores de lluvia ácida 43

Cuadro 13. Episodios de la contaminación del aire 47 Cuadro 14. Resumen de los principios de la Declaración de Estocolmo sobre Medio Ambiente 52

Cuadro 15. Sistemas de suministro de agua 62

Cuadro 16. Propiedades del agua 62

Cuadro 17. Variables de medición de la calidad del agua 64

Cuadro 18. Contaminantes antrópicos del recurso hídrico 67

Cuadro 19. Características típicas del agua residual municipal 69

Cuadro 20. Posibles compuestos presentes en aguas residuales industriales 69

Cuadro 21. Principales operaciones unitarias en el tratamiento de agua 71 Cuadro 22. Operaciones unitarias según tipo de contaminante de aguas residuales 74

Cuadro 23. Principales efectos de los contaminantes atmosféricos 79

Cuadro 24. Fuente de contaminantes atmosféricos 82

Cuadro 25. Efectos del ruido sobre la salud 85

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Cuadro 26. Dispositivos de control de contaminantes atmosféricos 88

Cuadro 27. Propiedades físicas y químicas del suelo 90 Cuadro 28. Clasificación de los residuos sólidos según origen y composición física 95

Cuadro 29. Clasificación de residuos sólidos peligrosos y no peligrosos 96

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ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Representación de la biosfera 14

Figura 2. Flujo de la energía en los ecosistemas 18

Figura 3. Ciclo hidrológico 20

Figura 4. Ciclo del carbono 22

Figura 5. Ciclo del nitrógeno 23

Figura 6. Representación del sistema climático 24

Figura 7. Interacción de alteraciones ambientales 33

Figura 8. Dispersión de contaminantes en el ambiente 34

Figura 9. Biomagnificación del DDT 35

Figura 10. Tendencia de la temperatura superficial global promedio 42

Figura 11. Emisión mundial de CO2 por uso de combustibles (1995) 42

Figura 12. Usos del agua 61

Figura 13. Factores de la calidad del agua 63

Figura 14. Clasificación de sólidos según su tamaño 65

Figura 15. Escala de pH 65

Figura 16. Ruta de contaminantes relacionados con el agua 66

Figura 17. Etapas de tratamiento del agua 70

Figura 18. Tipos de tratamiento del agua 71

Figura 19. Sistema de tratamiento de agua potable 72

Figura 20. Tipos de tratamiento de aguas residuales 73

Figura 21. Capas de la atmósfera 76

Figura 22. Clasificación de contaminantes atmosféricos 78

Figura 23. Otros sistemas de clasificación de los contaminantes atmosféricos 79

Figura 24. Fuentes de contaminación atmosférica 81

Figura 25. Niveles de ruido 84

Figura 26. Onda sinusoide 85

Figura 27. Acciones para mejorar la dispersión de contaminantes 86

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Figura 28. Horizontes del suelo 91

Figura 29. Contaminantes antrópicos del suelo 93

Figura 30. Flujo de materiales y generación de residuos 94

Figura 31. Elementos funcionales de la GIRS 97

Figura 32. Acciones jerárquicas de la GIRS 98

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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El contenido didáctico del curso académico Introducción a la problemática y estudio del ambiente fue diseñado por Omar Javier Ramírez, quien es Ingeniero Ambiental y Sanitario, especialista en Evaluación de Impactos Ambientales y Magíster en Sistemas Ambientales Humanos. Se ha desempeñado como docente universitario, consultor privado y, al momento de la elaboración de este material, es tutor de la Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente – ECAPMA de la UNAD. Para citar este material por favor hacerlo de la siguiente manera:

Ramírez, Omar (2012). Introducción a la problemática y estudio del ambiente. Módulo didáctico. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD.

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INTRODUCCIÓN GENERAL

En los últimos años, desde la década de los años setenta del Siglo XX, el tema de la problemática ambiental se ha posicionado como un asunto de gran relevancia a nivel internacional. Este auge se dio como resultado de la aparición de diferentes informes científicos e investigativos que, de forma temprana, informaban y advertían sobre los niveles de alteración a los que se estaban exponiendo los ecosistemas, tras el avance de diferentes actividades antrópicas tales como la industrialización, urbanización, minería, deforestación, agricultura, uso masivo de plaguicidas y compuestos químicos, entre otras. Dichas actividades generan una serie de variaciones sobre la calidad de los cuerpos hídricos, suelo y aire, representando así una amenaza para la supervivencia de otras especies y, claro está, para la propia especie humana. De esta forma, la preocupación por estudiar y formular salidas viables a la problemática ambiental, ha tomado tal nivel de repercusión que hoy en día es un asunto tratado tanto por entidades internacionales, por ejemplo la Organización de las Naciones Unidas – ONU, como por el sector empresario-industrial, el ámbito académico, las Organizaciones No Gubernamentales – ONG, las poblaciones rurales y urbanas, el sector comercial y, en general, por la sociedad en su conjunto. Así, la preocupación por la problemática y el estudio del tema ambiental puede considerarse como un aspecto característico de la actual sociedad, pues es una cuestión que debe ser considerada en cada empresa, organización o economía que dependa de la transformación de recursos naturales para su existencia. Este panorama ha llevado a la necesidad de abrir escenarios de formación en el área de las ciencias ambientales, con el objetivo de que un creciente número de personas sean capaces no sólo de comprender las problemáticas ambientales que se enfrentan en cada empresa, municipio, ciudad, región y país del mundo, sino que ante todo sean capaces de proponer alternativas de solución que posibiliten avanzar hacia la construcción de una sociedad (colombiana, latinoamericana y mundial) más participativa y conciente de la prevención de la contaminación y la degradación de los recursos naturales. En este orden de ideas, el presente curso académico es un espacio introductorio para los estudiantes de los programas ambientales de la UNAD (Tecnología en Saneamiento Ambiental e Ingeniería Ambiental), en donde van a poder reconocer conceptos comúnmente utilizados en las ciencias ambientales, van a encontrar elementos para caracterizar la problemática ambiental desde una perspectiva técnica, van a reconocer los factores ambientales (físico-bióticos y sociales) afectados por la contaminación ambiental, y van a identificar los campos de acción y la importancia de sus respectivas profesiones. Es importante aclarar que este curso, al tener un carácter introductorio, no profundiza en cada uno de los temas propuestos, sólo pretende resaltar los aspectos más relevantes de

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cada uno de ellos y ofrecer las bases conceptuales y analíticas necesarias para que los estudiantes avancen con éxito en los módulos ulteriores de sus programas. Este módulo se estructura en 2 unidades, equivalente a 6 capítulos y 30 lecciones, y a través de su contenido se fomentan competencias relacionadas con la comprensión de la enorme importancia del tema ambiental y su nivel de complejidad, al mismo tiempo que diferencia el campo de acción de su formación académica del de otros programas que, de igual forma, toman como objeto de estudio la problemática ambiental, pero desde diferentes perspectivas (económicas, administrativas, políticas, filosóficas, sociológicas, antropológicas, etc.). En la Unidad 1, el estudiante encontrará una serie de definiciones básicas que le permitirá comprender con mayor claridad el contenido del módulo y le facilitará el entendimiento de los módulos posteriores. También encontrará una descripción general de las principales perturbaciones ambientales que, a gran escala, ha generado el modelo de desarrollo hasta ahora promovido, tales como el agotamiento de recursos naturales, la contaminación ambiental, el agotamiento de la capa de ozono, el efecto de invernadero y la lluvia ácida. Por último, se presentan algunos referentes históricos que han permitido posicionar el tema ambiental en la agenda internacional y que han servido como referentes históricos de la actual preocupación por la problemática y estudio del ambiente. En la Unidad 2, se presentan elementos introductorios al campo de la contaminación ambiental, haciendo un especial énfasis en los temas que el estudiante va a desarrollar tanto en los periodos académicos posteriores como en su futuro campo laboral, a saber: la contaminación del recurso hídrico, del recurso atmosférico, del recurso suelo y la problemática asociada con los residuos sólidos. Todo este recuento permite que en la última lección de esta unidad se intente aclarar y diferenciar el campo de acción de los programas Ingeniería Ambiental y Tecnología en Saneamiento Ambiental de la UNAD. Bienvenidos!

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UNIDAD 1

Nombre de la Unidad

DEFINICIONES, REFERENTES Y CARACTERIZACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL

CAPÍTULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS

Lección 1 Ecología

Lección 2 Flujos de energía

Lección 3 Estructura y función de los ecosistemas

Lección 4 Conceptos básicos de microbiología

Lección 5 Sistema internacional de unidades de medida

CAPÍTULO 2 PERTURBACIONES AMBIENTALES DE ORIGEN ANTRÓPICO

Lección 6 Agotamiento de recursos y contaminación ambiental

Lección 7 Sistemas ecológicos y contaminación

Lección 8 Industrialización, urbanización y otras fuentes de perturbación ambiental

Lección 9 Agotamiento de la capa de ozono y efecto de invernadero

Lección 10 Lluvia ácida

CAPÍTULO 3 ANTECEDENTE INSTITUCIONAL DE LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL

Lección 11 Historia del entorno agua, aire y residuos sólidos

Lección 12 Antecedentes de la Conferencia de Estocolmo (1972)

Lección 13 Conferencia de Estocolmo (1972) y concepto de desarrollo sostenible (1987)

Lección 14 Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo (1992)

Lección 15 Algunos referentes del tema ambiental en Colombia

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UNIDAD 1. DEFINICIONES, REFERENTES Y CARACTERIZACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL

CAPÍTULO 1. CONCEPTOS BÁSICOS

El papel interdisciplinario de los profesionales que se desenvuelven en el campo ambiental, desde perspectivas tecnológicas y de la ingeniería, exige que tengan un mayor conocimiento del funcionamiento de los ecosistemas y de las interacciones de los elementos del entorno, dado que estos profesionales tienen como objeto de estudio el comportamiento y la alteración de la calidad de recursos físicos naturales (como el aire o el agua), así como de recursos bióticos y organismos vivos (fauna y flora), los cuales son de vital importancia para el bienestar de la especie humana. Por tal razón, en este capítulo se tratarán algunos conceptos básicos que permiten comprender la dinámica de los ecosistemas, tales como ecología, flujos de energía, estructura de los ecosistemas, entre otros. De esta forma, el estudiante tendrá nociones básicas sobre el comportamiento natural del entorno, lo que le permitirá comprender con mayor facilidad las alteraciones generadas a causa del desarrollo de actividades humanas. Dado que buena parte de los estudios ambientales se basan en la medición de diferentes variables (distancia, tiempo, peso, volumen, concentración, etc.), en la última lección de este capítulo se tratará el tema de las unidades de medida.

Lección 1. Ecología

Según Arellano (2002), los organismos son todos los seres vivientes, desde la bacteria más sencilla hasta los animales racionales como el ser humano, pasando por todo tipo de vida vegetal. Éstos no existen de manera aislada, ya que interactúan entre sí y con los componentes físicos y químicos de la naturaleza como son la luz, el calor, el agua, el suelo y el aire. Todo lo que rodea o afecta a un organismo es lo que se conoce como ambiente, y la unidad básica de interacción entre un organismo y su ambiente en un área determinada se le define como ecosistema. Así, cuando se hace referencia al medio ambiente o al ambiente (o simplemente al tema ambiental), se refiere al conjunto de características físicas, químicas y biológicas que condicionan y definen las cualidades del entorno. Sin embargo, según Sarmiento (2000), en los ecosistemas humanizados (como las ciudades, por ejemplo), los procesos y fenómenos del entorno cultural implican la integración de características sociales, económicas, políticas, religiosas, tecnológicas y artísticas, al tema ambiental. A la ciencia que estudia la relación entre los seres vivos y su ambiente se le llama ecología, que proviene de las palabras griegas oikos y logos, que significan casa y ciencia respectivamente. El término ecología se le acuñe a Ernst Haeckel (1866), discípulo de Darwin, quien definió la ecología como la ciencia de las relaciones de los organismos con

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el mundo exterior, en el que podemos reconocer los factores de la lucha por la existencia. Entre dichos factores Haeckel incluía las características físicas y químicas del hábitat, el clima, la calidad del agua, la naturaleza del suelo, así como el conjunto de las relaciones favorables o desfavorables de los organismos entre sí (Deléage, 1993). Para nuestro caso, la ecología se entiende como la relación entre los organismos y su ambiente, entendiendo por ambiente el entorno físico-químico y biológico que, expuesto a constantes cambios, está constituido por elementos como el agua, la atmósfera, la fauna y flora, el suelo, etc. Para comprender la complejidad de la dinámica de los ecosistemas, es importante destacar dos ideas esenciales que constituyen lo que se podría llamar el paradigma ecológico: la idea de globalidad y la idea de procesualidad. La primera enseña que en la naturaleza todos los componentes forman parte de un sistema, es decir, se da una interdependencia de todos los elementos naturales, una interacción de todos los eslabones de la cadena según una lógica de causalidades múltiples y circulares, ya que los efectos repercuten sobre las causas. La idea de procesualidad, por su lado, concede más importancia a los procesos que a los elementos, y a las funciones que a las sustancias, demostrando que la integridad de los medios de vida descansa en equilibrios complejos, en ciclos de reproducción y capacidades de regeneración, más que en la conservación estática de los espacios, recursos o especies. Ahora bien, el ser humano está inmerso en el ambiente, no es de ninguna forma ajeno a éste, por lo que el estudio de las interacciones entre la sociedad y su entorno ha permitido analizar, por ejemplo, los niveles de demanda de recursos naturales que el ritmo de consumo económico (el denominado metabolismo social) requiere para su sostenimiento. No obstante, reflexionar sobre la relaciones sociedad-ambiente es algo complejo, ya que para ello deben considerarse elementos de varias disciplinas científicas (naturales y sociales), como la química, la economía, la política, la ética, la física, la historia, la antropología, la biología, la filosofía, la ingeniería, entre otras. De acá se deduce que el campo de acción de la ingeniería ambiental y las tecnologías ambientales en general, se suman al esfuerzo de otros campos del conocimiento por comprender los fenómenos naturales, las alteraciones que sufren y cómo repercuten sobre el bienestar de la sociedad, es decir, no son las únicas profesiones que tienen como objeto de estudio el tema ambiental, pues hoy en día encontramos diversos campos académicos tales como la administración ambiental, economía ambiental y ecológica, sociología ambiental, psicología ambiental, química ambiental, biología ambiental, entre otras. Ahora bien, los profesionales que se dedican al estudio del planeta han acomodado sus conocimientos de manera que entiendan mejor las interacciones que se llevan a cabo en la naturaleza, para lo cual han elaborado diferentes modelos sobre la organización natural entre los seres vivos (componentes bióticos) y las cosas inanimadas (componentes abióticos). De esta forma, si nos situáramos en algún punto en el espacio, fuera de nuestro planeta y lo pudiéramos observar, quizá lo percibiríamos como un sistema cerrado que

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consta de diferentes capas. Una de ellas, la que soporta la vida, se conoce como biosfera, entendida como aquella capa de aproximadamente 18 km de extensión en donde se lleva a cabo el fenómeno de la vida y se caracteriza por tener tres condiciones básicas: en ella hay agua líquida en cantidades sustanciales, recibe una gran cantidad de energía solar y la materia se presenta en interfases de estados líquido, sólido y gaseoso. La biosfera incluye el agua, la tierra de la corteza terrestre y la atmósfera (Figura 1); siendo esta última la capa gaseosa que envuelve la tierra. El agua en la biosfera se puede encontrar en el aire como vapor, en la superficie de la tierra en su estado líquido como ríos, lagos y océanos, y en los poros del subsuelo como mantos freáticos. Todos estos componentes de la biosfera proveen las condiciones para sostener la vida. Dentro de la biosfera se encuentran los ecosistemas, los cuales pueden ser de disímiles formas, teniendo en cuenta que hay varios tipos de climas, suelos, vegetación y fauna, todos ellos relacionados entre sí. El término ecosistema es acuñado a Tansley en 1935, quien lo usó refiriéndose a “todo el sistema (en el sentido físico) incluyendo no solamente el complejo de organismo, sino también el complejo total de los factores físicos… a pesar de que los organismos podrían ser nuestro interés principal, no los podemos desligar de su ambiente espacial, con los que forman un solo sistema físico”. En otras palabras, el ecosistema podría entenderse como el conjunto de elementos bióticos y abióticos que ocupan un lugar y tiempo determinado. Figura 2. Representación de la biosfera

Fuente: Extraída de Pabón & Chaparro (2001)

Algunos ejemplos de ecosistemas son los desiertos, montañas, lagos, océanos y pastizales; sin embargo, cuando son terrestres y ocupan grandes áreas, se les conoce como bioma, los cuales se identifican por sus tipos de suelo, clima, flora y fauna similares. Según

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Sarmiento (2000), los grandes biomas del mundo son: praderas y sabanas, desiertos, tundras, taigas (bosques de coníferas), bosques templados caducifolios, bosques secos tropicales (también caducifolios), bosques lluviosos tropicales (de altura y de bajío), páramos y punas, biomas eólicos (altas montañas y regiones polares), biomas insulares (altamente endémicos y oligoespecíficos), biomas marinos (neríticos y pelágicos) y el bioma hadal (profundidades oceánicas). Para el caso colombiano, en el Cuadro 1 se presenta una caracterización por cobertura de los diferentes tipos de ecosistemas del país. Cuadro 2. Cobertura actual de los biomas (tipos de ecosistemas) en Colombia

Bioma Área actual (km2) Área original (km

2) IVR (% rel.)

Páramos 18.000 18.000 100%

Selvas amazónicas 14.000 140.000 100%

Vegetación herbácea arbustiva de cerros amazónicos 7.500 7.500 100%

Bosques bajos y catingales amazónicos 36.000 36.000 100%

Sabanas llaneras 106.500 113.000 50%

Matorrales xerofíticos y desiertos 9.500 11.000 86.4%

Bosques aluviales (de vega) 95.000 118.000 80.5%

Bosques húmedos tropicales 378.000 550.000 68.7%

Bosques de manglar 3.300 6.000 55%

Bosques y otra vegetación de pantano 6.500 13.000 50%

Sabanas del Caribe 1.000 3.500 28.6%

Bosques andinos 45.000 170.000 26.5%

Bosques secos o subhúmedos tropicales 1.200 80.000 1.5%

Áreas moderadamente intervenidas 70.000 6.1%

Áreas fuertemente intervenidas 350.000 30.7%

TOTAL 1.140.000 720.000 63.2% Fuente: Extraído de Márquez, 2003.

Para un análisis de los ecosistemas colombianos véase el artículo “Ecosistemas Estratégicos de Colombia”

[Ir al artículo]

Aunque los ecosistemas pueden ser tan pequeños como una pecera o tan grandes como un pantano, en todos existe lo que se conoce como comunidad, la cual está conformada por los grupos de diferentes organismos que existen en un área determinada. Como ejemplo podemos mencionar la gran variedad de organismos presentes en un lago, abarcando desde los peces y las plantas hasta los microorganismos, los cuales perecerían si las condiciones físicas o químicas del lago fuesen cambiadas. Si tan sólo uno de esos organismos fuera afectado de manera inmediata, los otros, al depender de éste tal vez como alimento, también perecerían. Las variaciones en las condiciones de un ecosistema por muy pequeñas que sean pueden afectar a la comunidad entera. Dentro de una comunidad, los organismos se reproducen con los de su mismo tipo. A todo grupo de organismos que es capaz de engendrar descendencia con otro, pero no con

http://www.sogeocol.edu.co/documentos/07ecos.pdf

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miembros de otros grupos, se le llama especie. Por ejemplo los leones sólo pueden reproducirse con otros leones. Asimismo, a los miembros de una misma especie que comparten un área específica se les llama población. Resumiendo, dentro de la organización natural tenemos una agrupación de especies que forman poblaciones. Las diferentes poblaciones a su vez forman las comunidades, las comunidades junto con el medio abiótico conforman los ecosistemas y los diferentes ecosistemas en su conjunto componen la biosfera.

Lección 2. Flujos de energía

El flujo de energía (es decir el proceso mediante el cual la energía solar llega a la superficie para incorporarse a los diferentes procesos biológicos, geofísicos y meteorológicos) en un ecosistema es muy importante, ya que la biosfera se equilibra mediante el continuo flujo de la energía y el reciclaje de la materia, de forma tal que las interacciones de las comunidades o poblaciones con los factores abióticos se encuentran determinadas en cierta forma por este flujo. Teniendo en cuenta las interrelaciones entre los componentes del ecosistema, se afirma que cada uno de ellos influye sobre las propiedades del otro, por lo que el flujo de energía de los ecosistemas conduce a la formación de estructuras bióticas y al reciclaje de la materia dentro del mismo sistema para su aprovechamiento. De esta forma, los nutrientes que circulan a lo largo del ecosistema, a través de sus diferentes formaciones y niveles de organización, se transforman constantemente y algunos de ellos provienen de la muerte y de la desintegración de individuos de otras especies. En ecosistemas donde existen actividades antrópicas, este flujo de energía se presenta cuando los desechos o las excretas del metabolismo de la población son vertidos a fuentes hídricas o al suelo, donde pasan a formar parte de nuevos procesos biológicos y físico-químicos. La energía, siguiendo el principio de conservación (primer principio de la termodinámica), no se crea ni se destruye, sólo se transforma en otro tipo de energía, razón por la cual los inputs de energía que ingresan a un ecosistema (o cualquier sistema en general) deben ser iguales a los outputs de energía más los cambios de almacenamiento. En otras palabras, la energía total permanece constante y ésta es la misma antes y después de cada transformación. Esto quiere decir que los desechos tóxicos, gases y aguas residuales generados por diferentes acciones, deben ir a alguna parte y ocupar un espacio. Esto explica la importancia de evitar y disminuir los daños ambientales generados por acciones contaminantes. De igual forma, siguiendo el principio de generación de entropía (segundo principio de la termodinámica), toda transformación de estado de la energía genera la conversión de parte de la energía en calor (o entropía), la cual se pierde y no es posible reincorporarla al

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sistema. Esto quiere decir que en cualquier conversión de la energía siempre hay una disminución de la calidad de la misma o de la cantidad de energía útil, ya que una parte se transforma en calor y se dispersa en el ambiente, razón por lo cual no es posible reciclar energía de alta calidad para el desarrollo de un trabajo. De esta forma, los cultivos, la calefacción de los hogares, la cocción de alimentos, la conservación de los mismos, las actividades industriales, el transporte, entre otros, son actividades que requiere energía de alta calidad, pero desprenden mucha energía de baja calidad. Esta dinámica de los flujos energéticos no sólo aplica a los ecosistemas no intervenidos, sino también a todos los sistemas de la naturaleza, incluidos las culturas, ciudades y economías, ya que todos los procesos físicos, naturales y tecnológicos ocurren de tal manera, que la disponibilidad de la energía implicada decrece, o dicho de otra manera, todos los procesos físicos ocurren de tal forma, que la entropía del universo aumenta. Aplicados al campo ambiental, las leyes de la termodinámica afirman que la energía contenida en los materiales no se destruye por el uso (primer principio de la termodinámica), sino que se degrada y se dispersa (segundo principio). Si se tiene en cuenta que todo proceso productivo, industrial, de construcción, agrícola, etc., utiliza energía y materiales, sabemos que –siguiendo la ley de la conservación– estas actividades no puede crear ni destruir materia o energía, por lo que se deduce que estas actividades lo que hacen es absorber y arrojar justamente materia y energía; parte de la cual se convertirá en un problema de contaminación ambiental. Así, parte de la energía y de los materiales utilizados en dichos procesos de transformación, pasarán, por ejemplo, a ser material de desechos que se acumulará en la naturaleza, algunos de los cuales serán aprehendidos rápidamente por los ciclos biogeoquímicos (véase Lección 2), lo que posibilita su aprovechamiento, pero otros requerirán de tratamientos tecnológicos específicos para permitir de nuevo su utilización, lo que requiere de más energía y materiales para su transformación.

Una de las características de las actividades humanas sobre el ambiente es la tendencia a la simplificación de los sistemas (ecosistemas), con lo cual se reduce el número de componentes existentes. Estas intervenciones sustituyen y desplazan una gran cantidad de especies vegetales o animales (minimizando el nivel de complejidad de las relaciones ecosistémicas), al instalar extensos monocultivos (en el caso de ambiente rurales) o enormes complejos de infraestructura como carreteras o edificaciones (en el caso de ambiente urbanos); acciones que, en conjunto, generan cambios en los flujos de energía. Los cambios que se pueden generar por la acción humana en ningún momento llegan a evitar que el flujo energético siga existiendo. Es importante recordar que en el entorno natural siempre se llevan a cabo procesos de transformación de la energía, de tal forma que cada vez que un objeto se mueve, se alimenta, se reproduce, se calienta o se enfría, o sufre alteraciones químicas, hay intercambio de energía. En rigor, el ecosistema es un sistema abierto que permite la entrada y la salida de materia y energía, aún cuando en

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algunos casos estos flujos son relativamente pequeños en comparación con las cantidades que se reciclan al interior de éstos. Una de las vías más evidentes para ejemplificar el flujo de energía en los ecosistemas es a través de la cadena trófica (también denominada cadena alimenticia), a través de la cual circula la energía y los materiales entre los diferentes niveles tróficos. Según Sarmiento (2000), el nivel trófico es el compartimento que agrupa organismos que se alimentan de manera similar. Los del nivel productor son todos autótrofos, mientras los consumidores son heterótrofos. De estos últimos se distingue el nivel consumidor I (herbívoro, presa) el nivel consumidor II (carnívoro, predador), el nivel consumidor III (carnívoro, depredador), el nivel consumidor IV (detritívoro, carroñero) y el nivel de descomponedores. Así, en cada nivel trófico, una parte importante de la energía recibida se disipa en diferentes procesos físicos y químicos (Figura 2). Figura 2. Flujo de la energía en los ecosistemas

Fuente: El autor

A modo de ejemplo ilustrativo del flujo energético (Zaror, 2000), consideremos una planta que recibe 1000 calorías de energía lumínica, la mayor parte de la cual se refleja o transmite a través del tejido sin ser absorbida. Una gran fracción de la energía absorbida es almacenada en forma de calor y utilizada en la evaporación del agua de las hojas y otros procesos físicos, tales como el transporte hídrico dentro de la planta. El resto se utiliza en los procesos vitales, quedando un equivalente a 5 calorías almacenadas en el tejido como material rico en energía. Este constituye un potencial energético adecuado para la alimentación de otros animales. Aquel herbívoro, por ejemplo un venado, que coma dicha planta que contiene 5 calorías de energía alimenticia, gastará el 90% de la energía recibida para mantener su metabolismo y sólo convertirá 0,5 calorías en nuevo material corporal. A su vez, el carnívoro que se alimente de aquel herbívoro ocupará sólo una pequeña fracción de la energía obtenida, en un nuevo peso corporal (en este caso menos de 0,05 calorías). De este modo, la energía química aprovechable en los procesos vitales, va disminuyendo a medida que se asciende en la cadena trófica.

Para una explicación del comportamiento de las cadenas tróficas ver el video “la cadena alimenticia” [Ir al video]

Sol Consumidores

Nutrientes Descomponedores

Productores

Calor

Calor

Calor

http://www.youtube.com/watch?v=SNziIZ_WZG4

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Lección 3. Estructura y función de los ecosistemas

Los ecosistemas son comunidades que albergan especies diferentes que viven en continua interacción con un ambiente abiótico y biótico. Los elementos abióticos son todos aquellos que conforman el espacio físico, entre los que se encuentran el agua, el suelo, la luz, la temperatura, la atmósfera, entre otros; facilitando la presencia de los elementos bióticos, es decir, todos los seres que tienen vida, ya sean animales (fauna), plantas (flora), microorganismos, etc., incluyendo los productos por ellos generados. Los factores abióticos influyen en el comportamiento de los ecosistemas y determinan su productividad, cantidad y calidad de vida que puedan desarrollarse en ellos. Así, las zonas de vida se sirven de los factores abióticos como la radiación solar, la temperatura, las precipitaciones, la altitud y altitud, dando lugar a diferentes tipos de fauna y flora. Por otro lado, los factores bióticos del ecosistema se dividen en productores y consumidores. Los productores son autótrofos y elaboran los compuestos orgánicos que requieren para nutrirse. En los ecosistemas acuáticos están representados por el fitoplancton y en los terrestres por las plantas que llevan a cabo la fotosíntesis. Por su lado, los consumidores son organismos heterótrofos que no pueden sintetizar sus propios nutrientes. La ecuación general de fotosíntesis es:

6CO2 + 6H20 + energía solar → C6H12O6 +602 Esto quiere decir que una planta necesita seis moléculas de dióxido de carbono (CO2) y seis moléculas de agua (H2O) para producir una sola molécula de glucosa (C6H12O6), teniendo también como producto seis moléculas de oxígeno (O2). De esta forma, diferentes elementos circulan a través del ecosistema gracias a la dinámica e interacciones de los factos bióticos y abióticos, conformando los denominados ciclos biogeoquímicos. A continuación se describirán los ciclos del agua, carbono, nitrógeno y azufre. - Ciclo hidrológico El ciclo más conocido es quizá el ciclo hidrológico, ya que este compuesto tiene una importancia fundamental en el desarrollo de la vida en el planeta, al cubrir cerca del 70% de la superficie y estar constantemente en movimiento en el ambiente, presentándose en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Siguiendo a Kiely (1999), el agua se evapora en los océanos y en otras masas de agua, y en menor medida de la superficie terrestre, si se tiene en cuenta que la superficie de los océanos es 2,5 veces mayor que la superficie terrestre. Así, el agua evaporada (o vapor de agua) se eleva hacia la atmósfera hasta que las bajas temperaturas la hacen condensar y

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luego precipitar, generalmente en forma lluvia, aunque otras veces lo hace como nieve. La precipitación puede ser interceptada por la vegetación, ya sea hierba, cultivos o arbolado. Algo de agua puede alojarse en la superficie del suelo y quedar retenido en depresiones, a lo que se le llama almacenamiento en lagunas o lagunaje. Otra porción de agua puede fluir sobre el terreno y eventualmente llegar a un curso de agua y ser descargada como escorrentía superficial. También puede infiltrarse en el terreno y después fluir horizontalmente, o puede percolar a través de la capa más profunda del terreno y alimentar acuíferos. Un volumen significativo de la precipitación puede volver a la atmósfera por evaporación desde las masas de agua o por evapotranspiración desde las superficies vegetales; reiniciando de nuevo el ciclo (Figura 3). Figura 3. Ciclo hidrológico

Fuente: http://www.ciclohidrologico.com/

A partir del conocimiento del ciclo hídrico, se puede calcular el balance hidrológico, es decir, la contabilidad del agua para una determinada cuenca, región o el planeta en su conjunto. En otras palabras, este balance es la contabilidad cuantitativa del ciclo hidrológico. La ecuación para el balance hidrológico, ya sea a escala regional o de cuenca, es:

GSERP

Donde:

P = Precipitación, mm/día R = Escorrentía E = Evaporación

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S = Cambio en el nivel de humedad del suelo G = Cambio en el nivel de agua subterránea

Para una aproximación al balance hídrico en Colombia, ver el artículo “Colombia: potencia hídrica”

[Ir al artículo]

- Ciclo del carbono El carbono es necesario en grandes cantidades como bloque básico de construcción de toda la materia orgánica. Más de 80% de los compuestos conocidos en la actualidad contienen carbono. Para explicar este ciclo, vamos a seguir la propuesta de Arellano (2002). Según este autor, durante la fotosíntesis, las plantas toman el CO2 de la atmósfera a través de sus hojas y obtienen agua del suelo por sus raíces. Combinan el CO2 y el agua usando la luz solar para elaborar glucosa (C6H12O6), molécula que es la fuente de energía potencial para la planta y para los organismos que la consuman. En otras palabras, la molécula de azúcar almacena energía solar en forma de energía química y el oxígeno es liberado como un producto de la fotosíntesis. La molécula de azúcar producida durante la fotosíntesis es el material básico para otros compuestos que la planta utiliza para mantenerse a sí misma y seguir creciendo. Cuando los vegetales crecen, almacenan más y más carbono en los compuestos que los conforman. Los herbívoros obtienen el carbono que necesitan sus cuerpos consumiendo plantas, por lo que el carbono se mueve hacia arriba en la cadena alimenticia de plantas a herbívoros y de herbívoros a carnívoros. El retorno del dióxido de carbono a la atmósfera se realiza de diferentes formas. Siguiendo a Henry & Heinke (1999), una de la más común es a través de los procesos respiratorios de los humanos y otros animales. No obstante, las cantidades más grandes de CO2 regresan a la atmósfera por la actividad de grupos de bacterias y hongos que utilizan materia orgánica muerta como alimento. Al oxidar estos compuestos, se obtiene CO2 y H2O como productos finales, con lo que cual se completa el ciclo. Otras fuentes que aportan CO2 a la atmósfera son los incendios forestales y la quema de combustibles fósiles o de origen orgánico. El ciclo del oxígeno se refiere a la circulación del oxígeno a través de diferentes etapas o ambientes. Los seres vivientes necesitan oxígeno, el cual obtienen del aire y del agua por medio de la respiración. El oxígeno es desprendido hacia la atmósfera por las plantas verdes durante la fotosíntesis. Por su papel en estos dos procesos, la circulación del oxígeno está íntimamente relacionada con el ciclo del carbono (Arellano, 2002).

http://www.sogeocol.edu.co/documentos/06colo.pdf

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Figura 4. Ciclo del carbono

Fuente: http://www.kalipedia.com

- Ciclo del nitrógeno Contrario a lo que se suele pensar, el oxígeno no es el mayor componente del aire, lo es el nitrógeno que ocupa el 79% en volumen de la mezcla de gases del aire. El nitrógeno es necesario para las plantas puesto que les facilita la formación de proteínas (las cuales tienen cerca de 16% de nitrógeno en peso) y otras moléculas queson esenciales tanto para su desarrollo como para la alimentación de otras especies. A pesar de que el nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera, en su estado gaseoso no puede ser utilizado por los organismos vivos, ya que sólo pueden hacerlo mediante el proceso conocido como fijación del nitrógeno, en donde se combina con otros elementos para formar el amoniaco, los nitritos y los nitratos. De esta forma, el nitrógeno se introduce en la cadena trófica cuando las plantas lo observen de la solución del suelo, ya sea en forma de nitratos (NO3

–) o como ion amonio (NH4+). Las bacterias, algas y

líquenes desnitrificantes del suelo convierten el nitrógeno del aire en amoniaco, en especial las bacterias de los suelos anegados. Algunas de estas bacterias de fijación del nitrógeno viven en las raíces de algunas plantas como la del frijol y otras bacterias del suelo transforman el amoniaco en nitrito (NO2) y en nitrato (NO3).

Cuando los animales se comen las plantas, obtienen el nitrógeno necesario que sus proteínas requieren. Los compuestos de nitrógeno regresan al suelo mediante los residuos de los animales o a través de sus cadáveres. Por otro lado, el nitrógeno se introduce al medio acuático por descarga de aguas residuales domésticas y, en grandes cantidades, generan un excesivo crecimiento de algas (eutrofización), generando efectos perjudiciales

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para el ecosistema acuático. Por último, los óxidos gaseosos de nitrógeno (llamados comúnmente NOx), sufren oxidación a nitrato, el cual es absorbido por el agua y cae a la superficie con la lluvia, reduciendo su pH. Figura 5. Ciclo del nitrógeno


- Ciclo del azufre El principal compuesto de azufre en la atmósfera es el dióxido de azufre (SO2), proveniente de fuentes naturales (volcanes, pantanos y combustión de biomasa forestal) y antrópicas (combustión de energías fósiles, producción de energía eléctrica, procesos industriales, producción en refinerías de petróleo, entre otros). El azufre también circula en la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H2S), que es un gas tóxico, incoloro y su olor es el de la materia orgánica en descomposición. Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados a los océanos gracias al flujo de los ríos y otras corrientes superficiales. Este azufre se convierte en ácido sulfhídrico (H2S) y dióxido de azufre (SO2); gases que pasan a formar parte de la atmósfera y regresan a superficie gracias a la acción de las lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera. La actividad industrial de las modernas sociedades emite exceso de gases sulfurosos a la atmósfera, ocasionando problemas de lluvia ácida.

Uno de los factores ambientales más importantes que inciden en el comportamiento de los ecosistemas y en la dinámica de los ciclos biogeoquímicos, es el clima. Según Pabón & Chaparro (2001), el clima es un factor importante del ambiente global, que resulta de la interacción de la energía solar y los procesos que ocurren en y entre las diferentes esferas del ecosistema planetario. El clima juega un papel importante en el desarrollo de las plantas y animales e influye en los procesos de la atmósfera, la hidrósfera, la litósfera y de

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la antropósfera. Al mismo tiempo, los procesos que se desarrollan en todas las esferas del ambiente global tienen efecto en el clima. De esta forma, si bien el clima suele relacionarse básicamente con fenómenos atmosféricos, es importante recordar que todos los componentes del planeta se encuentran interconectados, por lo que las propias dinámicas atmosféricas se encuentran relacionadas con los fenómenos que se desarrollan en la superficie terrestre, los océanos y las extensas zonas polares cubiertas con hielo; incluyendo las interacciones entre la fauna, la flora, los ciclos biogeoquímicos y, claro está, las actividades antrópicas que de alguna manera influyen en (y se ven influenciadas por) el clima. En la Figura 6 se presenta un esquema general del sistema climático mundial.

Tal como se verá en los cursos más avanzados de los programas ambientales, las condiciones climáticas son de gran importancia en los estudios ambientales que buscan evaluar la contaminación y los impactos ambientales y sanitarios de diferentes actividades humanas sobre los componentes atmosférico, hídrico, del suelo y sobre recursos bióticos. De igual forma, las condiciones climáticas permiten caracterizar las dinámicas de fauna y flora de una región específica, las condiciones hidrológicas y su potencial aprovechamiento energético. Figura 6. Representación del sistema climático

Fuente: Pabón & Chaparro (2001)

Para una explicación general del clima del planeta, ver el video “el clima” [Ir al video]

http://www.youtube.com/watch?v=xcQCBQOBEBs

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Lección 4. Conceptos básicos de microbiología

La microbiología es el estudio de los microorganismos y sus actividades, los cuales se distinguen del resto de la materia viva por sus pequeñas dimensiones, presentando un tamaño promedio (diámetro) menor de un milímetro. En el Cuadro 2 se presenta una clasificación de los microorganismos (en orden de tamaño y nivel de evolución celular), lo que permite darse una idea de la amplitud de este mundo. Cuadro 2. Clasificación del mundo microbiano

Reino microbiano Grupo

Animales Gusanos, helmintos

Plantas Plantas acuáticas, macrófitos, helechos, musgos

Protistas superiores Hongos, algas, protozoos, rotíferos, crustáceos

Protistas inferiores Bacterias, algas verdiazules, cianobacterias

Virus Muchos Fuente: Adaptado de Kiely (1999)

Estos organismos se encuentran en diferentes ambientes, adaptados a condiciones climatológicas extremas. La importancia de su estudio está en que permite comprender el funcionamiento de los fenómenos naturales (por ejemplo en un mayor entendimiento del reciclaje de los compuestos biogeoquímicos), sin embargo, analizar el mundo microscópico ha permitido también el aprovechamiento de estos organismos en el campo de la salud (por ejemplo en la generación de vacunas) y en el sector productivo (por ejemplo en el campo de la biotecnología). Para nuestro caso, la importancia de esta área de la biología está en el estudio de los microorganismos presentes en al agua, aire, suelo, residuos, e incluso alimentos, que, de acuerdo a sus propiedades, pueden generar alteraciones nocivas sobre la salud de las personas o, caso contrario, pueden aprovecharse para mejorar las condiciones de vida. En este orden de ideas, siguiendo a Kiely (1999), un gramo de suelo orgánico rico puede contener hasta 2.5 millones de bacterias, medio millón de hongos, 50.000 algas y 30.000 protozoos. En el medio acuático, como ríos y lagos, pueden existir algas, virus y bacterias, y en los procesos de tratamiento de aguas residuales se explotan las bacterias para biodegradar los residuos orgánicos. Por su lado, en el medio atmosférico se encuentran microorganismos indeseados como esporas de moho, bacterias, levaduras, entre otros. De acá la importancia de abordar temas de microbiología en el campo ambiental para optimizar la calidad del mismo, ya que un tecnólogo o un ingeniero que trabaje en el campo de abastecimiento de agua potable, por ejemplo, debe manejar bases microbiológicas para determinar la cantidad de desinfectante a dosificar. La mayoría de los microorganismos son unicelulares, es decir, están compuestos de una sola célula. Una importante característica que diferencia a unos microorganismos de

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otros, es la organización de su material celular. De esta forma se reconocen microorganismos acelulares y celulares (Cuadro 3). Con el objetivo de conocer los rasgos característicos de los microorganismos, a continuación se describen algunos aspectos esenciales de los virus, las bacterias y los hongos. - Los virus son las entidades biológicas más pequeñas, visibles únicamente a través del microscopio electrónico. Su diámetro varía entre 20 a 300 nm (nanómetro) y su morfología es sencilla en comparación con las algas, los protozoos o los hongos. Tienen la propiedad de autoreplicarse, están ampliamente distribuidos en la naturaleza, hospedándose tanto en bacterias como en células animales y vegetales. Los virus producen en los seres humanos infecciones como la poliomielitis, meningitis aséptica, varicela, ébola, VIH, gripa, entre otras. Por lo tanto, es de gran importancia su eliminación del agua potable y alimentos. Cuadro 3. Clasificación de microorganismo según nivel de organización celular

Denominación Características Tipo

Acelular Tienen capacidad de perpetuarse y están constituidos por dos biomoléculas fundamentales para la vida: ácido nucléico y proteínas.

Virus

Celular

Procariotas: Presentan un material nuclear disperso (el material nuclear no tiene membrana), no poseen organelos y no se reproducen por mitosis. Por excelencia, reciclan todos los elementos biogeoquímicos y es el único grupo con capacidad de fijar nitrógeno molecular.

Bacterias

Eucariotas: Presentan material nuclear dentro de una membrana, se reproducen de manera sexual y asexual, tienen organelos separados por unidades de membrana.

Hongos, algas, protozoarios

Fuente: El autor, con base en Henry & Heinke (1999).

- Las bacterias son los microorganismos más comunes que se trabajan en el área del saneamiento, incluyendo tratamiento de aguas, suelo y aire. Son unicelulares, se reproducen de forma asexuada en tiempos cortos de duplicación según las condiciones físico-químicas del medio (como disponibilidad de nutrientes, pH y la temperatura). Su tamaño oscila entre 0,2-1,5 μm (micrómetro) de diámetro y de 1,5-2,5 μm de longitud. Su forma es un criterio de clasificación, de forma tal que se tienen bacterias esféricas (cocos), agrupadas en pares (diplococos), racimos (estafilococos), cadena (estreptococos) o en paquetes (sarcina). Su reproducción es por mitosis o meiosis y existen bacterias autótrofas o heterótrofas, aerobias o anaerobias, patógenas o benéficas para la salud, parásitas o de vida libre, etc. El estudio de las bacterias es de gran importancia para los procesos de tratamiento de agua con fines de abastecimiento, tratamiento de aguas residuales, en el manejo de cuerpos de agua, en la descomposición de materiales en rellenos sanitarios y suelos.

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- Los hongos son organismos que carecen de clorofila y poseen paredes celulares rígidas. Son unicelulares o pluricelulares, capaces de sobrevivir en condiciones de pH bajo y se encuentran comúnmente en el suelo, aunque también se les encuentra en el mar y en agua dulce. Su tamaño varía desde las levaduras microscópicas unicelulares (1-5 μm de ancho, 5-30 μm de longitud), hasta los hongos macroscópicos. Se reproducen de forma asexual o sexual, y son miembros fundamentales de la cadena alimenticia porque reciclan nutrientes importantes para las plantas. De las aproximadamente 100.000 especies de hongos, sólo unas 100 son patógenas para los humanos y animales, generando principalmente infecciones en la piel o en órganos internos como el pulmón. Son organismo útiles en el tratamiento de ciertos residuos industriales y en la transformación de residuos orgánicos en abono (compostaje).

Para profundizar en conceptos básicos de microbiología, especialmente en el campo hídrico, leer el artículo “Microbiología de agua. Conceptos básicos” [Ir al artículo]

Lección 5. Sistema internacional de unidades de medida

Teniendo en cuenta que gran parte de los estudios ambientales se basan en la medición de diferentes variables (distancia, tiempo, peso, volumen, concentración, etc.), en este primer capítulo de conceptos básicos se considera de suma importancia tratar el tema de las unidades de medida, lo cual ayudará a la comprensión de las siguientes lecciones, e incluso de los módulos posteriores que el estudiante cursará.

A nivel internacional existen dos sistemas de medidas. El primero, el Sistema Internacional de Unidades (también denominado Sistema Internacional de Medidas, abreviado SI), el cual es el sistema de unidades más utilizado a nivel mundial. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales, pero en 1971 fue añadida la séptima unidad básica: el mol. Una de las particularidades de este sistema es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales. La única excepción es la unidad de la magnitud masa: el kilogramo. Por otro lado está el Sistema Inglés (o anglosajón) de Medidas, que es el conjunto de las unidades no métricas, actualmente utilizado en diferentes países de habla inglesa, especialmente Inglaterra y Estados Unidos. Este sistema surge de los intentos de estandarización de las unidades en Inglaterra y las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades, aunque en Estados Unidos sigue predominando el Sistema Inglés.

La Organización Internacional de Normalización - ISO (International Organization for Standardization), máximo organismo de normalización a nivel internacional, adoptó en 1969 la norma ISO 1000, reconociendo el Sistema Internacional de Unidades – SI. Para el caso de nuestro país, se tiene la Norma Técnica Colombiana NTC 1000, expedida por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación – ICONTEC, por medio de la cual

http://www.psa.es/webesp/projects/solarsafewater/documents/libro/02_Capitulo_02.pdf

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se describe el Sistema Internacional de Unidades, se recomienda el uso de múltiplos y submúltiplos seleccionados de este sistema y se dan algunas otras unidades que se pueden utilizar con el Sistema Internacional de Unidades. Esto quiere decir que para expresar unidades y medidas en Colombia se sigue el Sistema Internacional de Unidades. Al finalizar esta lección se coloca una dirección Web donde aparecen una sencillas (pero muy útiles) recomendaciones para el uso de estas unidades, se recomienda su lectura.

Como fue mencionado, el SI define siete unidades básicas o unidades físicas fundamentales, las cuales son descritas por una definición operacional. Todas las demás unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas se pueden derivar de estas unidades básicas y se conocen como unidades derivadas del SI. En este caso, se entiende que una unidad de medida es el valor de una magnitud, la cual va a permitir la comparación cuantitativa entre diferentes valores.

En el Cuadro 4 se presentan las unidades básicas del SI. Es importante tener en cuenta el uso de minúsculas o mayúsculas al expresar el símbolo de las unidades, ya que su correcta escritura evitará futuros malentendidos.

Cuadro 4. Unidades básicas del SI

Magnitud Unidad básica Símbolo

Longitud (l) Metro m

Masa (m) Kilogramo kg

Tiempo (t) Segundo s

Intensidad de corriente eléctrica (I) Amperio a

Temperatura (T) Kelvin k

Cantidad de sustancia (n) Mol mol

Intensidad luminosa (I) Candela cd Fuente: El autor

A partir de estas unidades básicas se derivan otras que son de gran utilidad en el campo profesional. En el Cuadro 5 se presentan algunas unidades derivadas que no tienen un nombre especial, mientras en el Cuadro 6 se presentan unidades derivadas que reciben un nombre particular. De igual forma, en el Cuadro 7 se presentan los prefijos más comúnmente utilizados del SI y en el Cuadro 8 algunas unidades que no pertenecen al SI pero se aceptan debido a su uso recurrente.

Cuadro 5. Unidades derivadas del SI – sin nombre especial Magnitud Nombre Símbolo

Superficies Metro cuadrado m2

Volumen Metro cúbico m3

Densidad Kilogramo por metro cúbico kg/m3

Velocidad lineal (velocidad) Metro por segundo m/s Velocidad angular Radián por segundo rad/s

Aceleración Metro por segundo cuadrado m/s2

Aceleración angular Radián por segundo cuadrado rad/s2

Fuente: El autor

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Cuadro 6. Unidades derivadas del SI – con nombre especial

Magnitud Unidad Símbolo Frecuencia hertz Hz

Fuerza newton N Presión pascal Pa

Energía, trabajo, cantidad de calor joule J Potencia, flujo de energía watt W

Cantidad de electricidad, carga eléctrica coulomb C Deferencia de potencial, voltaje volt V

Cantidad eléctrica farad F Resistencia eléctrica ohm W

Flujo luminoso lumen lm Iluminación lux lx

Fuente: El autor

Cuadro 7. Prefijos del SI

Nombre Símbolo Factor Factor de multiplicación

Múltiplos

exa E 1018

1 000 000 000 000 000 000 peta P 10

15 1 000 000 000 000 000

tera T 1012

1 000 000 000 000 giga G 10

9 1 000 000 000

mega M 106 1 000 000

kilo k 103 1 000

hecto h 102 100

deca da 101 10

Submúltiplos

deci d 10-1

0.1 centi c 10

-2 0.01

mili m 10-3

0.001 micro m 10

-6 0.000 001

nano n 10-9

0.000 000 001 pico p 10

-12 0.000 000 000 001

fento f 10-15

0.000 000 000 000 001 atto a 10

-18 0.000 000 000 000 000 001

Fuente: El autor

Cuadro 8. Unidades que no pertenecen al SI pero se aceptan su uso Nombre Símbolo Valor en unidades del SI

Minuto Hora Día

min h d

1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3.600 s 1 d = 24 h = 86.400 s

Grado Minuto

segundo

° ʾ ʾʾ

1° =(π/180) rad 1’=(1/60)°= (π /10 800) rad

1”=(1/60)’= (π /648 000) rad Litro L, l L = 1 dm³ = 10

-3 m³

Tonelada t 1 t = 10³ kg Fuente: El autor

Para conocer las reglas generales del uso del Sistema Internacional de Unidades, ver el documento

“sistema legal de unidades en Colombia” [Ir al documento]

http://www.unalmed.edu.co/~esgeocien/documentos/laboratorio/sistema%20internacional%20de%20unidades.pdf

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Para realizar conversiones entre diferentes unidades de medida, consultar el documento “tabla de conversión de unidades” [Ir al documento]

CAPÍTULO 2. PERTURBACIONES AMBIENTALES DE ORIGEN ANTRÓPICO

El ser humano es una especie que constantemente ha modificado su entorno desde tiempos remotos (al igual que otras especies), facilitando sus condiciones de vida y aprovechando los elementos físico-bióticos presentes en el ambiente. Mediante las transformación energética y de los paisajes, históricamente se han impulsado alteraciones sobre los ecosistemas, sin embargo, como resultado de la moderna sociedad industrial, caracterizada básicamente por la constante demanda de combustibles de origen fósil, la industrialización, la urbanización, la construcción de obras de infraestructura de gran escala, la producción extensiva e intensiva de productos, la acentuación de una economía basada en el consumo de materiales y energía, entre otras variables, se han incrementado las perturbaciones sobre el ambiente. En este capítulo se abordará este tema, haciendo especial énfasis en el campo de la contaminación ambiental y en las perturbaciones de origen antrópico que, a gran escala, enfrenta la sociedad.

Lección 6. Agotamiento de recursos y contaminación ambiental

La presión que la economía y el metabolismo de la sociedad ejercen sobre el uso y aprovechamiento de los recursos naturales, generan desequilibrios sobre los ecosistemas. Por recursos naturales se entienden todos aquellos componentes de la naturaleza que tienen un potencial de aprovechamiento por parte de la sociedad, gracias a los cuales es posible la existencia de la especie humana en el planeta. En palabras de Sarmiento (2000), los recursos naturales son todos los bienes de la naturaleza que permiten al ser humano subsistir en el planeta o fuera de él. Éstos pueden ser recursos naturales renovables (como el agua, aire, bosques, fauna, etc.) o recursos no renovables (como el petróleo, gas, carbón, minerales, etc.). Es importante tener en cuenta que los recursos renovables, si bien pueden seguir existiendo pese a su utilización gracias a los procesos de regeneración de la naturaleza, pueden ser agotados o pasar a ser considerados no renovables por efectos de la sobreexplotación (tal como está pasando con el agua y con algunas especies animales en varias regiones del planeta). Si bien los recursos naturales tienen una gran importancia según su potencial de uso, su aprovechamiento no siempre debe conllevar a su transformación o extracción, ya que muchas veces su permanencia y conservación ofrecen una serie de servicios ambientales que, de igual forma, son de vital importancia para el beneficio de la humanidad. Según Van Hauwermeiren (2001), los servicios ambientales son los procesos naturales que mantienen el funcionamiento de la biosfera, o el soporte de la vida, así como los atractivos que el ambiente ofrece para consumo directo. Como ejemplos de servicios

http://www.portalplanetasedna.com.ar/Tabla_de_unidades_fisicas.pdf

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ambientales como soporte de vida tenemos: el mantenimiento de la diversidad genética, la estabilización de los ecosistemas, la regulación del clima, entre otros. Como ejemplos de servicios ambientales como atractivos tenemos: espacio para la recreación, paisaje y vida silvestre para el disfrute estético.

Como producto de la relación sociedad-ambiente, mediado por un modelo de desarrollo caracterizado por la extensión agrícola, el aprovechamiento de recursos naturales para la industria, la producción de bienes, la urbanización, el transporte, la minería, los avances técnicos, entre muchos otros, se pueden reconocer tres formas de perturbación del ambiente: 1. Agotamiento de los recursos naturales renovables y no renovables, 2. Alteración de los servicios ambientales, 3. Contaminación ambiental. El agotamiento de los recursos se da como resultado de la consolidación de un particular modelo de desarrollo, del adelanto de un tipo de tecnología y de la extensión de una economía altamente dependiente de recursos naturales no renovables como el petróleo, el carbón, el gas, el plomo, el zinc, los materiales minerales de construcción, entre otros, frente a los cuales se ejerce cada vez más un mayor nivel de presión. Sin embargo, tal como fue mencionado anteriormente, los recursos naturales renovables, debido a la alta tasa de demanda y explotación, pueden llegar a un nivel de sobreexplotación que lleve a su agotamiento. Este es el caso de las especies marinas, de las especies en vía de extinción, de la capa superior del suelo, del agua, bosques, entre otros. Esto sucede cuando la tasa de extracción y uso de recursos naturales sobrepasa el umbral de resiliencia de los ecosistemas. Este último concepto es definido por Sarmiento (2000), como el límite hasta el cual un ecosistema puede soportar perturbaciones, sin desequilibrarse de forma definitiva. La alteración de los servicios ambientales se refiere a la afectación de procesos naturales que proveen una serie de servicios para regular y mantener el funcionamiento de los ecosistemas, en unas condiciones que permiten la vida en el planeta y el bienestar de la sociedad. Algunos se los servicios ambientales potencialmente alterados por la acción antrópica son:

- Diversidad genética - Regulación del clima - Acción de la capa de ozono - Conservación de paisajes - Control del ciclo del agua - Autodepuración de los ríos y lagos - Control natural de plagas - Polinización - Captura de CO2, entre otros.

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Para una breve explicación de qué son los servicios ambientales, ver el siguiente video [Ir al video]

La contaminación ambiental se presenta cuando en el ambiente hay presencia de sustancias, elementos, energía o combinación de ellos, en concentraciones y permanencia superiores o inferiores, según corresponda, a las establecidas en la legislación vigente, o que pueda constituir un riesgo para la salud de las personas, la calidad de vida de la población, la preservación de la naturaleza o la conservación del patrimonio ambiental (Zaror, 2000). Para este autor, se entiende por contaminante todo elemento, compuesto, sustancia, derivado químico o biológico, energía, radiación, vibración o ruido, cuya presencia en el ambiente en ciertos niveles, concentraciones o períodos de tiempo, pueda constituir un riesgo para la salud de las personas, la calidad de vida de la población, la preservación de la naturaleza o la conservación del patrimonio ambiental. Cuadro 9. Clasificación de la contaminación

Según su origen

Natural Antropogénica Se debe a fenómenos naturales como la erosión y las erupciones volcánicas y está relacionada con la composición de suelos, aguas y los componentes de algunos alimentos

Es generada por las actividades que realiza el ser humano, como son las industriales, mineras, agropecuarias, artesanales y domésticas. Para efectos de los programas de ingeniería y tecnología, éste es el tipo de contaminación de interés.

Según tipo de contaminante

Física Química Biológica Es la provocada por agentes físicos como las radiaciones ionizantes, energía nuclear, ruido, presiones extremas, calor y vibraciones. Se presenta tanto en ambientes cerrados (como los laborales), como en espacios abiertos. Sus efectos pueden presentarse a largo plazo; por ejemplo, en el caso del ruido, que después de que una persona está expuesta a este agente de manera permanente y prolongada, presentará problemas en su sistema auditivo como sordera.

Es provocada por diferentes sustancias de uso industrial y doméstico que se encuentran dispersas en el ambiente. Se considera como la más grave de las tres, pues dichas sustancias suelen encontrarse en los tres estados de la materia (líquido, sólido y gaseoso) y por lo tanto quedar depositadas en el agua, suelo y aire.

Se presenta cuando un microorganismo (virus, hongo o bacteria) se encuentra en un ambiente que no le corresponde y causa daños a los demás organismos que lo habitan. Con frecuencia es provocada por las deficiencias de los servicios de saneamiento como drenajes y alcantarillado, abastecimiento de agua potable, sistemas de tratamiento de aguas negras o por malos hábitos higiénicos.

Fuente: El autor, con base en Arellano (2002)

El agua, al aire y el suelo (campos de estudio específicos de los programas de ingeniería y tecnología en saneamiento ambiental) constituyen los medios receptores de los residuos sólidos (peligrosos y no peligrosos), vertimientos líquidos (aguas residuales de origen doméstico o industrial) y emisiones atmosféricas (gases, olores, material particulado), los cuales entran a reaccionar física, química y biológicamente con las propiedades de estos medios, generando alteraciones de su calidad. Como ejemplo de contaminación podemos mencionar la presencia de diversos compuestos gaseosos en al ambiente de la ciudad de Bogotá, tales como dióxido de carbono, óxidos de azufre y partículas sólidas suspendidas. Otros casos de contaminación son los vertimientos de aguas residuales con altos

http://www.youtube.com/watch?v=549BI3LcQAA&p=0DCA67A85B33AA6F

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contenidos de materia orgánica y metales pesados (así como el depósito de residuos sólidos) sobre las aguas del río Bogotá. Para Arellano (2002), la contaminación ambiental puede clasificarse según su origen y según la naturaleza del contaminante (Cuadro 9). Las anteriores formas de perturbación del ambiente no se presentan de forma aislada, por el contrario, teniendo presente el enfoque sistémico del planeta (donde todos los componente se encuentran interconectados), un desequilibrio que se genere sobre un recurso natural, va a desencadenar un efecto en cadena, alterando la calidad de otros recursos o servicios ambientales. Por ejemplo, una actividad que genere contaminación puede alterar el bienestar de otras especies (animales y vegetales), lo que a su vez va a repercutir en el deterioro de los ecosistemas, causando desequilibrios y la alteración de servicios ambientales. En la Figura 7 se presenta un ejemplo de interacción de las diversas alteraciones sobre el ambiente. Figura 7. Interacción de alteraciones ambientales

Fuente: Van Hauwermeiren (2001)

Lección 7. Sistemas ecológicos y contaminación

Los contaminantes en el ambiente tienen un comportamiento similar al que presenta el movimiento de la energía y los nutrientes por los ecosistemas, por lo que entran en contacto con diferentes elementos naturales y antrópicos, generando daños en algunos de ellos. De esta forma, los medios susceptibles de ser afectados son el aire, el agua, el suelo y la biota (incluyendo al ser humano). Como resultado del avance industrial, de una intensa economía dependiente de recursos naturales y de los acelerados procesos de transformación de materiales, la presencia de contaminantes es cada vez más común en nuestra sociedad, en especial de contaminantes químicos, ya que día a día se insertan nuevas sustancias en los sistemas productivos. Ante este panorama, la contaminación ocurre con la presencia o el exceso de cantidad de cierta sustancia en un medio específico. Así, por ejemplo, la existencia de ciertos plaguicidas (como hace unos años sucedía con el DDT) en la leche materna, aunque sea en mínimas concentraciones, implica un caso de contaminación porque esa sustancia no debería aparecer en este medio. Por otro lado, en el agua potable se pueden encontrar una gran

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cantidad de compuestos, en pequeñas cantidades, sin que ello signifique que dicha agua esté contaminada, sin embargo, cuando la concentración de estos compuestos excede cierto límite –representando un riesgo ambiental o sanitario– puede hablarse de un caso de contaminación. Los contaminantes pueden dividirse en dos grandes grupos: i) los que afectan el medio físico y ii) los que son directamente tóxicos para los organismos, incluyendo la especie humana. Vale la pena aclarar que por sustancia tóxica se entiende aquella potencialmente nociva para los organismos vivos, y pueden ser elementos o compuestos puros, la combinación o mezcla de los anteriores y los metabolitos o productos de degradación de los mismos (Vallejo, 1997). Los contaminantes que cambian el medio físico no tienen un efecto directo sobre los organismos, sino sobre las condiciones de los ecosistemas donde habitan los seres vivos, de tal forma que alteran la calidad del ambiente, generando unas condiciones menos favorables para el satisfactorio desarrollo de las comunidades. Un ejemplo de este tipo de contaminantes es el CO2, un gas incoloro, poco reactivo, presente en la composición de la tropósfera y de vital importancia para el proceso de fotosíntesis, que en grandes cantidades aporta al proceso de efecto de invernadero (ver Lección 9), lo que conduce a un gradual incremento de la temperatura global media del planeta. En este caso, el CO2 no genera directamente un efecto tóxico sobre los seres vivos, pero sí sobre algunos procesos físicos que, indirectamente, repercuten sobre las propiedades de las condiciones de vida. Figura 8. Dispersión de contaminantes en el ambiente

Fuente: El autor

Otros contaminantes (tóxicos) sí generan directamente efectos nocivos sobre la salud de los organismos, llegando a ser altamente peligrosos según su nivel de concentración. Los medios más comunes a través de los cuales se entra en contactos con estas sustancias son el aire, el agua y los alimentos (ver Figura 8). Algunos de estos compuestos son: metales pesados (mercurio, cadmio, plomo), dioxinas y furanos, policlorobifenilos (PCB), cloruro de vinilo, tricloroetileno, hidrocarburos, solventes, entre otros. Cuando estos compuestos ingresan al organismo, pueden acumularse en algún tejido por largo tiempo, o pueden

Medios de

dispersión

Aire

Agua

Alimentos Organismos

receptores

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metabolizarse y ser eliminados en periodos cortos de tiempo. En ambos casos la sustancia puede llegar a generar efectos adversos. También es importante señalar que para que estos compuestos y metales se conviertan efectivamente en sustancias tóxicas, deben estar biodisponibles, es decir, en una forma que pueda ser asimilada por los seres vivos. Por ejemplo, la forma concreta de aluminio que es tóxica para los peces en los arroyos es un tipo denominado aluminio monómero lábil, que aparece a ciertos niveles de pH del agua (Kiely, 1999). Para el estudio de los contaminantes que generan efectos directos sobre los seres vivos, en importante tener claro algunos conceptos (Vallejo, 1997): - Bioacumulación: Tendencia que tienen las sustancias químicas de ser retenidas en los organismos vivos. - Biomagnificación: No ocurre a nivel de organismos, sino de ecosistema. Se presenta cuando la concentración de un químico bioacumulado y su nivel de toxicidad se incrementan a través de la cadena trófica (ver Figura 9). Figura 9. Biomagnificación del DDT

Fuente: http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_ambiental/objetivos.htm

- Nocividad: Propiedad inherente de algunos compuestos químicos de producir efectos indeseables cuando alcanza una concentración determinada en un lugar del organismo. - Toxicidad: Potencial tóxico de una sustancia, que depende de sus propiedades inherentes y de la magnitud de la exposición. - Exposición: Medida del contacto entre el agente tóxico y un organismo vivo o un ecosistema. Importante recordar que los organismos no están expuestos a una sola

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condición o factor ambiental, sino a varios al mismo tiempo, lo que genera un efecto sinérgico de contaminación.

Lección 8. Industrialización, urbanización y otras fuentes de perturbación ambiental

- Industrialización El proceso de industrialización encuentra sus orígenes en la llamada Revolución Industrial de los siglos XVIII y XIX, la cual nació formalmente en Gran Bretaña con la aplicación industrial del motor a vapor, gracias al cual se cambió radicalmente la capacidad para generar energía mecánica y generó una demanda acelerada de carbón. Hasta nuestros días, este proceso de industrialización se ha mantenido constante y ha logrado extenderse prácticamente por todo el planeta. Con el avance de la industrialización se han logrado interesantes avances en diferentes campos de aplicación: producción de alimentos, transporte, generación de energía, telecomunicaciones, transformación de materiales, etc. No obstante, para mantener la dinámica y el nivel de producción de todas estas actividades, se ha generado un sustancial incremento de la demanda de recursos naturales y energéticos (Cuadro 10), acompañado de la generación de materiales residuales. Cuadro 10. Etapas de producción de la sociedad y consumo de energía (kilocalorías-persona/día)

Sociedad primitiva 2.000 Cazadores y recolectores 5.000

Sociedad agrícola incipiente 12.000 Sociedad agrícola avanzada 20.000

Sociedad industrial incipiente 60.000 Industria moderna. 125.000 Sociedad moderna Industrial 230.000

Fuente: Miller (1994)

De esta forma, se pueden identificar diferentes momentos en donde la industria produce alteraciones ambientales: por un lado, al extraer o acceder a los recursos necesarios para sus procesos, por otro lado, al generar productos y materiales como resultado de los procesos de transformación. Ya para la década de los años setenta, el estadounidense Barry Commoner resaltó algunos aspectos asociados con la industria que generan importantes alteraciones ambientales (Henry & Heinke, 1999):

- Uso de plaguicidas (como el ya restringido DDT), que generan efectos colaterales sobre la fauna, la flora y la salud de los seres humanos. - La concentración de ganado en pequeños terrenos (así como la intensiva industria del pollo y cerdo) genera no sólo una cuestionable industria de maltrato animal, sino se

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convierte también en una gran fuente de descarga de materia orgánica sobre suelos y fuentes hídricas. - El intensivo uso de fertilizantes sintéticos en el campo, en particular compuestos nitrogenados, incrementa los niveles de nitrato en las aguas superficiales y subterráneas, generando graves problemas de eutrofización. - La creciente liberación de mercurio al ambiente, por ejemplo a aguas superficiales, ha dado origen a elevadas concentraciones de este metal en los peces, afectando de igual forma a la especie humana y otras especies por efectos de la cadena alimenticia. - El incremento de los medios de transporte de personas o mercancías dependientes de combustibles fósiles, ha acentuado los problemas de contaminación ambiental. - La masiva producción de bolsas y empaques plásticos ha contribuido a incrementar los inconvenientes en el manejo de este tipo de residuos. - El sobre-empaque de alimentos y otros productos de mercado, ha aumentado la cantidad de residuos sólidos generados. - La enorme demanda de energía (para satisfacer especialmente a las grandes ciudades o procesos industriales) ha contribuido a los problemas de contaminación debido a las emisiones de dióxido de azufre (SO2) y de diversos tipos de óxidos de nitrógeno (NOx) procedentes de plantas eléctricas.

A lo anterior hay que sumarle que la industria no sólo requiere recursos naturales, sino también espacio. Esto tiene gran importancia si se considera que extensas áreas de uso agrícola o de importancia ecológica (como los humedales) son ocupadas para la instalación de grupos industriales, con lo que no sólo se generan impactos ambientales durante los procesos de transformación, sino también se incurre en la pérdida del recurso tierra para la producción de alimentos, colocando en riesgo la capacidad de sustentación de los ecosistemas. - Urbanización La urbanización hace referencia al aumento de la proporción de población urbana con respecto a la rural. Este crecimiento se da por el incremento de la tasa de natalidad, por procesos de migración interna o, como en el caso de Colombia, por procesos de desplazamiento forzado como resultado del recrudecimiento del conflicto armado del país. A mayor número de personas concentradas en grandes ciudades, se genera una mayor presión sobre los recursos naturales y una mayor demanda de energía. Para Henry & Heinke (1999), fue en el siglo XVIII cuando la urbanización se aceleró con mayor fuerza. Este incremento ha sido notorio en las regiones más pobres del planeta (económicamente hablando), donde el crecimiento se ha producido a una tasa del 4% o más durante el periodo posterior de la Segunda Guerra Mundial. Una de las actuales tendencias de la urbanización en regiones como Latinoamérica, es la conformación de mega-ciudades: se ha estimado que durante 1950 y 1970 las ciudades con 5 millones de

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habitantes o más, duplicaron su participación de la población urbana total, en tanto las ciudades con menos de 100.000 habitantes perdieron importancia relativa.

Según un documento del Ministerio del Medio Ambiente de Colombia (2002), el fenómeno de urbanización en Latinoamérica es cada día más activo: tan sólo de 1960 a 1990, la región pasó de una tasa de urbanización del 49,2% al 72%. En el caso de Colombia, desde los años cincuenta hasta los años noventa, el nivel de urbanización pasó del 38% al 70%. En esa nueva composición urbana para América Latina, en términos generales, ha tenido incidencia, entre otras, la reacción de la población rural más pobre frente a modelos de desarrollo económico y social, los cuales aceleraron la migración hacia las grandes ciudades en búsqueda de empleo y mejora de la calidad de vida. Como resultado de ese crecimiento, los problemas de contaminación industrial y los impactos antrópicos fueron haciéndose más evidentes. En ese escenario se configuraron ciudades sujetas a grandes alteraciones ambientales que han sobrepasado la capacidad de planificación y ordenamiento ambiental urbano, exigiendo, de igual forma, el desarrollo de infraestructura de saneamiento ambiental que, en gran parte, es una condición esencial para crear un entorno urbano saludable.

En el campo ambiental, la urbanización genera un sin número de alteraciones, entre ellas tenemos:

Emisiones de grandes cantidades de CO2, NOx, nitrógeno, polvo, material particulado y otras sustancias químicas, lo que deteriora la calidad de la atmósfera. Estas emisiones provienen de diversas fuentes: transporte, emisiones industriales, incineradores de residuos, obras civiles, rellenos sanitarios, entre otros. Para satisfacer el abastecimiento de agua de un gran número de personas, es necesario recurrir a enormes obras de infraestructura (construcción de represas, inundando una vasta extensión de hectáreas, por ejemplo) y al aprovechamiento de varias fuentes hídricas (muchas veces desviando ríos) que garanticen un servicio continuo de agua potable. Para el caso de Colombia, las cuatro grandes ciudades (Bogotá, Medellín, Cali y Barranquilla) consumen el 34% del consumo final de agua del país (Ministerio de Medio Ambiente, 2002). También se genera una gran cantidad de aguas residuales que contaminan las aguas de los ríos sobre los cuales son vertidas. Esto genera inconvenientes ambientales y sanitarios que son importantes de atender. Este aspecto es de gran relevancia en el país si se tiene en cuenta que solamente el 21,7% de las ciudades del país cuentan con una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales – PTAR (Ministerio de Medio Ambiente, 2002). En regiones con escasas fuentes hídricas superficiales, se acude a una intensiva explotación de las aguas subterráneas, sin ningún tipo de control. En el mismo campo del recurso hídrico, el agua lluvia se convierte en otro elemento a considerar, ya que, por un lado, puede incrementar la cantidad de aguas residuales si no se manejan de forma separa; por otro lado, como la velocidad de escorrentía superficial

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del agua sobre concreto o cemento es mayor que la que se presenta sobre una superficie boscosa, al agua puede arrastrar residuos sólidos que se encuentren en el camino y taponar los sistemas de drenaje, causando inconvenientes sanitarios en temporada de altas lluvias. Con la alta cantidad de residuos sólidos a manejar en un centro urbano, se hace necesario diseñar estrategias que garanticen un manejo técnico conveniente, que evite la contaminación de aguas superficiales y subterráneas (por efecto de la infiltración de lixiviados), que prevenga incidentes por causa de un irresponsable manejo de residuos peligrosos (como los residuos hospitalarios) y que controle el brote de enfermedades a causa de estos materiales. Los ecosistemas naturales inmersos o próximos a las ciudades, son sustituidos por espacios transformados, alterando la vegetación presente y, con ello, desplazando la fauna asociada a ésta. Las construcciones, la pavimentación y, en general, la impermeabilización de los suelos a través del concreto y el cemento, alteran los niveles de infiltración del agua y transforman irreversiblemente las capas superiores del suelo.

A los anteriores efectos se pueden sumar la emisión de ruido por efecto del transporte y actividades industriales y comerciales, la presencia de olores ofensivos por efecto de la acumulación de residuos sólidos o emisión a la atmósfera, la concentración del calor generado por las grandes obras en concreto y, por último, cambios del paisaje por la continua construcción y edificación de las ciudades.

- Otras fuentes de perturbación ambiental

Además de los procesos de industrialización y urbanización, se identifican otras actividades causantes de alteraciones ambientales. Algunas de estas actividades se presentan en el Cuadro 11. Cuadro 11. Otras fuentes de perturbación ambiental

Actividad Tipo de alteración

Agricultura

- Erosión, salinización y anegamiento de suelos - Eutrofización de aguas - Afectación de fauna y flora por plaguicidas - Agotamiento de acuíferos - Deforestación y liberación de gases de efecto de invernadero - Pérdida de biodiversidad - Impactos sanitarios por efectos de agroquímicos

Minería

- Alteración del paisaje - Pérdida de la cobertura vegetal y de la capa productiva del suelo - Desplazamiento de fauna - Liberación de gases tóxicos - Emisión de ruido y de material particulado - Cambios en los niveles de infiltración de agua - Alteración de la dinámica subterránea del agua - Contaminación hídrica por drenaje ácido - Impactos sanitarios por uso de compuestos químicos

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Crecimiento poblacional

- Mayor demanda de recursos hídricos - Incremento en la cantidad de alimentos requeridos - Mayor generación de aguas residuales y residuos sólidos - Mayor demanda de espacio para urbanización e industrialización - Incremento en los niveles de gastos energéticos - Aumento de asentamientos en zonas de riesgo

Ganadería intensiva

- Degradación del suelo - Generación de grandes cantidades de residuos - Emisión de olores ofensivos - Deforestación - Contaminación de aguas superficiales y subterráneas - Emisión de gases de efecto de invernadero

Fuente: El autor

Lección 9. Agotamiento de la capa de ozono y efecto de invernadero

- Agotamiento de la capa de ozono El ozono es una sustancia química formada por una molécula de tres átomos de oxígeno (O3), la cual se forma generalmente por la disociación de los dos átomos que componen la molécula de oxígeno libre (O2) por acción de la radiación ultravioleta, donde cada átomo disociado se une con otra molécula de oxígeno (O2). La ecuación de la formación de ozono es:

O2 + UV-B O + O O + O2 O3

El ozono podemos encontrarlo tanto en la estratosfera como en la troposfera. En la estratosfera es un gas formado naturalmente y se encuentra en diferentes concentraciones entre los 20 y 40 km sobre el nivel del mar, conformando lo que conocemos como “la capa de ozono”. En la troposfera, el ozono se presenta como un gas carente de color, creado a partir de reacciones fotoquímicas entre NOx, monóxido de carbono (CO) y compuestos orgánicos volátiles (COV), y es considerado un problema porque se ubica en las zonas bajas de la atmósfera, contribuyendo al incremento del efecto de invernadero y, en grandes concentraciones, puede generar alteraciones tóxicas sobre la salud humana, animales y vegetales. Por lo tanto, cuando se hace referencia a la capa de ozono y sus propiedades benéficas para la vida de este planeta, se hace mención al ozono estratosférico, no troposférico. Ahora bien, la capa de ozono cumple la función de actuar como un filtro natural de la radiación ultravioleta tipo B (UV-B), que es perjudicial para la vida en el planeta. Este tipo de radiación puede llegar a afectar el ADN de la piel humana, produciendo quemaduras solares y, en algunos casos, cáncer de piel. En la estratosfera, la formación de ozono ha sido un proceso constante desde el momento que existió oxígeno libre y luz solar, y permanece en un equilibrio constante debido a que por acción de la radiación ultravioleta

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se produce ozono, mientras otros procesos naturales (como la presencia del óxido nitroso N2O que emana del suelo y otros procesos industriales) causan su descomposición. La cantidad de ozono estratosférico se ve reducida como resultado de reacciones químicas con compuestos generados por acciones antrópicas. Entre los contaminantes más importantes que intervienen en el deterioro de la capa de ozono figuran los clorofluorocarbonos (CFC), el gas metano (CH4), de origen natural y artificial, y el monóxido de cloro (ClO) que es un compuesto derivado de los CFC y es utilizado en los aerosoles, refrigerantes y algunos solventes. El CFC, por acción de la descomposición fotoquímica, libera átomos de cloro que pasan a formar, con el ozono estratosférico, monóxido de cloro y oxígeno molecular, tal como muestra en la siguiente ecuación:

CFCl3 + UV Cl + CFCl2 Cl + O3 ClO+ O2

Incluso, dos moléculas de monóxido de cloro pueden reaccionar y liberar de nuevo cloro, además de otra molécula de oxígeno:

ClO + ClO 2Cl + O2 De esta forma, el ciclo del cloro se extiende y perpetúa su acción catalizadora, reaccionando constantemente con el ozono (consumiéndolo), mientras el cloro liberado no se degrada fácilmente, por el contrario, antes de su degradación puede llegar a descomponer 100.000 moléculas de ozono.

A continuación veamos un video sobre “La capa de ozono” [Ir al video]

- Efecto de invernadero Uno de los fenómenos ambientales más renombrados en los últimos años, es el aumento de la temperatura del planeta por acción del efecto de invernadero. Éste se presenta por una mayor presencia en la atmósfera de ciertos gases, denominados “gases de efecto de invernadero”, que absorben la radiación de onda larga del planeta. Es importante recordar que la energía solar que ingresa lo hace como radiación de onda corta, mientras la energía infrarroja saliente lo hace como radiación de onda larga. De esta forma, la composición de la atmósfera permite la regulación de la temperatura, gracias a lo cual se desarrolla la vida en el planeta. Sin embargo, el incremento de los gases de efecto de invernadero hace que la atmósfera incremente el nivel de resistencia al escape necesario de la radicación hacia el espacio, lo que genera una gradual concentración de energía y, por lo tanto, un incremento de la temperatura.

http://www.youtube.com/watch?v=aWhi59cv_yg

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Como resultado del avance y consolidación de la moderna sociedad industrial, dependiente del consumo de combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas), se ha generado una considerable reducción de masa forestal y una intensa liberación de CO2 a la atmósfera, convirtiendo a este último en el principal gas de efecto invernadero. Otros gases que igualmente contribuyen al calentamiento global son: metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y compuestos halogenados como los CFC. Figura 10. Tendencia de la temperatura superficial global promedio

Fuentes: School of environmental sciences, climatic research unit, university of East Angla, Norwich, United Kingdom, 1999 y www.climateark.org/vital/17.htm.

Como consecuencia del incremento de los niveles de concentración atmosférica de CO2 (Figura 11) y otros gases de invernadero, se espera, según Estrada (2001), que la temperatura media superficial a nivel global aumente entre 1.4 y 5.8° C de 1.990 al 2.100. Dicho incremento en la temperatura no sólo duplica o supera 10 veces el registro observado en los últimos 100 años (0.6° C), sino que, además, no tiene precedente en los mil años anteriores y se pronostica que ocurrirá a un ritmo significativamente más rápido que los cambios observados en los últimos 10 mil años. Figura 11. Emisión mundial de CO2 por uso de combustibles (1995)

Fuente: IEA, diagramación, IDEAM

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Para una explicación científica del efecto de invernadero, ver el siguiente video [Ir al video]

Lección 10. Lluvia ácida

La lluvia ácida hace referencia al agua precipitada que tiene un pH inferior a los registrados en la lluvia normal. En condiciones normales, la lluvia presenta un pH ligeramente ácido (entre 5.0 y 5.5) porque contiene ácido carbónico, proveniente de la disolución del CO2. No obstante, la lluvia ácida presenta un pH entre 4.0 y 4.2, debido a la combinación con dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx). Estos compuestos se oxidan hasta formar sulfatos (SO4

=) y nitratos (NO3-), que combinados con el vapor de agua

retornan al suelo como ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nitroso (HNO3). Los ácidos formados en la atmósfera entran en contacto con la superficie terrestre a través de deposiciones húmedas y deposiciones secas. Según Kenneth & Hutchinson (1999), la sedimentación húmeda incluye las partículas y gases barridos del aire por acción de las gotas de agua. Este proceso se presenta a través de la lluvia, llovizna, granizo y rocío. Por otro lado, la sedimentación seca se da por acción de la gravedad durante los intervalos secos, y se presenta por medio de gases, partículas y aerosoles. Las fuentes de los contaminantes generadores de la lluvia ácida son tanto naturales (por ejemplo erupciones volcánicas) como antrópicas. Para efectos de los profesionales en ingeniería ambiental y saneamiento ambiental, son más relevantes las fuentes antrópicas, pues sobre ellas se pueden diseñar mecanismos de prevención y control. En el Cuadro 12 se presentan algunas fuentes representativas de compuestos generadores de lluvia ácida. Cuadro 12. Fuentes antrópicas contaminantes generadores de lluvia ácida

Contaminante Fuente antropogénica Fuente natural

SO2

Centrales térmicas de carbón Industrias que usan combustibles fósiles Refinerías de petróleo Transporte

Descomposición de materia orgánica Actividad volcánica Fumarolas Termas

NOX (NO2, NO)

Producción eléctrica Otros procesos industriales Transporte a base de combustibles fósiles

Descomposición de materia orgánica Relámpagos

Fuente: El autor

Según el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia – IDEAM, el comportamiento de las características químicas del agua lluvia se determina a partir del seguimiento del pH, conductividad, nitratos y sulfatos producto del análisis químico de las muestras recolectadas en las principales ciudades del país y en algunas ciudades intermedias. Algunos efectos de la lluvia ácida son:

http://www.youtube.com/watch?v=_zkq0DWzh6Q

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- Efectos sobre la salud humana: partículas de diminuto tamaño pueden ingresar a los pulmones, generando enfermedades respiratorias. Indirectamente la lluvia ácida puede disolver metales y sustancias tóxicas de los suelos, rocas, conductos y tuberías, y conducirlos a sistemas de agua potable. - Efectos sobre el agua: puede reducir el pH de cuerpos de agua (acidificación) afectando la supervivencia de varias especies acuáticas susceptibles de variaciones mínimas en el ecosistema. En casos extremos, puede llevar al exterminio completo de la fauna y flora del agua. - Efectos sobre bosques: el agua, al entrar en contacto con el suelo, puede disolver minerales y nutrientes que son de vital importancia para la vida vegetal. De igual forma, puede lesionar plantas que son susceptibles a pH bajos e incrementar la presencia de metales tóxicos en aguas subterráneas, como resultado de la solubilización de varios compuestos presentes en el suelo (cobre o aluminio, por ejemplo). - Efectos sobre infraestructura: tanto la deposición húmeda como seca pueden corroer estructuras construidas en metal (algunos monumentos históricos, estatuas o placas), deteriorar pinturas y afectar la estética de edificaciones construidas en caliza o mármol. Estos efectos tienen una fuerte repercusión en términos económicos, culturales e históricos.

CAPÍTULO 3. ANTECEDENTES INSTITUCIONALES DE LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL

Los procesos de alteración de los paisajes, de aprovechamiento de los recursos naturales, de relación de las condiciones del entorno con variaciones sobre la salud humana, entre otras acciones consideradas hoy en día como propias del campo ambiental, no son cuestiones que aparecieron en los últimos años, ni preocupaciones exclusivas de ciertas áreas del conocimiento. Existen registros que evidencian que, desde tiempos antiguos, las sociedades tenían interés en estos asuntos, por ejemplo, siguiendo a Molak (1997), los antiguos griegos y romanos ya habían observado correlaciones entre enfermedades y exposiciones ambientales. En este sentido, Hipócrates (siglo IV a.C.) correlacionó la aparición de enfermedades con exposiciones ambientales, Vitruvio (siglo I a.C.) dio cuenta de la toxicidad del plomo y Agrícola (siglo XVI d.C.) dio cuenta de la correlación entre la exposición ocupacional a la minería y la salud. No obstante, lo que hoy en día entendemos como el tema “ambiental”, derivado de una preocupación casi global, fruto de investigaciones, estudios, encuentros y compromisos institucionales y normativos, en un marco de desarrollo sostenible, es un tema contemporáneo que ha tomado fuerza desde los años 60 y 70 del siglo XX. En este capítulo recorreremos algunos de estos referentes que, en conjunto, han contribuido no sólo al surgimiento de programas académicos como ingeniería ambiental o tecnología en saneamiento ambiental, sino en general han sumado

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esfuerzos para instalar el tema ambiental y el concepto de desarrollo sostenible como aspectos de gran relevancia en nuestros días.

Lección 11. Historia del entorno agua, aire y residuos sólidos

- Apuntes históricos de la preocupación por el agua [Extraído y modificado de Kiely, 1999]

Edwin Chadwick, secretario de la Comisión Legislativa de los Pobres en el Reino Unido, esbozó la “idea sanitaria” como una forma de promover una mejor salud entre la población, en el informe de 1842 titulado “una encuesta sobre las condiciones sanitarias de la población trabajadora en Gran Bretaña”; quizás uno de los primeros estudios que relacionan las condiciones de pobreza con la calidad ambiental. Antes de esta época, los residuos domésticos, líquidos y sólidos eran arrojados a las calles donde se esparcían y descomponían. Chadwick pidió limpieza para las calles, viviendas con suministro de agua, mejoras en la recogida de agua residual y, específicamente, estableció que para mejorar estas condiciones se debería buscar ayuda en la ciencia de la ingeniería, no en la medicina. Así, Chadwick y sus colaboradores médicos identificaron que las soluciones a los problemas médico-ambientales vendrían de la ingeniería y no propiamente de la comunidad médica. Las soluciones de ingeniería de Chadwick incluían:

- Equipar a cada alojamiento con agua potable limpia - Eliminar las aguas residuales de las viviendas y recogerlas en una red de tuberías - Aplicar las aguas residuales recogidas al terreno agrícola, lejos de las ciudades.

Desde aquella época se reconoce que las mejoras en la idea sanitaria pueden traer consigo adelantos en la salud, en relación con el agua potable, el agua residual y los residuos sólidos. También en 1876 en el Reino Unido, la Ley de Contaminación de Ríos prohibió la descarga de aguas residuales a los cauces y ríos, aunque no a los estuarios y mares. En 1914, Arden y Lockett descubrieron que cuando se aireaba el agua residual orgánica en tanques de “sedimentación”, después de algunos días el efluente del tanque pasaba por un tratamiento que daba lugar a una demanda de oxígeno reducida. Este proceso, llamado lodos activados, utilizaba microorganismos en suspensión, en un medio aerobio (es decir con presencia de aire), para descomponer los residuos orgánicos. Alrededor de esta época (inicios del Siglo XX), estaban teniendo lugar desarrollos similares en Estados Unidos, donde se reconocía que el agua potable y la descarga de aguas residuales eran dos cosas diferentes. El agua bruta para usos potables era, en la mayor parte de los casos, agua superficial extraída de ríos, lagos y embalses, y su tratamiento no iba más allá de la

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sedimentación de los residuos sólidos visibles. Por su lado, las aguas residuales se vertían sobre ríos, afectando así su aprovechamiento potencial aguas abajo. La preocupación por la conducción y tratamiento de las aguas residuales domésticas en el Siglo XIX hizo que se ignorara la contaminación generada por aguas residuales de origen industrial. El tratamiento de estas aguas es considerado un acontecimiento moderno, ya que se dio después de la Segunda Guerra Mundial (1939-1945). Por último, la purificación del agua para beber se remonta a los filtros de arena en tiempos de los romanos. En el Siglo XX, las zonas urbanas de algunos países europeos empezaron a tratar el agua mediante filtros lentos de arena. La calidad de purificación de estos filtros era sobresaliente, pero debido a las bajas tasas de producción se requerían grandes superficies de terreno. Entre 1890 y 1900, los filtros rápidos de arena, con una mayor capacidad de producción, comenzaron a sustituir los filtros lentos. Además, se añadió la cloración como una etapa posterior de tratamiento para la purificación microbiológica. Para el caso colombiano, vamos a señalar algunos aspectos de historia ambiental de la ciudad de Bogotá. Hacia 1910, el crecimiento demográfico y físico repercutió en una creciente necesidad de servicios públicos como la construcción del acueducto y alcantarillado. Para ese entonces, los ríos que abastecían la ciudad eran: San Francisco, Arzobispo, San Agustín, San Cristóbal, Tunjuelito y quebradas Las Delicias y La Vieja. Debido a la expansión urbana, las existentes estructuras de alcantarillado eran insuficientes y, por lo tanto, la calidad del agua de los ríos era muy baja, afectada, especialmente, por la presencia de bacterias asociadas a materia fecal. Entre 1910 y 1914 un particular le ofreció a la administración pública la construcción de un sistema de acueducto, pero debido a la deficiente calidad del servicio, el acueducto pasó a manos del municipio en 1914. Por otro lado, la construcción de alcantarillas realizadas en 1884 fue una importante iniciativa para el saneamiento de Bogotá. La propuesta de aquél entonces era cubrir el desagüe de la parte central de las calles y evacuar los desechos de las alcantarillas con ayuda de agua potable captada de los ríos y riachuelos que bañaban la parte alta de la ciudad. Estas obras fueron realizadas sin planos, sin perfiles de obra y sin criterios técnicos. Los problemas ambientales asociados a la baja calidad del sistema de alcantarillado estuvieron ligados a la salud pública y a la contaminación de las aguas que consumían los habitantes de Bogotá. El uso del agua para el arrastre de las basuras que se vertían sin control alguno sobre los ríos urbanos, constituyo una de las principales causas por las cuales el servicio de alcantarillado no fue implementado técnicamente hasta la década de 1920 (Beltrán, Leal & Castañeda, 2005). Para una aproximación a la historia del agua en la ciudad de Bogotá, ver el artículo “La historia del agua en Bogotá: una exploración bibliográfica sobre la cuenca del río Tunjuelo, en el Siglo XX” [Ir al artículo]

http://www.javeriana.edu.co/revistas/Facultad/sociales/memoriaysociedad/anexo/articulo/doc/50b_25_7.pdf

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- Apuntes históricos de la preocupación por el aire La problemática de la contaminación del aire parece tener sus inicios en Europa, durante los siglos XII y XIII, cuando la obtención de madera se hizo cada vez más difícil (como resultado de su sobreexplotación), exigiendo el uso de otro combustible como el carbón, el cual, poco a poco, se constituyó en una importante fuente de calor y energía. Su uso se hizo más recurrente a mediados del Siglo XVIII, cuando tras la denominada Revolución Industrial (fenómeno expandido gradualmente por todo el mundo) las industrias demandaban cada vez más y más energía, lo que se traducía en cada vez más y más combustión de carbón. Según Kiely (1999), el humo, producto de la combustión del carbón bituminoso, generó evidentes alteraciones de la calidad del aire, emitiendo contaminantes que afectaban la salud humana, la vegetación y los materiales. Algunos incidentes relacionados con la contaminación del aire se presentan en el Cuadro 13. Cuadro 13. Episodios de la contaminación del aire

Localidad Fecha Contaminante Efectos

Valle del Mosa (Bélgica) 1930 SO2 Más de 63 muertes Donora (E.U.) 1948 SO2 Más de 20 muertes

Poza Rica (México) 1950 H2S Más de 22 muertes Londres (Gran Bretaña) 1952 SO2 Más de 4.000 muertes

Nueva York (E.U.) 1966 SO2 Más de 168 muertes

Fuente: Seinfeld (1986)

Además de la contaminación producida por el carbón, muchas industrias incluyeron procesos químicos que generaron sus propios contaminantes tóxicos y, después de la Segunda Guerra Mundial, se presentó un auge de la industria petroquímica y se abrió el camino para el desarrollo de la industria nuclear, los cuales, sumados a los desarrollos del transporte, la industria y la quema de combustibles fósiles, se convirtieron en las principales fuentes de contaminantes atmosféricos de origen antrópico. Algunos autores afirman que, antes de 1945, la contaminación atmosférica de origen industrial no logró llamar suficientemente la atención en países como Estados Unidos, debido a que durante las primeras décadas del Siglo XX, una chimenea de una fábrica que emitía una gruesa columna de humo se consideraba, según De Nevers (1997), un signo de prosperidad, a tal punto que algunas oficinas gubernamentales la incluían dentro de sus símbolos oficiales. Vale la pena mencionar que con el avance de la industria se extendían también los accidentes, así, en 1976 se registró un escape de dioxina en Seveso (Italia) en una región ocupada por 37.000 personas. Estudios a largo plazo confirmaron casos de cáncer en la zona. Otros incidentes de enormes repercusiones para la sociedad fueron los desastres en las plantas nucleares de Three Mile Island en Estados Unidos (1979), Chernobyl (1986) y la explosión de una planta química en Bhopal (India), eventos a partir de los cuales surgieron movimientos sociales que rechazaron este tipo de actividades, así como innovadoras

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investigaciones que, años más tarde, dieron cuenta de los trágicos efectos ecológicos y sanitarios desatados. - Apuntes históricos del manejo de residuos sólidos Para Tchobanoglous, Theisen & Vigil (1998), la obra “la evacuación de basuras municipales” de Parsons, escrita en 1906, puede ser considerado como el primer libro que trata exclusivamente el tema de los residuos sólidos, desde un punto de vista de la ingeniería. Muchos de los principios que hoy en día conocemos como parte de la gestión integral de residuos sólidos eran bien conocidos desde aquél entonces. Por ejemplo, aunque el camión motorizado ha sustituido al “carro de tiro” en varios países del mundo (jalonado por un caballo, como aún sucede en muchos municipios de Colombia), los métodos básicos de recogida siguen siendo prácticamente los mismos. Los métodos más utilizados para la evacuación final de residuos a principio de siglo, en Estados Unidos, eran:

- Vertido en la tierra - Vertido en el agua - Enterrarlos, arando el suelo - Como alimento para cerdos - Incineración

No todos estos métodos eran utilizados para todo tipo de residuos, por ejemplo, los residuos orgánicos provenientes de desechos de comida eran destinados como comida de cerdos, mientras las barreduras de las calles y otros residuos orgánicos eran comúnmente enterrados en el suelo. La gestión inteligente de los residuos sólidos, poniendo énfasis en el vertido controlado (es decir, en lo que hoy en día conocemos como rellenos sanitarios), empezó en los años treinta en el Reino Unido y una década más tarde en Estados Unidos. La ciudad de Nueva York fue una de las ciudades pioneras que a gran escala implementó el método de vertido controlado. Para el caso colombiano, la ciudad de Bogotá, hacia 1960, era ya una ciudad con una gran producción de residuos sólidos, lo que generaba la preocupación de su administración. De esta forma, en 1958 el distrito organizó la Empresa Distrital de Aseo y en 1960 incorporó, mediante la conformación de la Empresa Distrital de Servicios Públicos (EDIS), otros servicios además de la recolección de basuras. Para este entonces, los niveles de crecimiento de la ciudad demandaban pensar no sólo en las problemáticas propias del saneamiento básico (agua potable, aguas residuales y residuos sólidos domiciliarios), sino ahora enfrentaba problemáticas asociadas con los residuos provenientes de los mataderos

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públicos, cementerios y plazas de mercado. Las alteraciones ambientales del deficiente manejo de estos residuos generaban la aparición y propagación de enfermedades y epidemias, lo que llevó a disponer los residuos sólidos en “rellenos sanitarios”, que no eran otra cosa que botaderos a cielo abierto sin ningún tipo de manejo técnico. Así, el primer relleno sanitario que cumplió las exigencias sanitarias de la época se construyó a comienzos de la década de los años 80, al sur de la ciudad, y es conocido como el relleno sanitario de Doña Juana (Beltrán, Leal & Castañeda, 2005).

Lección 12. Antecedentes de la Conferencia de Estocolmo (1972)

No es sino hasta mediados del Siglo XX que el tema ambiental transciende las esferas locales y nacionales, y se instala con gran ímpetu en el escenario internacional. De esta forma, entre 1975 y 1992 se celebraron las dos mayores cumbres ambientales del siglo XX en el contexto de la Organización de las Naciones Unidas – ONU. La primera de ellas fue la Conferencia de Naciones Unidas sobre Desarrollo Humano – CNUAH y la segunda la Conferencia de Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo – CNUMAD. Esta última fue más conocida como Río-92. Antes de entrar en detalle en cada una de estas cumbres y en ciertos acontecimientos de importancia que sucedieron en los 20 años que las separa, es pertinente señalar algunos referentes históricos que fueron insumos claves para el desarrollo de estos grandes encuentros:

- En 1949 se realizó la Conferencia de las Naciones Unidas sobre la Conservación de los Recursos Naturales, convocada principalmente para intercambiar experiencias y proponer recomendaciones para la reconstrucción de las áreas devastadas por la Segunda Guerra Mundial. Una de las principales conclusiones del encuentro fue el otorgamiento de la competencia sobre los asuntos ambientales a las Naciones Unidas - Entre 1952 y 1972 fueron haciéndose cada vez más evidente las alteraciones ambientales generadas por el desarrollo de las grandes ciudades, de la actividad nuclear y de la industria en general. Ante esto, la naturalista estadounidense Rachel Carson y el sociólogo Murray Bookchin publicaron, en 1962, dos libros: Primavera Silenciosa y Nuestro Ambiente Sintético, respectivamente; ambos considerados como obras “fundacionales” de la conciencia ambiental planetaria. El primero de ellos denuncia los peligros para la salud del uso de ciertos plaguicidas (como el DDT) y otros productos químicos; mientras el segundo alertaba sobre una crisis ecológica caracterizada por la comida cada vez más llena de químicos, el agotamiento de los suelos, la contaminación del aire y del agua, y la radicación nuclear. - En 1968, tras el gran evento de la llegada de la especie humana a la Luna, se revelaron las primeras fotografías del planeta Tierra en su totalidad, mostrándola como una

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esfera pequeña, frágil y única, lo que tuvo un gran efecto sobre la forma de entender el accionar humano sobre la misma. - Aparecen una serie de publicaciones científicas que tratan de analizar y encontrar las causas del deterioro ambiental que se enfrenta en diferentes países. Algunos de estos autores son: Barry Commoner, quien desde la década de los años 50 escribió varios libros sobre los efectos ecológicos negativos de las pruebas nucleares, llegando a afirmar que todo se debía a un descarrilamiento de la tecnología moderna y que urgía redefinir su naturaleza; Paul Ehrlich, quien en su obra “la bomba demográfica” (1968) sostenía que el problema central emanaba de la sobrepoblación y recomendaba fuertes controles de natalidad en los denominados países del “tercer mundo”; e Ivan Illich, quien en su libro “energía y equidad” (1974), llamaba la atención sobre el consumo voraz de energía necesaria para el desarrollo económico. - En Estados Unidos se creó, en 1970, la Agencia de Protección Ambiental (EPA – Environment Protection Agency) con el objetivo de proteger y mejorar el entorno, controlar y reducir la contaminación del aire y agua, y regular la disposición de residuos sólidos y el uso de plaguicidas, radiación y sustancias químicas. - El 22 de abril de 1970 se celebró en Estados Unidos un evento sin precedente, en el que participaron veinte millones de norteamericanos: el Día de la Tierra. - En 1971 se creó el programa Hombre y Biosfera de la UNESCO, trazando como objetivo alcanzar un equilibrio entre el desarrollo económico, la conservación de la biodiversidad y el mantenimiento de valores culturales. - En 1971 surge el Informe Founex, donde se señala que los problemas de los países “en vía de desarrollo” o de la “periferia” son diferentes de los países tecnológicamente avanzados, ya que su prioridad está en reconocer que la mayoría de los problemas ambientales tiene sus raíces en la pobreza y en la propia falta de desarrollo en sus sociedades.

- En vísperas de la reunión de la ONU en 1972, aparece un informe de gran importancia: Los límites del crecimiento. Se trataba de una investigación apoyada por el Club de Roma que modeló el futuro del planeta sobre cinco variables fundamentales: población, industrialización, producción de alimentos, consumo de recursos naturales y contaminación. El equipo estuvo encabezado por Dennis Meadows (del Massachusetts Institute of Technology) y, debido a sus preocupantes resultados, fue un informe desacreditado en su momento. Uno de los aspectos que resaltaba era que si las presentes tendencias de crecimiento en la población mundial, industrialización, contaminación, producción de alimentos y utilización de recursos naturales no se modifican, los límites del crecimiento del planeta (límites físicos) se alcanzarían dentro

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de los próximos 100 años. Sin embargo, según Grinberg (1999), los líderes de los países desarrollados, signados por la voracidad consumista de sus sociedades, no vieron con buenos ojos la hipótesis de “parar la máquina”, mientras los dirigentes de las naciones desarrollistas del mundo periférico, reclamaban su derecho a contaminar tal como lo habían hecho, antes que ellos, las naciones tecnológicas avanzadas.

Lección 13. Conferencia de Estocolmo (1972) y concepto de desarrollo sostenible (1987)

- Conferencia de Estocolmo (1972) La Conferencia de Estocolmo se consolidó como el primer esfuerzo institucional global para enfrentar los problemas ambientales tanto nacionales como transfronterizos, colocando el tema en la agenda mundial y, por lo tanto, en la agenda de todos los países del planeta, incluidos los de nuestra región. Este evento se llevó a cabo en un contexto de gran expectativa por el tema ambiental, ya que los medios masivos de comunicación de casi todo el mundo transmitían en ese momento una variedad de información sobre los efectos adversos relacionados con el agotamiento de los recursos naturales, el impacto de la urbanización descontrolada, la extinción de especies, el exceso de residuos, el uso intensivo de productos químicos, así como la uniformidad de la vida industrializada, las irregularidades del desarrollo económico, entre otros aspectos. De esta forma, la “problemática ambiental” empezó a analizarse no solamente a la luz de medidas técnicas o de ingeniería, sino fue relacionada con las leyes del crecimiento económico, las metas del capitalismo, la sociedad de consumo, la centralización política, los modelos de desarrollo, entre otros, develando así la complejidad que atraviesa al tema ambiental. Esta Conferencia contó con la participación de 113 países bajo el lema “una sola Tierra”, dando como resultado la emisión de un documento (no se firmó ningún tratado) denominado Declaración de Estocolmo sobre Medio Ambiente, compuesto por tres elementos: una proclama, una lista de principios y un plan de acción. La proclama era general y reflejaba el contexto en el que se desenvolvía el encuentro; los principios eran 26 (ver Cuadro 14) y el plan de acción constaba de 109 recomendaciones que pronto cayeron en el olvido y frente a los cuales no se definieron plazos fijos de cumplimiento. Si bien en términos concretos no se lograron mayores avances frente a las problemáticas ambientales enfrentadas, este evento logró posicionar el tema ambiental a nivel institucional. Por ejemplo, durante el periodo 1972 – 1992, surgió la necesidad de adoptar leyes orgánicas que actuaran como prerrequisito para garantizar la existencia de un sistema jurídico coherente con una política y gestión ambiental. En este sentido, se desarrolló en América Latina, a partir de 1972, un proceso legislativo encaminado a promulgar las llamadas leyes generales o leyes marco en el ámbito ambiental, abriendo las

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puertas para la aparición de una nutrida reglamentación y normatividad técnica. En este periodo fueron formuladas en nueve países de la región diferentes leyes «marco», de tal forma que en Colombia, en 1974, se formuló el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente (Decreto 2811). Como lo analiza Brañes (2001), el contenido de estas leyes es más o menos similar: política nacional ambiental, instrumentos jurídicos para su aplicación y, en muchos casos, protección de ciertos recursos naturales. Cuadro 14. Resumen de los principios de la Declaración de Estocolmo sobre Medio Ambiente

Principios

1. Afirmación de los derechos humanos 14. El planeamiento racional debería resolver los conflictos entre ambiente y desarrollo

2. Los recursos naturales deben ser salvaguardados 15. Para eliminar problemas ambientales debe planificarse los asentamientos humanos

3. La capacidad de la Tierra para producir recursos renovables debe ser mantenida

16. Los gobiernos deben planificar sus propias políticas poblacionales

4. La vida silvestre debe ser protegida 17. El desarrollo de los recursos naturales de los Estados debe ser planificado por instituciones nacionales

5. Los recursos no renovables deben compartirse y no agotarse

18. La ciencia y la tecnología deben usarse para mejorar el ambiente

6. La contaminación no debe exceder la capacidad del entorno para autor regenerarse

19. Es esencial la educación ambiental

7. Debe prevenirse la polución que daña los océanos

20. Debe promoverse la investigación ambiental

8. El desarrollo hace falta para mejorar el ambiente 21. Los Estados deben explotar sus recursos como lo deseen, pero sin poner en peligro los recursos de los demás

9. Los países en desarrollo precisan asistencia 22. Los Estados así lesionados son pasibles de compensación

10. Los países en desarrollo necesitan precios razonables para sus exportaciones

23. Cada nación debe establecer sus propios parámetros

11. La política ambiental no debe dificultar el desarrollo

24. Debe existir cooperación en cuestiones internacionales

12. Para encaminar la protección ambiental, los países en desarrollo necesitan dinero

25. Los organismos internacionales deben ayudar para mejorar el ambiente

13. Es preciso un planeamiento integrado para el desarrollo

26. Deben eliminarse los armamentos de destrucción masiva

Fuente: El autor con base en Grinberg (1999)

Por último, es de destacar que, además de la Conferencia de Estocolmo, en 1972 se creó una de las instituciones internacionales más importante para la difusión del tema ambiental: el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). Según información del propio PNUMA, este programa tiene como misión dirigir y alentar la participación en el cuidado del ambiente inspirando, informando y dando a las naciones y a los pueblos los medios para mejorar la calidad de vida sin poner en riesgo los de las futuras generaciones. A 2010, el PNUMA tiene seis áreas prioritarias de trabajo: Cambio climático, desastres y conflictos, manejo de ecosistemas, gobernanza ambiental, sustancias dañinas y eficiencia de recursos.

http://www.pnuma.org/

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- Informe Brundtland (1987) y el concepto de desarrollo sostenible En la década de los años 80, la denominada conciencia ambiental continúa por buen camino, como resultado, paradójicamente, de una serie de desastres que acontecen en diferentes países. Algunos de ellos son el accidente nuclear en la central de Chernobil (Ucrania), el derrame en una planta de Union Carbide en Bhopal (India) y el accidente del petrolero Exxon Valdez (Estados Unidos); además de varios informes científicos que advertían sobre la extinción de especies, el deterioro de la capa de ozono, la intensa pobreza en países de África y América Latina, el crecimiento demográfico y, en general, el deterioro ambiental como resultado del ritmo y desenvolvimiento económico y social impulsado. De esta forma, cada vez era más evidente la importante relación entre el modelo de desarrollo y el tema ambiental, por lo que su abordaje requería iniciativas globales y a largo plazo que trascendieran las estrategias nacionales de conservación. Es por ello que en 1983 se creó la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, presidida por la entonces Primera Ministra de Noruega, Gro Harlem Brundtland. En 1984, esta comisión se reunió por primera vez en respuesta a una solicitud de la Asamblea General de la ONU y, tras más de tres años de encuentros tratando temas de desarrollo y problemática ambiental con líderes gubernamentales de todo el mundo, en 1987 publicó el informe denominado Nuestro Futuro Común (Our Common Future), más conocido como el Informe Brundtland, donde se plantea la posibilidad de conseguir un crecimiento económico en armonía con la sostenibilidad ambiental. Una de las principales características de este informe es que definió el tan renombrado concepto de desarrollo sostenible. A partir de ese momento, éste se hizo universal y transcendió a todos los sectores de la sociedad. Por desarrollo sostenible se entiende aquel modelo de crecimiento que “satisface las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades” (Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo, 1988). Este informe hace un especial énfasis en las necesidades humanas, otorgando una importancia sustancial a las necesidades de los pobres. De acá se deduce que uno de los principales aportes de este informe es señalar que la desigualdad creciente entre países pobres y ricos es considerada como una de las primordiales causas (y consecuencias) de la problemática ambiental contemporánea. Otro relevante aporte de este informe es resaltar que el desarrollo no necesariamente debe significar crecimiento económico. Al postular que es deseable que el progreso humano debe llegar a todos los países y regiones, y evitar que se limite a ciertos lugares, afirma que el cubrimiento de las necesidades humanas debe orientarse ante todo a la

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satisfacción de las necesidades básicas de todos por igual, lo que exige trabajar también en un sistema político que asegure la participación ciudadana en la toma de decisiones. Uno de los aspectos más llamativos e innovadores del concepto de desarrollo sostenible, es su expresa preocupación por las generaciones futuras (idea ausente en los anteriores enfoques y estrategias de desarrollo), pues propone que para pensar el desarrollo actual, es necesario tener presente los límites físicos de los ecosistemas, de tal forma que las acciones emprendidas hoy en día no pongan en riesgos las condiciones ambientales que le permitirían a las generaciones futuras satisfacer sus propias necesidades. Esto lleva a fomentar una actitud crítica hacia los modelos de desarrollo de las sociedades tecnológicamente avanzadas (debido a su excesivo nivel de consumo y proporcional nivel de deterioro ambiental) y a incluir dentro de las prácticas sociales una postura ética sobre la responsabilidad actual y futura con las poblaciones menos favorecidas y las generaciones venideras. En suma, esta comisión observó que los actuales niveles de desarrollo, promovidos por las economías más fuertes del planeta, conducían a aumentos en términos de pobreza, degradación ambiental, contaminación, extinción de especies, entre otros impactos. Por eso propuso un nuevo concepto de desarrollo que, a largo plazo, permitiera asegurar los recursos para sostener a la actual generación y a las venideras. No obstante, el concepto de desarrollo sostenible no está libre de polémica y son muchos los científicos, intelectuales y académicos los que han resaltado las limitaciones del mismo. Por ejemplo, para el pensador ambiental Augusto Ángel Maya (2008), el Informe Brundtland conserva una línea tradicional, inaugurada por Estocolmo: el dogma del crecimiento económico como exigencia del desarrollo. A su parecer, este informe no se plantea la posibilidad de modelos múltiples de desarrollo, ya que las reformas que se pretende introducir son modificaciones del estilo actual, cuyas características tampoco se definen con claridad, por lo que el presupuesto indiscutible parece ser el desarrollo homogéneo y unidimensional. Bajo este esquema, parece que la única alternativa que se vislumbra para el denominado Tercer Mundo es abrirse paso hacia el desarrollo propuesto por los países industrializados en el contexto de un Nuevo Orden Económico Internacional, tal como se ha definido en el seno de las Naciones Unidas desde 1974. De igual forma, tampoco se plantea hasta qué punto el modelo homogéneo de desarrollo tecnológico es o no aplicable a los países del trópico o hasta qué punto es indispensable redefinir el esquema en función de los ecosistemas. Se parte presumiblemente del esquema de una tecnología neutra aplicable con pequeñas modificaciones a las distintas circunstancias ecológicas o sociales y, por último, no se percibe en alguna parte del Informe, la relación existente entre tecnología y estructura cultural.

Para un análisis crítico del desarrollo sostenible ver el artículo “Sobre el origen, el uso y el contenido del término sostenible” [Ir al artículo]

http://www.laopiniondelanzarote.com/cuadernos/pdfs/numero03/sobreelorigeneluso.pdf

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Lección 14. Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo (1992)

Los primeros años de la década de los noventa se convirtieron en un momento álgido de instalación del tema ambiental a nivel internacional, encontrando su punto más alto en la denominada Cumbre de la Tierra, realizada en Río de Janeiro (Brasil) en 1992. Esta conferencia ha sido uno de los eventos ambientales internacionales más grandes hasta ahora organizados, contando con la asistencia de 176 gobiernos, más de 100 jefes de Estado, unos 10.000 delegados y 1.400 Organizaciones No Gubernamentales. Unas cifras realmente importantes que deben sumarse a los cientos de eventos preparatorios realizados en diferentes países y a las miles de personas que asistieron a la cumbre paralela desarrollada en la misma ciudad. Dentro de los principales resultados de la cumbre se tienen los siguientes:

− La Declaración de Río sobre el medio ambiente y el desarrollo. − El Programa 21, más conocido como Agenda 21, una estrategia para la promoción del desarrollo sostenible. − La redacción del Convenio marco de las Naciones Unidas sobre el cambio climático − La redacción del Convenio sobre la diversidad biológica y − La Declaración de principios para el manejo sostenible de los bosques.

La Declaración de Río sobre el medio ambiente y el desarrollo es un compendio firmado en junio de 1992, que reafirma la Declaración de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Humano (aprobada en Estocolmo el 16 de junio de 1972), a través de 27 principios por medio de los cuales se reconoce la naturaleza integral e interdependiente del planeta [Ir a la Declaración]. El Programa 21 (o Agenda 21), según información de la página oficial de las Naciones Unidas, es una iniciativa que aborda los problemas acuciantes de hoy y también trata de preparar al mundo para los desafíos del Siglo XXI. Refleja un consenso mundial y un compromiso político al nivel más alto sobre el desarrollo y la cooperación en la esfera ambiental. Su ejecución con éxito incumbe, ante todo y sobre todo, a los gobiernos ya que las estrategias, planes, políticas y procesos nacionales son de capital importancia para conseguir esto, de tal forma que la cooperación internacional debe apoyar y complementar tales esfuerzos nacionales. De esta forma, el Programa 21 planteó a la comunidad internacional el reto de construir innovadores caminos de financiamiento para apoyar el desarrollo local y sostenible de los países económicamente más vulnerables. El Convenio marco de las Naciones Unidas sobre el cambio climático fue el eje medular de la Cumbre, ya que éste se veía como una amenaza real y de interés para toda la humanidad. Según información oficial de la ONU, esta convención estableció una estructura general para los esfuerzos intergubernamentales encaminados a resolver el

http://www.unesco.org/education/nfsunesco/pdf/RIO_S.PDF

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desafío del cambio climático. El objetivo que se trazó era lograr la estabilización de las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera a un nivel que impida interferencias antrópicas peligrosas en el sistema climático. Ese nivel debería lograrse en un plazo suficiente para permitir que los ecosistemas se adapten naturalmente al cambio climático, asegurar que la producción de alimentos no se vea amenazada y permitir que el desarrollo económico prosiga de manera sostenible [Ir al convenio marco]. El convenio entró en vigor en 1994 y en 1997 se celebró en Kyoto (Japón) una versión de la Convención marco de las naciones unidas sobre el cambio climático (más conocido como Protocolo de Kyoto), donde se establecieron los objetivos reales de reducción de las emisiones. El Protocolo de Kyoto, no obstante, entró en vigor hasta 2005, es decir, ocho años más tarde de su declaración y 13 años después de la conferencia de 1992 [Ir al Protocolo de Kyoto]. El Convenio sobre la diversidad biológica fue el primer acuerdo mundial de protección de todos los aspectos de la biodiversidad. Este convenio es un convenio legalmente vinculante y entró en vigor a finales de 1993. Según información del PNUMA, actualmente este convenio lo conforman más de 185 países miembros. Dentro de sus principales metas están: proteger la biodiversidad, usar los recursos biológicos de manera sostenible y compartir equitativamente los beneficios de estos recursos [Ir a más información].

La Declaración de principios para el manejo sostenible de los bosques es un documento sin fuerza jurídica obligatoria, de principios para un consenso mundial respecto de la ordenación, la conservación y el desarrollo sostenible de los bosques de todo tipo. Este documento plantea, entre otras cosas, que la cuestión de los bosques guarda relación con toda la gama de problemas y oportunidades en el contexto de la relación desarrollo y ambiente, incluido el derecho al desarrollo socioeconómico en forma sostenible [Ir a la declaración]. La Cumbre para la Tierra convino que la Asamblea General de las Naciones Unidas realizaría un seguimiento de los avances de los acuerdos definidos en 1992 cinco años después. De esta forma, del 23 al 27 de junio de 1997 se realizó, en la ciudad de Nueva York (Estados Unidos), esta reunión denominada Cumbre de la Tierra + 5 (o Río + 5). De igual forma, del 26 de agosto al 4 de septiembre de 2002 se realizó, en Johannesburgo (Suráfrica), una nueva reunión para evaluar los avances de la Cumbre de la Tierra diez años después de su realización; evento que se denominó Cumbre de la Tierra + 10 (o Río + 10). En estas reuniones, la constante ha sido un balance poco motivante de los avances alcanzados para varias delegaciones de los países europeos, de los países económicamente más débiles y de diferentes ONG ambientales de diferentes regiones, puesto que no se han acordado compromisos concretos para el desarrollo sostenible, lo que deja un sinsabor sobre los compromisos reales que tienen las grandes potencias y los grandes grupos económicos en este tema.

http://unfccc.int/resource/docs/convkp/convsp.pdf

http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpspan.pdf

http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpspan.pdf

http://www.cbd.int/

http://www.un.org/documents/ga/conf151/spanish/aconf15126-3annex3s.htm

http://www.un.org/documents/ga/conf151/spanish/aconf15126-3annex3s.htm

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Lección 15. Algunos referentes del tema ambiental en Colombia

Tal como se ha expuesto en las lecciones anteriores, a nivel internacional el tema ambiental no tiene un único origen, ni es una cuestión propia de un área disciplinar o una región geográfica, por el contrario, es un resultado de un sinnúmero de expresiones sociales, culturales, populares, académicas, normativas, técnicas, científicas, mediáticas, políticas, entre otras, que han emergido de diversas formas en múltiples regiones del planeta. Para el caso colombiano, el panorama no es muy diferente, ya que, como afirma Tobasura (1997), las raíces del ambientalismo colombiano deben rastrearse desde la Expedición Botánica, la Expedición Corográfica, las luchas comunera, de nativos y de criollos por la independencia de la corona española (en los Siglos XVIII y XIX); pasando por las luchas obreras, campesinas e indígenas por la tierra y mejores condiciones laborales (de comienzos y mediados del Siglo XX); hasta llegar a los vastos sectores de la sociedad colombiana que han librado iniciativas (desde finales de los años 1960 y comienzos de los años 1970) para defender ecosistemas, territorios sagrados, acceder a la tierra para cultivar valiosos y mejorar las condiciones de saneamiento de la población. Dentro de este gran espectro de problemáticas ambientales, se destacan (según Tobasura, 1997), la defensa del parque isla de Salamanca, la Sierra de la Macarena, el parque Tayrona, la isla Gorgona, la defensa de ríos, lagunas, ciénagas y humedales, la lucha contra las siembras de especies exóticas como pinos y eucaliptos, la oposición de ambientalistas y ciudadanos contra la “plastificación” de la sabana de Bogotá por las empresas de flores, las luchas de los indígenas Emberá-Katios y los U’wa en defensa de sus territorios sagrados y sus culturas ancestrales, las luchas de los obreros de las minas en diferentes regiones del país, la pelea de sectores urbanos por defender el espacio público, la resistencia de campesinos, indígenas y comunidades negras por la permanencia en el territorio, la defensa de la seguridad alimentaria y de nuevas formas alternativas de agricultura, los aportes reflexivos y técnicos generados desde la academia en los ámbitos de la ingeniería, arquitectura, ecología, entre otros, y, más recientemente, la defensa de los derechos humanos y de la vida como valor supremo. Para que estas expresiones se hubieran constituido en un aporte de lo que hoy en día denominamos “la cuestión ambiental”, fueron determinantes las condiciones que a nivel internacional que venían dando desde mediados del Siglo XX. De esta forma, las movilizaciones sociales, los acontecimientos políticos y los informes científicos que vieron la luz desde finales de los años sesenta, como resultado de la Conferencia de Estocolmo, el informe Los Límites del Crecimiento, el Informe Brundtland, entre otros ya mencionados, tuvo eco en nuestro país, motivando la formación del Instituto de Desarrollo de los Recursos Naturales Renovables – INDERENA (1968) y la promulgación del Código de los Recursos Naturales y Protección del Medio Ambiente (1974); eventos que fueron de suma importancia para posicionar el tema ambiental en el ámbito institucional del país.

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Así, pese a que en Colombia no ha existido un movimiento ambiental formalmente constituido, es claro que todas las expresiones citadas (desde organizaciones campesinas hasta técnicos en el campo ambiental), han logrado posicionar este tema en diferentes instancias, incluso en las esferas gubernamentales, llegando a incorporar los principios ambientales de la declaración de la Cumbre de la Tierra en los dos documentos que hoy en día son el sustento de la normativa ambiental del país: la Constitución Política de 1991 y la Ley 99 de 1993 [Ir a la Ley 99/93]. En lo que respecta a los aportes técnicos y académicos del campo específico de formación del área ambiental y sanitaria, la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Antioquia afirma que el inicio del ejercicio de la Ingeniería en el campo del saneamiento, se dio en los años cuarenta con la creación del Fondo de Fomento Municipal, entidad de tipo financiero que distribuía los recursos a los departamentos y a los municipios, previa evaluación demográfica, presupuestal y técnica. Una de sus funciones estaba orientada hacia proyectos de acueducto y alcantarillado. Posteriormente, en la década de los cincuenta, el Fondo de Fomento Municipal se suprimió y se creó el Instituto Fomento Municipal, que a su vez pasó a convertirse en el Instituto Nacional de Fomento Municipal, con fisonomía de establecimiento público descentralizado. Por estos años (1957), la Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (Acodal) fue fundada por delegados de las Empresas de Servicios Públicos, las industrias del sector y el gobierno colombiano. En 1960, la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional revela un informe que muestra la necesidad de Ingenieros Sanitarios para la solución de problemas de cobertura de acueducto, alcantarillado y saneamiento básico. Esto genera que en 1962 surgiera la primera carrera en la Universidad del Valle de esta naturaleza, mientras en la Universidad de Antioquia fue creada en febrero de 1968. Esto refleja cómo la aproximación de la ingeniería frente a cuestiones de la naturaleza (entendidos como ambientales) comenzó a transformarse con el surgimiento del ambientalismo como un movimiento global que sea alimentó de la creación de una conciencia pública sobre el imperativo de proteger el ambiente, frente a la constatación de la existencia de graves problemas ambientales y la necesidad de actuar para enfrentarlos (Rodríguez, 2007). Así, por último, es importante hacer mención que los estudios de ingeniería sanitaria y ambiental se desarrollaron, en sus inicios, a partir de la ingeniería civil y la salud pública, enfocados hacia el saneamiento básico, la epidemiología, la salud pública, los acueductos y el alcantarillado. Sin embargo, hacia 1978 se involucraron otras temáticas como la contaminación atmosférica y el aseo urbano, y hacia fines de la década de los 90 se introdujeron varias electivas que incluían temáticas sobre la gestión ambiental. Una interesante reflexión sobre la relación entre el campo de la ingeniería y el tema ambiental en Colombia,

pueden leerlo en el texto “ingeniería y medio ambiente” [Ir al artículo]

http://www.minambiente.gov.co/documentos/ley_0099_221293.pdf

http://www.manuelrodriguezbecerra.org/bajar/dossier.pdf

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UNIDAD 2

Nombre de la Unidad

INTRODUCCIÓN A LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

CAPÍTULO 4 COMPONENTE HÍDRICO

Lección 16 Generalidades y propiedades del agua

Lección 17 Calidad del agua

Lección 18 Tipos de contaminación del agua

Lección 19 Características de las aguas residuales

Lección 20 Introducción al tratamiento del agua

CAPÍTULO 5 COMPONENTE ATMOSFÉRICO

Lección 21 Generalidades de la atmósfera

Lección 22 Tipo de contaminantes atmosféricos y sus efectos

Lección 23 Fuentes de contaminación

Lección 24 Ruido

Lección 25 Introducción al control de emisión de fuentes fijas

CAPÍTULO 6 COMPONENTE SUELO Y RESIDUOS SÓLIDOS

Lección 26 Generalidades del suelo

Lección 27 Contaminación del suelo

Lección 28 Generalidades de los residuos sólidos

Lección 29 Gestión integral de los residuos sólidos

Lección 30 Campo de acción de la ingeniería ambiental y el saneamiento ambiental

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UNIDAD 2. INTRODUCCIÓN A LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

CAPÍTULO 4. COMPONENTE HÍDRICO

La importancia del agua para la existencia de los ecosistemas en las condiciones que los conocemos es innegable, así como su relevancia para el sustento de las actividades socio-culturales, tanto a nivel rural como urbano. Debido a la escasez del agua dulce en el plantea, a su irregular distribución en diferentes regiones y a sus propiedades físico-químicas, el manejo de este recurso genera distintos retos para la sociedad en su conjunto, que varían desde garantizar el acceso justo del recurso a toda la población, pasando por los riesgos naturales asociados al mismo (inundaciones, por ejemplo), hasta llegar a instancias técnicas relacionadas con la contaminación del agua y sus repercusiones sobre la salud de las poblaciones. Esto ha generado que diferentes campos disciplinares tomen como objeto de estudio el agua, abordándolo cada uno desde su particularidad. Los programas de ingeniería ambiental y tecnología en saneamiento ambiental, si bien tiene un amplio campo de acción, suelen estudiar el agua desde la problemática de la contaminación, analizando las alteraciones generadas en sus propiedades físicas, químicas y biológicas, los efectos derivados y las formas de control. Estos son los temas que se desarrollan en el presente capítulo.

Lección 16. Generalidades y propiedades del agua

Sin duda alguna, el agua es uno de los recursos más abundantes en este planeta, puesto que tres cuartas partes de la superficie se encuentra cubierta con este compuesto. A pesar de esta aparente abundancia, solamente un 3% del total es agua dulce y, la mayor parte de ésta, es difícil de aprovechar por encontrarse inmovilizada en glaciares, témpanos de hielo, nieves perpetuas o almacenada a grandes profundidades; además, el agua dulce superficial apenas representa el 0.3% del agua. El agua es considerada un recurso renovable pues se recicla naturalmente por medio del ciclo hidrológico, sin embargo, debido al bajo porcentaje de agua dulce existente y a los cada vez más intensos procesos de contaminación, este recurso puede ser considerado de alta vulnerabilidad. A lo anterior hay que sumarle que la distribución del agua en el planeta no es homogénea. Por ejemplo, mientras Canadá dispone de 109.000 m3 de agua por habitante al año, en regiones como Medio Oriente, nueve de catorce países cuentan con menos 1.000 m3 de agua por habitante al año, lo que los coloca en países con escasez de este recurso (IDEAM, 2001). Para el caso colombiano, la ubicación geográfica, la variada topografía y el régimen climático han determinado que el país posea una de las mayores ofertas hídricas del planeta. Sin embargo, al igual que el panorama mundial, esta oferta no está distribuida homogéneamente entre las diferentes regiones del país y, además, está sometida a fuertes variaciones que determinan la disponibilidad del recurso hídrico; razones por las

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cuales en el territorio continental de Colombia se presentan desde zonas deficitarias de agua, hasta aquéllas con grandes excedentes, que someten a importantes áreas del país a inundaciones periódicas de duración considerable (IDEAM, 2001).

La riqueza hídrica colombiana se expresa al tener una rica y compleja red fluvial mayor de 18.000 km, conformada por 4 de las 214 grandes cuencas mundiales de más de 100.000 km2 (ríos Magdalena, Caquetá, Guaviare y Meta), integrada con tres cuencas con áreas de drenaje entre 50.000 y 100.000 km2 (ríos Inírida, Cauca y Putumayo) y más de 700.000 microcuencas con áreas menores de 10 km2. Esta riqueza de aguas superficiales se complementa con las favorables condiciones de almacenamiento de aguas subterráneas (con unas reservas estimadas totales de 140.879 km³) y 1.600 cuerpos lénticos de agua (entre lagos, lagunas, embalses, ciénagas, humedales y pantanos) (IDEAM, 2001). Esta oferta hídrica se aprovecha de diferentes formas por parte de la sociedad. Algunos de los usos más comunes se sintetizan en la Figura 12. Figura 12. Usos del agua

Fuente: El autor

Para garantizar el suministro de agua, la sociedad ha recurrido a varias estrategias que le permite controlar y acceder a este recurso. En el Cuadro 15 se presentan algunas formas de suministro de agua. El agua, señalado de ser el disolvente universal, es una molécula de naturaleza inorgánica compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, gracias a la cual ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo. Vale la pena mencionar que el 75 % del cuerpo de los seres vivos está constituido por agua. Ahora bien, antes de caracterizar los procesos de contaminación del agua, es necesario conocer algunas propiedades de esta molécula, por ello, en el Cuadro 16 se describen sus principales parámetros fisicoquímicos.

Consumo humano

Uso doméstico

Uso industrial

Uso agropecuario

Uso recreativo

Generación de energía

Medio de Transporte

Agua potable

Sanitario, cocina, ducha, lavado

Sistema de enfriamiento, lavado,

solvente

Sistemas de riesgo, alimentación de

animales

Piscinas, lagos, fuentes

Hidroeléctricas

Ríos y canales

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Cuadro 15. Sistemas de suministro de agua Opciones de suministro

Característica

Presas y embalses Son los medios más antiguos para controlar el flujo de agua. También se aprovechan en procesos de generación de energía, control de crecidas y recreación. Su principal desventaja es la pérdida de extensas áreas superficiales y disminución de caudal de cuerpos de agua

Desviaciones de corrientes de agua

Garantizan el suministro de agua para poblaciones relativamente extensas, sin embargo generan un fuerte impacto sobre los ecosistemas que ya no estará en contacto con el agua.

Aguas subterráneas Es una buena opción para áreas carentes de redes de acueductos. El agua extraída de los acuíferos por lo general presenta una buena calidad, pero su sobreexplotación puede poner en riesgo su disponibilidad.

Desalinización Este proceso de extracción de las sales disueltas en el agua (a través de ósmosis inversa, por ejemplo) es una posibilidad para las regiones costeras y países áridos. Su mayor desventaja está en los altos costos y la alta demanda de energía

Uso de icebergs En algunas regiones del planeta se ha optado por este suministro de agua, pero su gran desventaja son los impactos ambientales que esto conlleva

Agua lluvia En algunas islas y zonas alejadas, el agua lluvia es utilizada para su aprovechamiento. Su mayor ventaja es la gratuidad del acceso y su desventaja está en la calidad del recurso e incertidumbre en los periodos secos.

Fuente: El autor, con base en Henry & Heinke (1999)

Cuadro 16. Propiedades del agua

Parámetro Descripción

Fisi

coq

uím

icas

Acción disolvente

Es el líquido que más sustancias disuelve debido a su capacidad de formar puentes de hidrógeno con otras, de tal forma que éstas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua. Gracias a esta propiedad se lleva a cabo el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho.

Fuerza de cohesión

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi imposible de comprimir

Elevada fuerza de adhesión

Esta fuerza también está relacionada con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable del llamado fenómeno de la capilaridad.

Gran calor específico

El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza para romper puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos, lo que permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

Elevado calor de vaporización

Para su evaporación, primero hay que romper los puentes de hidrógeno y luego dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Debido a esta propiedad el agua actúa como un refrigerante.

Constante dieléctrica

Esta propiedad permite la disociación de la mayoría de las sales inorgánicas y permite que las disoluciones puedan conducir la electricidad.

Bajo grado de ionización

La mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H

+) e iones negativos (OH

-). Por esto, si

al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.

Org

ano

lép

tica

s

El agua pura es incolora, inodora e insípida. No obstante, en el ambiente presenta propiedades específicas a los órganos de los sentidos. Estas propiedades se denominan propiedades organolépticas y afectan el gusto, el olor, el aspecto y el tacto. Dentro de estas propiedades se tiene: temperatura, sabor, olor, color y turbidez.

Fuente: El autor

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Para una explicación gráfica de algunas propiedades fisicoquímicas del agua ver el video “La importancia del agua” [Ir al video]

Lección 17. Calidad del agua

La calidad del agua está definida por las propiedades físicas, químicas y biológicas que este recurso presente. Debido a eventos naturales (como disolución de componentes minerales de las roca), pero especialmente a actividades antrópicas, la calidad del agua de diferentes cuerpos hídricos (superficiales y subterráneos) se ve afectada, al entrar en contacto con sustancias o compuestos de diferentes naturaleza que enrarecen sus características. En la lección anterior se mencionó que el agua puede aprovecharse de diferentes formas, cada una de las cuales exige una calidad de agua específica. Por ejemplo, por cuestiones de sanidad, la mayor preocupación se centra en el uso del agua para consumo humano, la cual debe tener una excelente calidad para evitar enfermedades. En este sentido, cada uso del agua exige unos requisitos mínimos relativos a su calidad, por lo que las concentraciones de las variables físicas, químicas y biológicas variarán según su tipo de aprovechamiento. En suma, como lo afirma Kiely (1999), la calidad del agua es un término que implica un juicio de valor sobre este recurso en función de un uso concreto. Según Arellano (2002), las propiedades físicas del agua son las que definen las características del agua que responden a los sentidos de la vista, del tacto, gusto y olfato, como pueden ser los sólidos suspendidos, turbiedad, color, sabor, olor y temperatura. Por su lado, los parámetros químicos están relacionados con la capacidad del agua para disolver diversas sustancias, entre las que podemos mencionar los sólidos disueltos totales, alcalinidad, dureza, fluoruros, materia orgánica, metales y nutrientes. Por último, los parámetros biológicos se relacionan con la presencia de especies biológicas en el agua, y su evaluación es de gran importancia ya que son un indicador de la calidad del recurso hídrico. En la Figura 13 se presentan algunos ejemplos de las propiedades de la calidad del agua y en el Cuadro 17 se describen algunas de las principales variables de medición. Figura 13. Factores de la calidad del agua

Fuente: El autor

Propiedades físicas

Propiedades químicas

Propiedades biológicas

Color, olor, sabor, turbiedad, temperatura

Metales pesados, pH, plaguicidas, DQO, OD

Microorganismos, DBO, flora y fauna

http://www.youtube.com/watch?v=bzZhxgICqjE

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Cuadro 17. Variables de medición de la calidad del agua

Parámetro Variable Descripción Unidad

(Colombia)

Físico

Sólidos

Por sólidos se hace alusión a la materia suspendida y disuelta en un medio acuoso, y en conjunto se denominan Sólidos Totales (ST). Los sólidos suspendidos son aquellas partículas flotantes o suspendidas en el agua que pueden ser separadas por medios físicos como la filtración y la sedimentación. Son los causantes de la turbidez debido a que producen dispersión de la luz que atraviesa la muestra de agua. Los sólidos disueltos pueden afectar adversamente la calidad del agua, ya que aguas para el consumo humano, con un alto contenido de sólidos disueltos, son por lo general de mal agrado para el paladar (por la presencia de sales) y pueden generar enfermedades (por organismos patógenos). En la Figura 14 se clasifican los sólidos según su tamaño.

Sólidos: mg/l

Turbidez: UNT (Unidades

Nefelométricas de turbiedad)

Temperatura

Tiene una gran importancia en el desarrollo de los procesos fisicoquímicos que acontecen en el agua, ya que un incremento de la temperatura modifica la solubilidad de las sustancias, aumentando la de los sólidos disueltos y disminuyendo la de los gases. También afecta la actividad biológica, favoreciendo el desarrollo de unas especies, pero inhibiendo el crecimiento de otras.

Grados Celsius (°C)

Color

No existe una relación directa entre color y grado de contaminación. La determinación del color se efectúa visualmente empleando luz diurna difusa sobre fondo blanco, o mediante el uso de un espectrofotómetro visible. El color que presenta el agua puede ser aparente (agua bruta) o verdadero (agua sin sólidos en suspensión.

Unidades de Platino Cobalto

(UPC)

Olor

Los olores ofensivos son producidos generalmente por sustancias volátiles (COV’s) o gaseosas (H2S, NH3, entre otros.), y son generados por materia orgánica en descomposición o productos químicos.

---

Químico

pH

Es una medida de la concentración de iones hidronio en la disolución, lo que determina el nivel de acidez o alcalinidad. Se mide en una escala de 1 a 14 (ver Figura 15), de tal forma que las aguas con valores menores de 7 son aguas ácidas y favorecen la corrosión de las piezas metálicas, y las que poseen valores mayores de 7 se denominan básicas y pueden producir precipitación de sales insolubles (incrustaciones).

1 – 14

Oxígeno Disuelto (OD)

Hace referencia a la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, gracias al cual es posible la existencia de vida animal y vegetal en los cuerpos hídricos. El nivel de OD es un indicador de cuán contaminada está el agua. Generalmente, un nivel más alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad y su valor está muy relacionado con la temperatura del agua.

mg/l

Demanda Química de

Oxígeno (DQO)

Se entiende como cualquier sustancia (orgánica o inorgánica) susceptible de ser oxidada, mediante la acción de un oxidante fuerte (dicromato de potasio, por ejemplo). La cantidad de oxidante consumida se expresa en términos de su equivalencia en oxígeno.

mg/l

Carbono Orgánico Total

(COT)

Indica la cantidad total de carbono orgánico presente en el agua. Una alta concentración puede indicar la existencia de contaminación por presencia de materia orgánica. Se mide por la cantidad de dióxido de carbono que se genera al oxidar la materia orgánica en condiciones especiales.

mg/l

65


Fuente: El autor

Figura 14. Clasificación de sólidos según su tamaño

Fuente: Kiely (1999)

Figura 15. Escala de pH

Fuente: http://portales.educared.net/wikiEducared/index.php?title=Wikillerato:Portal_de_la_comunidad

Para conocer las características de la calidad del agua para consumo humano en Colombia, ver la Resolución

2115 de 2007 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial [Ir a la Resolución]

Biológico

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

Es la cantidad de oxígeno necesaria para que los microorganismos aerobios puedan oxidar la materia orgánica presente en el agua. Comúnmente se mide como DBO5, es decir, la variación del oxígeno disuelto determinado al cabo de cinco días en condiciones estándar, lo que proporciona una idea del carbono orgánico biodegradable existente en la muestra.

mg/l

Coliformes Totales

La denominación genérica “coliformes” designa a un grupo de especies de bacterias. Éstos se introducen en gran número al ambiente por medio de heces de humanos y animales. Por tal motivo suele afirmarse que la mayoría de los coliformes son de origen fecal, no obstante, hay coliformes de vida libre y, todos ellos, se agrupan en la categoría de coliformes totales. De los coliformes presentes en las heces, cerca del 95% están formados por Escherichia coli y ciertas especies de Klebsiella.

Unidad Formadora de Colonia (UFC)

Número Más

Probable (NMP)

10-8 mm 10-7 mm 10-6 mm 10-5 mm 10-4 mm 10-3 mm 10-2 mm

Sólidos disueltos Sólidos coloidales

Sólidos en

suspensión

http://cra.gov.co/apc-aa-files/37383832666265633962316339623934/resolucion_2115_07.pdf

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Lección 18. Tipos de contaminación del agua

Dentro de la ingeniería ambiental y las áreas del saneamiento ambiental, analizar los niveles de contaminación del agua es de gran importancia para el desarrollo de dos campos específicos: por un lado, para evaluar los mecanismos de tratamiento y los cuidados necesarios que deben tomarse en los sistemas de abastecimiento de agua (por medio del análisis de la calidad del agua). Por otro lado, para analizar la carga contaminante de las aguas residuales que van a ser descargadas en cuerpos de agua o en sistemas de alcantarillado público. Esto permite dimensionar los criterios técnicos necesarios para el diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales – PTAR. La contaminación del agua es un proceso que puede ser generado por agentes naturales o antrópicos, siendo estos últimos de especial interés para este curso. Estos contaminantes entran en contacto con diferentes componentes ambientales (aire, suelo, flora y fauna, agua), los cuales, al estar interrelacionados, permiten que los contaminantes se movilicen a través de todos ellos, hasta llegar a tener contacto con el agua y, consecuentemente, con receptores como el ser humano. En la Figura 16 se esquematiza este proceso. Figura 16. Ruta de contaminantes relacionados con el agua

Fuente: El autor

Teniendo en cuenta la naturaleza de los contaminantes, puede clasificarse en: - Físicos: alteran las propiedades organolépticas del agua y, cuando flotan o sedimentan, generan inconvenientes para la flora y fauna del cuerpo de agua. Dentro de este tipo de contaminantes tenemos: residuos sólidos, sedimentos y materiales suspendidos (arenas, gravas), calor (contaminación térmica), aceites y grasas, entre otros.

Tip

o d

e co

nta

min

ante

s

Atmósfera

Cuerpos de agua

Suelo

Ser hu

man

o

Flora

Física Química Biológica

Fauna

Problemas ambientales y sanitarios Fuentes de contaminación

67


- Químicos: Hace referencia a sustancias orgánicas e inorgánicas presentes en el agua, provenientes de descargas domésticas, agrícolas e industriales. Algunos contaminantes inorgánicos son: nitratos, cloruros, sulfatos, metales pesados, sales y carbonatos. También desechos ácidos, alcalinos y gases tóxicos disueltos en el agua como los óxidos de azufre, de nitrógeno, amoníaco, cloro y sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico). Gran parte de estos contaminantes son liberados directamente a la atmósfera y regresan a la superficie por efecto de la lluvia ácida. Por otro lado, dentro de los contaminantes orgánicos tenemos: pinturas, plaguicidas (herbicidas, insecticidas, fungicidas, etc.), detergentes, hidrocarburos, entre otros. - Biológicos: Dentro de este tipo de contaminantes figuran los hongos, bacterias, protozoos y virus que provocan enfermedades como el cólera, tifus, gastroenteritis, hepatitis, etc. Si bien algunas bacterias son inofensivas para el ser humano, muchas otras, de origen fecal, son focos de infecciones. En el Cuadro 18 se presentan algunos contaminantes característicos del agua. Cuadro 18. Contaminantes antrópicos del recurso hídrico

Fuente: El autor

Tipo de contaminante Causas Efectos

Físicos

Térmico Vertimientos industriales

Al elevar la temperatura (°T), se reducen los niveles de oxígeno disuelto, incrementa las actividades biológicas y químicas, y pone en riesgo la existencia de fauna susceptible a cambios de °T.

Sólidos suspendidos

Vertimientos industriales, arrastre de material,

procesos erosivos

Depósito en cuerpos hídricos alterando, por ejemplo, el nivel de profundidad. Incremento del nivel de turbidez.

Aceites y grasas Derrames y vertimientos industriales y domésticos

Puede llegar a inhibir el crecimiento de flora y fauna al evitar la absorción de oxígeno. Altera las propiedades organolépticas del agua.

Químicos

Fosfatos Fertilizantes, detergentes y

vertimientos industriales Responsables del proceso de eutrofización en cuerpos de agua lénticos, lo que disminuye la concentración de oxígeno disuelto.

Nitratos

Fertilizantes nitrogenados, descomposición de materia

orgánica y vertimientos industriales

Plomo Baterías, cables eléctricos,

redes de tuberías, vertimientos industriales

Tóxico para la salud humana. Metal bioacumulable.

Ácidos Vertimientos industriales Medidas extremas de acidez o alcalinidad pueden ser nocivas para la fauna y la flora.

Biológicos Microbiológicos Vertimientos industriales y

domésticos, actividades pecuarias

Microorganismos patógenos causan enfermedades en seres humanos y animales

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Lección 19. Características de las aguas residuales

Las aguas residuales (comúnmente denominadas aguas negras), son una mezcla compleja de agua (que constituye más del 98%), mezclada con contaminantes orgánicos e inorgánicos, tanto en suspensión como disueltos (Henry & Heinke, 1999). Estas aguas presentan características físicas, químicas y microbiológicas especiales que las diferencian de otro tipo de aguas, por lo cual el profesional que se desempeñe en el campo ambiental y sanitario debe conocerlas para planificar su manejo y tratamiento, de tal forma que se prevengan potenciales efectos adversos sobre el ambiente en general y la salud de las personas en particular. Es importante resaltar que si bien las aguas residuales (al ser vertidas a cuerpos de agua, suelos y vías públicas sin ningún tipo de tratamiento) pueden generar inconvenientes ambientales y sanitarios, este tipo de aguas tienen un gran potencial de aprovechamiento al contener significativas cantidades de materia orgánica (fuente de carbono) y de fósforo y nitrógeno (nutrientes necesarios para la vegetación). Esto ha generado que en los últimos años emergiera el denominado “saneamiento ecológico”, el cual busca avanzar en sistemas de recuperación y aprovechamiento de los nutrientes presentes en las aguas residuales, antes de ser vertidas a cuerpos de agua. Según su origen, las aguas residuales pueden clasificarse en domésticas, industriales o agropecuarias. Normalmente, las aguas residuales domésticas y de origen agrícola no son tan complejas como las de origen industrial, ya que estas últimas presentan sustancias químicas y peligrosas de diferente naturaleza, como ácidos, metales pesados y compuestos inorgánicos. En este sentido, las características de cada uno de estos tipos de agua exigen sistemas diferenciados de manejo y tratamiento que respondan a sus particularidades. - Las aguas residuales domésticas se originan especialmente en las viviendas, locales comerciales y oficinas. Suelen tener una alta presencia de materia orgánica, cloruros, sulfatos, nitrógeno y sólidos. En el Cuadro 19 se presentan las características típicas de las aguas residuales de origen municipal. Es de anotar que debido a la existencia de grandes concentraciones de materia orgánica, la acción oxidante de los microorganismos hace que se consuma el oxígeno disuelto y se incrementen las condiciones anaerobias. La descomposición de materia orgánica en condiciones anaerobias genera metano (CH4). - Las aguas residuales industriales se originan en procesos de transformación de materiales, producto de la multitud de actividades industriales. Debido a que el sector industrial cobija a una extensa variedad de sectores, las características de estas aguas no se mantienen estables y, por el contrario, sus propiedades responderán al tipo de industria que estemos analizando y a los particulares residuos que cada una de ellas

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genere. En el Cuadro 20 se mencionan algunos compuestos que pueden encontrarse en las aguas residuales industriales, su origen y efectos negativos. Cuadro 19. Características típicas del agua residual municipal

Componente Concentración (mg/l)

Alta Media Baja

Sólidos totales 1000 500 200

Sólidos suspendidos 500 300 100

Sólidos sedimentables 12 8 4

DBO5 300 200 100

DQO 1000 500 250

Nitrógeno total 80 50 25

Fósforo total 20 15 5

Aceites y grasas 40 20 0

Coliformes fecales (NMP/100 ml) 109 10

7 10

5

Fuente: Ministerio del Medio Ambiente (2002)

Cuadro 20. Posibles compuestos presentes en aguas residuales industriales

Compuesto Fuente Efectos

Materia orgánica Mataderos, curtiembres, centrales azucareras, industria de alimentos

Consumen OD

Sólidos suspendidos

Fábrica de detergentes y jabones, industria de aceites y grasas, cerveceras,

curtiembres, industria farmacéutica

Acumulación de estos materiales en cuerpos de agua

Compuestos orgánicos

persistentes

Industria química, refinerías de petróleo, plantas de coque e industria de productos

sintéticos

Compuestos no biodegradables, sustancias tóxicas bioacumulables

Metales pesados Industria química y farmacéutica Sustancias tóxicas bioacumulables

Aceites y grasas Industria de aceites y grasas, jabones,

lácteos, estaciones de servicio Altera aspecto del agua, interfiere la

transferencia de oxígeno

Nitrógeno y fósforo

Fábricas de fertilizantes, industria alimenticia (proteínas), operaciones

pecuarias

Eutrofización. Además, de la descomposición biológica de compuestos nitrogenados se genera amoniaco (NH3)

Calor Plantas termoeléctricas, calderas,

sistemas de enfriamiento Altera fauna acuática

Fuente: El autor a partir de diversos textos

- Las aguas residuales agropecuarias se producen de actividades pecuarias y del procesado de cosechas de cultivos. Esas aguas aportan gran cantidad de materia orgánica, nitrógeno, fósforo y material en suspensión. Especialmente el estiércol de los animales es una rica fuente de nitrógeno y fósforo. De igual forma, pueden encontrarse residuos de contaminantes orgánicos como plaguicidas. El tratamiento de todas estas aguas es de gran importancia para evitar alteraciones de la calidad del agua de las fuentes receptoras y para prevenir la aparición de enfermedades. En nuestro país, ésta es una tarea crítica en la que pueden aportar mucho los futuros

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ingenieros ambientales y tecnólogos en saneamiento ambiental. Según el Ministerio del Medio Ambiente (2002), del total del agua captada por los centros urbanos en Colombia (alrededor de 170 m3/s), el 70 – 80% regresa al ambiente en forma de agua residual, descartando diariamente cerca de 700 toneladas de carga orgánica a los cuerpos de agua. A esto hay que sumarle que solamente el 22% de las cabeceras del país hacen tratamiento de aguas residuales y muchas de ellas funcionan deficientemente o no están en operación.

Lección 20. Introducción al tratamiento del agua

Uno de los grandes logros de la tecnología ha sido la reducción de enfermedades de transmisión hídrica (como el cólera o la fiebre tifoidea), gracias a la implementación de procesos físicos, químicos y biológicos que, en conjunto, constituyen los sistemas de tratamiento de aguas. Estos sistemas se aplica en dos momentos: uno, a fuentes de agua cruda (superficiales o subterráneas) para su aprovechamiento; dos, a aguas residuales para reducir su carga contaminante antes de ser vertidas a cuerpos hídricos (Figura 17). Figura 17. Etapas de tratamiento del agua

Fuente: El autor

- Tratamiento de agua para su aprovechamiento Este tipo de tratamiento busca acondicionar la calidad del agua según los requerimientos técnicos exigidos para su uso. Como ya fue mencionado en otras lecciones, las exigencias más estrictas se presentan para el suministro de agua potable, aunque algunos procesos industriales (como el sector de bebidas y laboratorios farmacéuticos) pueden llegar a ser también muy exigentes con la calidad del agua requerida. Según Arellano (2002), el suministro de agua es el procedimiento por el cual se transporta el recurso hídrico, mediante una serie de instalaciones hidráulicas, desde su fuente, pasando por estructuras de almacenamiento, hasta llegar al destino final donde será utilizada (viviendas, comercio, industrias). Para conseguir esto, intervienen cuatro consideraciones (según Henry &

Cuerpo de

agua

Captación Tratamiento

Aguas

residuales

Tratamiento

Consumo

humano

Otros usos

71


Heinke, 1999): selección de fuentes hídricas, protección de la calidad del agua, aplicación de métodos de tratamiento y prevención de la contaminación. De esta forma, las plantas de tratamiento son diseñadas para mejorar la calidad del agua antes de que sea utilizada por los consumidores, removiendo varios contaminantes tales como: sólidos suspendidos totales, compuestos orgánicos e inorgánicos y microorganismos. La presencia y la concentración de estas impurezas en el agua cruda varían según el tipo de fuente de agua, ya que la calidad del agua de ríos, embalses y acuíferos son diferentes. En suma, para proyectar el mejor tratamiento del agua se debe tener en cuenta dos aspectos fundamentales: i) la calidad del agua a tratar, ii) el uso que se pretenda dar al agua. Ahora bien, teniendo en cuenta la naturaleza de los procesos de tratamiento del agua, éstos pueden clasificarse en tres grupos: físicos, químicos y biológicos (ver Figura 18). Figura 18. Tipos de tratamiento del agua

Fuente: El autor Las principales, y más comunes, operaciones unitarias que intervienen en el tratamiento de agua para su aprovechamiento son: tamizado, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección (Henry & Heinke, 1999). En el Cuadro 21 se describen algunas características de estos procesos. Cuadro 21. Principales operaciones unitarias en el tratamiento de agua

Operación unitaria

Características

Desbaste o tamizado

En estricto rigor, es considerado un sistema de pretratamiento, ya que permite capturar y retirar una gran cantidad de partículas sólidas de gran tamaño, antes de ingresar a la planta de tratamiento como tal. Para ello se utilizan rejas de diámetro entre 2,5 y 5 cm.

Aireación Se refiere al proceso donde el agua y el aire entran en contacto para remover sustancias volátiles (como el dióxido de carbono, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno, metano y otros) que provocan olores y sabores ofensivos.

Físicos

Químicos

Biológicos

No generan sustancias nuevas. Remueven o concentran las

impurezas existentes

Forman nuevas sustancias

Utilizan organismos vivos para el tratamiento

Tamizado, aireación, floculación y sedimentación

Coagulación, desinfección y oxidación

Digestión aerobia y anaerobia

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Sedimentación

Es un método que recurre a la gravedad para separar sólidos en suspensión del agua. La sedimentación puede utilizarse para decantar partículas discretas no floculadas (sedimentación simple) o, como se mencionará a continuación, para separar partículas floculadas.

Coagulación / Floculación

Es un proceso por el cual las partículas que no sedimentan de forma simple, debido a su reducido tamaño (coloidal), deben ser desestabilizadas químicamente por medio de un coagulante (sulfato de aluminio, por ejemplo), para que se aglomeren lentamente por efecto de un mezclado suave y, a medida que ganan peso y tamaño, formen flóculos y sedimenten.

Filtración

A través de la sedimentación simple y la coagulación/floculación, el agua no alcanza una transparencia adecuada. Por lo tanto, debe someterse a pasar por un medio poroso, esto es, un lecho filtrante compuesto por capas de arena y grava. Cuando el agua pasa a través de este lecho, las partículas son retenidas en los espacios que hay entre los granos o en la superficie de los mismos en el proceso llamado adsorción. Con esto se controla la contaminación biológica y la turbidez del agua. Según la cantidad de flujo por unidad de área, los filtros pueden ser lentos o rápidos. Los primeros operan a velocidades de 3 a 4 l/min/m

2, mientras los segundos tienen velocidades de 80 a 160

l/min/m2 (Henry & Heinke, 1999).

Desinfección

Tiene como finalidad eliminar microorganismos patógenos para la salud humana. El compuesto más utilizado es el cloro (hipoclorito de sodio), aunque puede desinfectarse también con ozono y rayos ultravioleta. En el caso del cloro, su acción se presenta, en primera instancia, al entrar en contacto con el agua, sin embargo, se contempla también un cloro residual que va a prevenir el crecimiento de microorganismos a lo largo de la red de distribución.

Fuente: El autor, a partir de varios textos

Un esquema convencional de un sistema de tratamiento de agua para su consumo (potabilización) se presenta en la Figura 19. Figura 19. Sistema de tratamiento de agua potable

Fuente: El autor

Es importante recordar que estos procesos no siempre responden al mismo diseño ni se organizan en el mismo orden, ya que deben ser acondicionados según el tipo de agua a tratar y la finalidad de su uso. Por ejemplo, en caso de tratar un agua con alta presencia de residuos sólidos en suspensión para consumo humano, se recomienda llevar a cabo procesos de pretratamiento físicos antes de ingresar al sistema de potabilización o

Captación Desbaste Sedimentación

simple Coagulación

Aireación Floculación

Sedimentación

floculada Filtración Desinfección Distribución

73


acueducto como tal. En este caso, se expondría el agua a diferentes etapas de desbaste o tamizado para remover los sólidos de diferentes tamaños. Otro ejemplo es tratar un agua con alta presencia de coliformes totales, donde podría llevarse a cabo una acción de pretratamiento como la precloración. - Tratamiento de aguas residuales Este tipo de tratamiento busca reducir la carga contaminante que presentan las aguas residuales, con el fin de minimizar los impactos negativos generados sobre los cuerpos receptores y cumplir con la normatividad vigente sobre vertimientos. Como el tratamiento de estas aguas genera costos para las empresas y los municipios, su manejo se recomienda hacerlo de forma independiente del de las aguas lluvia, de tal forma que el volumen de las aguas residuales no se incremente y que éstas no contaminen las aguas lluvias, las cuales tienen un alto potencial de aprovechamiento.

Las operaciones unitarias para el tratamiento de las aguas residuales se agrupan entre sí, formando los denominados tratamientos primario, secundario y terciario (o avanzado). En la Figura 20 se describe de forma general estos tipos de tratamientos. Figura 20. Tipos de tratamiento de aguas residuales

Fuente: El autor, con base en Metcalf & Eddy (1995).

A grandes rasgos, es posible afirmar que el objetivo técnico del tratamiento de las aguas residuales es reducir la concentración de la DBO5, los sólidos totales suspendidos, la presencia de nitrógeno y fósforo, y la eliminación de coliformes totales. En el Cuadro 22 se presenta una relación de diferentes contaminantes presentes en las aguas residuales y una serie de operaciones unitarias que pueden utilizarse para su remoción.

Primario

Secundario

Terciario

Remoción de sólidos en suspensión y de materia orgánica

Eliminación de sólidos en suspensión y compuestos orgánicos

biodegradables

Eliminación de otros componentes como nutrientes, compuestos

tóxicos y exceso de MO

Tamizado, sedimentación, aireación

Procesos biológicos (lodos activados, lagunas aireadas) y

químicos (desinfección)

Intercambio iónico, ósmosis inversa, coagulación química

Pre-tratamiento

Remoción de materiales que pueden generar problemas de

funcionamiento

Desbaste (remueve sólidos), flotación (remueve aceites y

grasas), desarenador

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Cuadro 22. Operaciones unitarias según tipo de contaminante de aguas residuales

Contaminante Operación unitaria

Sólidos en suspensión

Desbaste

Sedimentación

Filtración

Coagulación/floculación

Materia orgánica biodegradable

Filtración

Fangos activados

Lagunaje

Compuestos orgánicos volátiles Adsorción en carbón

Arrastre por aire

Patógenos Cloración

Ozonación

Nitrógeno Intercambio iónico

Cultivos desnitrificantes

Fósforo Adición de sales metálicas

Coagulación/floculación

Metales pesados Precipitación química

Intercambio iónico

Sólidos orgánicos disueltos Intercambio iónico

Ósmosis inversa Fuente: Modificado de Metcalf & Eddy (1995).

Por último, dentro de los procesos de tratamiento de aguas residuales, se generan lodos residuales con características particulares y en cantidades considerables que deben ser tratados técnicamente para evitar que se conviertan en un elemento contaminante de fuentes hídricas o del suelo. Por esta razón, su manejo y tratamiento deben ser considerados como un tema de gran relevancia en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Para ver el funcionamiento de una planta de tratamiento de agua residual, como la PTAR Salitre de Bogotá,

ver el siguiente video [Ir al video]

CAPÍTULO 5. COMPONENTE ATMOSFÉRICO

El componente atmosférico es otra de las áreas de gran interés para los profesionales ambientales que, desde la ingeniería y las áreas tecnológicas, evalúan y aportan alternativas de solución a la problemática de contaminación ambiental. La atmósfera, constituida por varias capas gaseosas, es un receptor de una gran cantidad de sustancias físicas, químicas y microbiológicas, provenientes de fuentes naturales y antrópicas, que reaccionan con otras sustancias presentes en la atmósfera, alterando la calidad del aire y generando efectos adversos sobre la salud de las personas, la infraestructura y el bienestar de los ecosistemas. En este capítulo se describirán algunas propiedades generales de la atmósfera, se caracterizarán los contaminantes del aire más

http://www.youtube.com/watch?v=m4IKVyzjmzs

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representativos, así como sus efectos, y se abordarán conceptos introductorios al campo del control de la contaminación atmosférica.

Lección 21. Generalidades de la atmósfera

[Extraído de IDEAM, 2001]

La atmósfera, es decir, la capa gaseosa que rodea nuestro planeta, además de contener el aire, incluye partículas sólidas y líquidas en suspensión, o aerosoles y nubes. La composición de la atmósfera y los procesos que en ella se desarrollan tienen gran influencia en la actividad humana y en el comportamiento del ambiente en general, y en uno u otro grado afectan los procesos de producción, intercambio y consumo de bienes y servicios, el bienestar y la seguridad de la población, las relaciones sociedad-naturaleza y los procesos en otras esferas del medio natural. De ahí la necesidad de hacer el seguimiento continuo de la dinámica de la atmósfera, su circulación, las variaciones en su composición y de los fenómenos que en ella ocurren. La composición de la atmósfera ha variado a través de la historia del planeta hasta conformar la actual mezcla de gases y aerosoles. Éstos, hoy en día, se pueden dividir en dos grupos: constantes y variables. Los gases constantes mantienen una proporción casi permanente en la atmósfera: los más abundantes son el nitrógeno (78,1%), el oxígeno (20,9%) y el argón (0,9%). Los gases variables son los que cambian en mayor proporción; en este grupo los más importantes son el vapor de agua y el dióxido de carbono. Este último existe en cantidades relativamente altas (0,035%), pero su concentración presenta variaciones estacionales y de largo plazo. El vapor de agua, por su parte, es muy variable tanto en el tiempo como en el espacio. Otros gases, como el óxido nitroso, el metano y el ozono, se encuentran en una menor proporción; sin embargo, juegan un papel importante. Otro elemento variable de la atmósfera, que frecuentemente actúa como un gas, es el material particulado suspendido en el aire como partículas de polvo, residuos de humo, sal del océano, bacterias, esporas, semillas, ceniza volcánica y partículas meteoríticas. El 98% de la masa de la atmósfera se ubica en una capa delgada, cuyo espesor es aproximadamente de 0,25% del diámetro de la Tierra (unos 30 km). Para efectos prácticos resulta conveniente dividir la atmósfera en cuatro regiones según la temperatura: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera (Figura 21). - La troposfera es la capa adyacente a la superficie terrestre. Su límite superior –la tropopausa– alcanza aproximadamente una altura de 16 km sobre Colombia. La troposfera es calentada desde su base por contacto con el suelo. En ella, la temperatura generalmente disminuye con la altura, hasta alcanzar un valor entre -75 ºC y -80 ºC. En la

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primera mitad de la troposfera la disminución es de 6 ºC a 7 ºC por kilómetro, y en la segunda mitad ese decrecimiento ocurre a una tasa cercana a 7 ºC por kilómetro. Se caracteriza porque en ésta se dan la mayor parte de los fenómenos determinantes del estado del tiempo, dado que contiene gran parte de la masa de la atmósfera y casi todo el vapor de agua y, además, porque en ella también se registran movimientos verticales acentuados. Figura 21. Capas de la atmósfera

Fuente: http://jmarcano.topcities.com/beginner/atmosfera3.html - La estratosfera es la región que se extiende por encima de la tropopausa hasta una altitud cercana a 50 km. En su parte inferior, hasta 20 km de altitud, la temperatura varía muy poco, siendo prácticamente isotérmica. A continuación, la temperatura aumenta, inicialmente en forma lenta, hasta cerca de los 32 km de altitud, y luego más rápido hasta alcanzar valores cercanos a aquellos apreciados en la superficie terrestre, debido a la significativa absorción de radiación ultravioleta que tiene lugar en esos niveles por parte del ozono. Los fenómenos meteorológicos observados en la estratosfera son muy distintos de los de la troposfera, puesto que, a diferencia de esta última, la capa superior es caliente mientras que la inferior es fría. Prácticamente no se observan nubes en la

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estratosfera tropical. El 99% de la masa total de la atmósfera se encuentra en la troposfera y en la estratosfera, dentro de los primeros 50 km encima de la superficie terrestre; ambas regiones son de particular importancia para entender el sistema climático. - En la mesosfera, con un espesor de 35 km aproximadamente, la temperatura disminuye regularmente desde su límite inferior situado en la estratopausa, hasta aproximadamente -95 °C en su límite superior, llamado mesopausa, cerca de los 80 km de altitud. La atmósfera al nivel de la mesopausa es más fría que en cualquier otro nivel de la atmósfera superior. La proporción de nitrógeno (N2) y de oxígeno (O2) es igual a la que se obtiene al nivel del mar, donde el aire es más denso, por lo que una persona no podría sobrevivir en ella respirando por mucho tiempo - La termosfera es la región que se encuentra por encima de la mesopausa. Está caracterizada por un aumento progresivo de la temperatura con la altitud. Cuando la actividad solar es normal, la temperatura aumenta hasta cerca de los 400 km de altitud, y cuando aumenta su actividad, puede crecer hasta aproximadamente los 500 km. En esta capa la composición de la atmósfera es distinta, ya que las moléculas de un gran número de gases se separan por la acción que tienen sobre ellas los rayos ultravioleta y los rayos X emitidos por el sol, dejando libres los átomos que las constituían. Es importante aclarar que esta división de la atmósfera se hace con base en el comportamiento de la temperatura con la altura, sin embargo, es posible encontrar otro tipo de divisiones según, por ejemplo, la homogeneidad del aire, las propiedades electromagnéticas, entre otras.

Para ver una descripción de las características de las capas de la atmósfera, ver el video “El planeta vivo. La atmósfera” [Ir al video]

Lección 22. Tipo de contaminantes atmosféricos y sus efectos

La contaminación atmosférica es la presencia de sustancias que afectan de manera adversa la salud de los humanos, animales, plantas y vida microbiana; dañan materiales o interfieren con el disfrute de la vida (Moroz, 1999). Estas sustancias pueden ser polvos, humos, gases, olores, nieblas o vapores, en cantidades y duración tales, que puedan causar efectos indeseados. Una clasificación general de los contaminantes atmosféricos nos permite agruparlos, según su origen, en antrópicos y naturales. Los primeros, se refieren a los originados por el desarrollo de actividades por el ser humano, tales como la quema de combustibles, minería, emisiones industriales, sistemas de transporte, entre otros. Los naturales, provienen de erupciones volcánicas, degradación de la materia orgánica en bosques y

http://www.youtube.com/watch?v=qU2Mf47BAN0&feature=related

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pantanos, entre otros. Otra forma de clasificar los contaminantes atmosféricos, según su origen, es en contaminantes primarios y secundarios (Figura 22). Figura 22. Clasificación de contaminantes atmosféricos

Fuente: El autor

Los contaminantes atmosféricos son considerados hoy en día como una importante fuente de riesgos para la salud humana y el ambiente en general. Dentro de las enfermedades que pueden producir tenemos: generación de problemas pulmonares (bronquitis, enfisema), irritación de ojos, nariz y garganta, asma bronquial, problemas auditivos (generación de ruido) y propagación de gripes y alergias. Además, pueden afectar la calidad de la vegetación y los cultivos por efectos de la lluvia ácida, acentuar el efecto del invernadero (cambio climático), acidificar lagos y lagunas, y deteriorar monumentos e infraestructura física. Con relación a las formas de expresar la concentración de los contaminantes atmosféricos, las más comunes son:

- ppm (partes por millón) - ppb (partes por billón) - mg/m3 o mg/cm3

- Para el caso de la lluvia ácida: mg/cm2/s (miligramos por centímetro cuadrado por intervalo de tiempo)

En el Cuadro 23 se relacionan los principales contaminantes primarios y secundarios, y sus efectos ambientales (ecológicos y sanitarios) más significativos. El caso del ruido se presenta en la Lección 24. La clasificación de los contaminantes puede variar según el criterio que se utilice. Hasta el momento hemos recurrido a clasificarlos según su origen, pero es posible agruparlos y diferenciarlos según otros parámetros, tales como la composición química y su estado físico (Figura 23).

Contaminantes primarios

Contaminantes secundarios

Sustancias que se encuentran en la atmósfera tal como fueron emitidos

Contaminantes resultado de la transformación química de los

contaminantes primarios, por lo que se producen en horas o días, pueden

encontrarse a kilómetros de la fuente de emisión y sus efectos trascienden el

área de emisión

SOx, NOx, hidrocarburos (HC)

Ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3), nitratos, ozono

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Cuadro 23. Principales efectos de los contaminantes atmosféricos

Fuente: El autor, con base en Vallejo (1997) y Kiely (1999)

Figura 23. Otros sistemas de clasificación de los contaminantes atmosféricos

Fuente: El autor

Tipo Contaminante Efectos

Primario

SO2 - Efectos adversos a nivel cardiovascular y respiratorio - Principal causante de la formación de ácidos que posteriormente serán lluvia ácida

CO - Es un gas causante del efecto de invernadero - Impide el transporte de oxígeno en la sangre - Causa daños en los sistemas nervioso y cardiovascular

CO2 - No existen evidencias de que sea un contaminantes tóxico

NOX

- Efectos adversos en el tracto respiratorio alto y bajo - El NO2 puede causar edema pulmonar - El NO2 es un causante de la formación de ácidos que posteriormente serán lluvia ácida

Partículas

- Afectación del sistema respiratorio y gastrointestinal - Irritación de nariz - Pueden causar cáncer de pulmón (partículas menores de 10 micras como sílice o asbesto)

HC

- Algunos tienen propiedades cancerígenas, teratogénicas y mutagénicas (como el PCB, CFC y el tetracloruro de carbono) - Pueden producir irritación de ojos, garganta y pulmones - Pueden inhibir el crecimiento de plantas - El HC más abundante es el metano y no es considerado un contaminante grave en la troposfera, pero un gas de efecto de invernadero

Secundario

O3 - Afecta la fotosíntesis de las plantas - Causa irritaciones pulmonares - Deteriora materiales

H2SO4

- Causante de la lluvia ácida, la cual puede acidificar cuerpos hídricos (afectando la fauna acuática), corroe monumentos y estructuras metálicas, y acentúa la defoliación de la vegetación, con efectos letales sobre la fauna y la flora.

HNO3 - Causante de la lluvia ácida

Según composición química

Según estado físico

Orgánicos

Inorgánicos

HC, aldehídos, cetonas

SOX, NOX, O3

Partículas

Gases

Sólidas

Líquidas

Polvo, humo, cenizas, neblinas

SOX, NOX, O3, COX, HC

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Por último, es pertinente aclarar que el estudio y monitoreo de la presencia de contaminantes atmosféricos se realiza en dos momentos de gran importancia para los estudios ambientales: la medición de la calidad del aire y las emisiones atmosféricas: - Calidad del aire: La calidad del aire hace referencia a los niveles de contaminación presentes en la atmósfera que está en contacto con los seres humanos. Su monitoreo y seguimiento se realiza a través de una red de calidad del aire, compuesta por un conjunto de programas, inventarios de emisiones1 e instrumentos de medición que permiten evaluar el cumplimiento de estándares de calidad del aire en una determinada localidad y verificar la tendencia de la concentración de los contaminantes. Así, mediante el monitoreo de la calidad del aire se logra evaluar y garantizar que las sustancias, compuestos y formas de energía (ruidos) presentes (o diluidos) en el aire, no representen una amenaza inminente y no generen daños inmediatos o diferidos a las personas y los ecosistemas. Para un óptimo monitoreo, es importante conocer las condiciones meteorológicas de la zona de estudio. - Emisiones atmosféricas: El monitoreo de los contaminantes atmosféricos también se hace directamente en la fuente de emisión (ya sea fija o móvil – ver Lección 23), de tal forma que se evalúa el tipo y la cantidad de contaminantes generados por un determinada fuente. Estos contaminantes van a diluirse en el aire, alterando la calidad del aire. La medición de emisiones atmosféricas permite verificar si la actividad evaluada cumple o no la normativa correspondiente.

Lección 23. Fuentes de contaminación

Tal como fue mencionado en la lección anterior, las fuentes generadoras de contaminantes atmosférico pueden ser clasificadas, según su origen, en naturales y antrópicas. Para el caso de la ingeniería ambiental y la tecnología en saneamiento ambiental, son de interés las fuentes de contaminación antrópica. Dentro de éstas, se pueden identificar fuentes fijas y móviles (Figura 24). Ahora bien, las fuentes de contaminación también se pueden clasificar según provengan de áreas residenciales, comerciales o industriales. Dentro del área residencial, se generan contaminantes como COx, NOx, SOx y humos (provenientes del calentamiento de espacios), vapores y olores (provenientes de la cocina y de residuos sólidos), partículas

1 El inventario de emisiones es un instrumento para la gestión de la calidad del aire que permite conocer las

emisiones contaminantes y las fuentes emisoras en un área geográfica específica y un periodo de tiempo determinado (normalmente un año). Un estudio completo debe abarcar todas las fuentes presentes en la zona definida y debe suministrar la localización, magnitud, frecuencia, duración y contribución relativa de ellas. Es importante aclarar que los inventarios de emisiones no tienen en cuenta las reacciones de los contaminantes en la atmósfera (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010).

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(provenientes de la cocina y la limpieza), plaguicidas (provenientes de jardinería), entre otros. En el sector comercial se generan disolventes (provenientes de actividades de limpieza), olores (por la generación de residuos sólidos) y ruido. Por último, en el sector industrial se generan vapores (por acción de calderas), SOX, NOX y COX (por combustión de combustibles fósiles), sulfuro de hidrógeno (en la industria del papel), COV´s (provenientes de la industria del petróleo), partículas (industrias de granos, alimentos y cereales), metales (en industrias de fundición) y ruido (por acción de la maquinaria y el transporte), entre otros. Figura 24. Fuentes de contaminación atmosférica

Fuente: El autor

En el Cuadro 24 se relacionan los contaminantes atmosféricos primarios característicos, señalando sus principales fuentes de generación. Para el caso de Colombia, según información del IDEAM, la emisión de gases a la atmósfera se puede clasificar en dos grupos, según el efecto que generen sobre el ambiente: un nivel global y otro de tipo local o regional. Los primeros hacen referencia a los gases de efecto de invernadero, que suelen provenir de procesos energéticos, procesos industriales, agricultura, cambio en el uso del suelo y disposición de residuos. De esta forma, para 1990, la emisión total de gases de efecto de invernadero del país fue de 59.814 Gg (un gigagramo equivale a 1.000 toneladas), de los cuales el CO2 representó el 88%, el monóxido de carbono el 7,8%, el metano el 3,2%, los compuestos orgánicos volátiles diferentes del metano el 0,6%, los óxidos de nitrógeno el 0,4% y el óxido nitroso el 0,004%. El análisis por categorías de fuentes emisoras señala que 81,3% de la emisión

Fuentes fijas

Fuentes móviles

Son las fuentes de emisión situada en un lugar determinado e

inamovible

Son las fuentes de emisión susceptibles de desplazarse, y usualmente se relacionan con

sistemas de transporte

Puntuales

Dispersas

Emiten contaminantes al aire por ductos o chimeneas

Son aquellas en que los focos de emisión de una fuente fija

se dispersan en un área

Ej: Industrias, incineradores

Ej: Rellenos sanitarios, minería

Ej: Barcos, automóviles, aviones

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total tuvo su origen en el uso de combustibles, 6,9% en el cambio del uso del suelo, 6,2% en las actividades agrícolas, 5,4% en procesos industriales y 0,2% en la disposición de residuos (IDEAM, 2001). Cuadro 24. Fuente de contaminantes atmosféricos

Fuente: El autor, con base en Vallejo (1997) y Kiely (1999)

Entretanto, los contaminantes de interés local o regional se originan por actividades de transformación física o química de materiales en la industria, por el uso de combustibles fósiles para la generación de energía, por el transporte terrestre, por las quemas en actividades agrícolas, por procesos de fermentación en actividades pecuarias y por la disposición de residuos sólidos. Algunos de estos contaminantes son: monóxido de carbono, metano, material particulado, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles diferentes del metano. Según el IDEAM, en 1996 la emisión en Colombia de estas sustancias fue del orden de 8.612 kt, de las cuales el monóxido de carbono representó 58%, el metano 21%, las partículas 8%, los óxidos de azufre 7%, los óxidos de nitrógeno 3% y los compuestos orgánicos volátiles 3%. En los centros urbanos la emisión de partículas fue cercana a 716 kt, generadas principalmente por combustión en fuentes fijas (62%) y procesos industriales (36%). Los óxidos de nitrógeno fueron del orden de 252 kt y se emitieron principalmente por la combustión en fuentes fijas (57%) y en fuentes móviles (37%); los óxidos de azufre, cuya emisión fue cercana a las 568 kt, fueron producidos en un 89% por las fuentes fijas. En cuanto a las fuentes móviles es de resaltar su contribución a las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (260 kt), monóxido de carbono (1155 kt) y óxidos de nitrógeno (92 kt), equivalentes a 98%, 23% y 31%, respectivamente (IDEAM, 2001).

Lección 24. Ruido

El ruido es uno de los contaminantes atmosféricos que más interés ha despertado en las instituciones nacionales e internacionales en los últimos años, a pesar de ser una problemática reconocida por las sociedades antiguas. Esto es comprensible si se tiene en cuenta que el ruido generado por la moderna sociedad, colmada de maquinarias, sistemas

Tipo Contaminante Fuente

Primario

SO2 - Combustión de carbón y petróleo que contienen azufre

CO - La mayor fuente de CO natural es la oxidación de metano en la troposfera - Uso de combustibles fósiles

CO2 - Uso de combustibles fósiles

NOx - Plantas generadoras de energía eléctrica (combustión a altas temperaturas de combustibles fósiles)

Partículas

- Transporte - Emisiones atmosféricas de actividades industriales - Obras de construcción - Minería - Centrales térmicas

HC - Uso de combustibles fósiles - El metano

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de transporte, sistemas de combustión, entre otros, emite a la sociedad industrial niveles de ruido que no tienen punto de comparación con el existente en las sociedades pre-industriales. Antes de entrar en materia, es necesario aclarar que el ruido es considerado un contaminante atmosférico porque su medio de propagación es el aire. De esta forma, la Organización Mundial de la Salud (OMS), entidad internacional que ha venido trabajando este tema desde la década de los 80, decretó la contaminación auditiva como un problema relevante de carácter ambiental en el mundo, ya que genera efectos indeseados no sólo sobre la salud humana, sino también tiene efectos ecológicos negativos sobre las especies sensibles. Existen muchas definiciones sobre ruido. Por ejemplo, para Kiely (1999), el ruido es un sonido no deseado, por lo que se puede considerar como el sonido inadecuado, en el lugar inadecuado, en el momento inadecuado. Entretanto, para Arellano (2002), el ruido es todo sonido indeseable que moleste o perjudique a los seres humanos o especies animales sensibles. En ambas definiciones existen puntos comunes:

- El ruido de interés es el generado por fuentes antrópicas. - El ruido se diferencia del sonido en que el primero es un sonido indeseado con efectos perjudiciales. - El ruido genera alteraciones tanto sanitarias como ecológicas. - Al igual que todo contaminante, el ruido deteriora la calidad de vida.

Como fue mencionado, el ruido de nuestro interés es el originado por actividades humanas tales como: el tráfico, la industria, el comercio, la minería, procesos que utilicen motores, obras de infraestructura, entre otros. Es decir, el ruido, al igual que todos los contaminantes atmosféricos, se emite por fuentes fijas y fuentes móviles. Las fijas son aquellas que provienen de una fuente estacionaria de tipo puntual (como un ventilador) o espacial (como una discoteca o una mina). Por otro lado, dentro de las fuentes móviles figuran trenes, barcos, autos, camiones y aviones. En la Figura 25se relacionan diferentes actividades con los niveles de ruido generado. Teniendo en cuenta que el ruido es un tipo de sonido (es decir, físicamente no existe ninguna distinción entre sonido y ruido), es posible afirmar que el ruido se genera ante variaciones de presión de sonidos, de tal forma que se produce una onda sinusoide (Figura 26). Algunos de los conceptos fundamentales para el estudio del ruido son (Kiely, 1999):

- Amplitud (A): hace referencia a la presión de sonido máxima o mínima. - Longitud de onda (λ): distancia entre crestas - Periodo (P): tiempo entre picos

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- Frecuencia: (f): números de variaciones completas de presión o ciclos por segundo. Se mide en Hertz (Hz). Como nuestros sistemas auditivos no perciben todas las frecuencias sonoras, se usan diversos tipos de filtros o medidores de frecuencias para determinar las frecuencias que produce un ruido ambiental específico. La ponderación A es la más usada y trata de ajustar las mediciones para que coincidan con el umbral de sensibilidad del oído humano. - Velocidad del sonido (c)

Figura 25. Niveles de ruido

Fuente: http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/noise/nomain.htm

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Figura 26. Onda sinusoide

Fuente: El autor

El periodo y la frecuencia se relacionan así: fP /1 , mientras la longitud de onda y la

frecuencia se relacionan así: fc /

Según la Resolución 0627 de 2006 “por la cual se establece la norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental”, las unidades de medición del ruido son la presión sonora y el nivel de presión sonora. El primero hace referencia a la diferencia entre la presión total instantánea en un punto cuando existe una onda sonora y la presión estática en dicho punto. Se expresa en Pascales. Por otro lado, los niveles de presión sonora determinan la intensidad del sonido que genera una presión sonora y se expresan en decibeles (dB). La medición del ruido se efectúa con un aparato llamado sonómetro.

Para conocer la reglamentación sobre el ruido en Colombia, ver la Resolución 0627 de 2006 [Ir a la resolución]

Por último, algunas de los efectos adversos generados por el ruido son trastornos psicológicos, aumento en la presión sanguínea, daño auditivo, pérdida de la concentración, entre otros (Cuadro 25). También tiene impactos ecológicos adversos, ya que desplaza a algunos animales (aves, por ejemplo) e interfiere en sus sistemas de orientación y comunicación. Cuadro 25. Efectos del ruido sobre la salud

Decibeles (dB)

Efectos

0-30 No hay

30-55 Reacciones psíquicas, dificultar en conciliar el sueño, pérdida de calidad del sueño 55-75 Dificultad en la comunicación verbal, probable interrupción del sueño

75-100 Influencias de orden fisiológico en el sistema neurovegetativo, aumento de las reacciones

psíquicas, peligro de lesión auditiva

100-130 Lesiones en células nerviosas, dolor y trastornos graves

140 Umbral de dolor

Fuente: El autor, con base en COITT (2008)

λ

A

http://www.minambiente.gov.co/documentos/res_0627_070406.pdf

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Lección 25. Introducción al control de emisión de fuentes fijas

Para el caso de las emisiones atmosféricas provenientes de fuentes fijas, Noel de Nevers (1997) identifica tres formas de control de la contaminación: a. Mejorar la dispersión: este método consiste en buscar estrategias que posibiliten que los contaminantes atmosféricos se diluyan en el aire, de tal forma que cuando entren en contacto con las personas, su nivel de concentración sea inferior al exigido por la normatividad y su nivel de alteración se el mínimo posible. Estos métodos suelen ser muy útiles en zonas rurales o en áreas urbanas donde la concentración de fuentes de emisión no sea muy alta y donde las condiciones meteorológicas sean favorables. Caso contrario, en localidades con alta densidad de emisiones atmosféricas, donde la calidad del aire presenta síntomas de contaminación, la capacidad de dilución de contaminantes nuevos en el aire se va a ver reducida, por lo que deben adoptarse otras medidas complementarias de reducción o control de las emisiones. Dentro de las iniciativas que pueden ayudar a mejorar la dispersión de los contaminantes están: la ubicación de chimeneas más altas, esquema de control intermitente y reubicación de la fuente de emisión (Figura 27). Figura 27. Acciones para mejorar la dispersión de contaminantes

Fuente: El autor con base en De Nevers (1997)

b. Reducir las emisiones por el cambio de procesos (medida preventiva): existen muchos casos donde las emisiones de contaminantes a la atmósfera pudo (y aún puede) reducirse, con el simple remplazo de un compuesto, de una tecnología o de un proceso. Estos

Al aumentar la altura de las emisiones se disminuyen las

concentraciones calculadas a nivel del suelo –para puntos

cercanos a la fuente– y no se alteran aquellas concentraciones a

distancias lejanas.

Chimeneas

altas

Control

intermitente

Reubicación de

la fuente

Permite controlar las emisiones en momentos del día o del año

que, debido a las condiciones meteorológicas, son críticas

porque no evitan que lleguen al suelo concentraciones elevadas.

El control se hace parando la actividad de la fuente, sustituyendo

temporalmente el tipo de combustibles o reduciendo la

producción. Este tipo de control, al igual que el anterior, confía

en la capacidad de dilución del aire.

Es difícil mover, por ejemplo, una planta industrial existente, pero es

posible construir una planta nueva en donde sus emisiones tengan

un mínimo impacto (zonas no pobladas o zonas industriales).

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aspectos se desarrollarán con mayor profundidad en los módulos que tocan el tema de tecnologías limpias y ecoeficiencia. A continuación un par de casos para ejemplificar este tipo de control. En las fábricas que utilizaban grandes cantidades de pintura (por ejemplo, automóviles) redujeron sus emisiones de solventes a base de hidrocarburos al sustituir las pinturas a base de aceite por pinturas a base de agua. El cambio de combustible es otro ejemplo: en algunas industrias se cambió el uso de carbón mineral o gasolina, por gas natural, que reduce sustancialmente la emisión de contaminantes. De igual forma, la sustitución de combustibles con alto contenido de azufre, reduce la emisión de SO2. Este tipo de acciones son útiles tanto para fuentes fijas como para fuentes móviles. c. Usar un dispositivo de control de la contaminación (medida correctiva): Este tipo de control se basa en la instalación de un dispositivo en el tubo de escape (chimenea), que acepta una corriente de aire contaminada y la trata para extraer o reducir su carga contaminante. Así, la corriente de aire se acondiciona a unos parámetros mínimos para ser descargada al ambiente. Puede decirse que los futuros profesionales del campo ambiental deben recurrir a este tipo de controles como última opción, es decir, se recomienda que antes de diseñar o invertir grandes cantidades de dinero e infraestructura en la construcción de complejos dispositivos de control, se analicen las dos opciones anteriores y se evalúe si la reducción de las emisiones puede lograrse con simples medidas de transformación de los procesos. Como paso previo al diseño de dispositivos de control, es importante caracterizar el flujo de aire contaminado que se emite, a través de un muestreo de emisiones atmosféricas. Como resultado de este muestreo, se conoce qué sustancias se están emitiendo y en qué cantidades; información que será de gran utilidad tanto para el diseño de sistemas de control, como para verificar el cumplimiento de la normatividad sobre emisiones atmosféricas. El muestreo de emisiones se realiza con un muestreador de chimenea a través de un muestreo isocinético, es decir, la toma de la muestra debe realizarse a la misma velocidad en que son transmitidos los contaminantes en el ducto. El porcentaje de isocinetismo está dado por la siguiente ecuación:

100/% VsVnmoisocinetis

Donde Vn es la velocidad de la toma de muestra y Vs es la velocidad de gases en chimenea. Ahora bien, como ya ha sido mencionado, dentro de las emisiones atmosféricas se encuentran tanto partículas como gases contaminantes. En el Cuadro 26 se presentan algunos dispositivos para el control de estos elementos, describiendo sus principales características.

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Cuadro 26. Dispositivos de control de contaminantes atmosféricos

Tipo de control

Dispositivo Descripción

Partículas

Sedimentadores por gravedad

Es una cámara larga por la cual pasa lentamente el flujo de aire, permitiendo que las partículas sedimenten por gravedad. Es aplicable para procesos que generan gases muy secos.

Funcionan al impulsar las partículas hacia una pared sólida, en donde se adhieren entre sí para formar aglomerados que se pueden extraer del aparato colector y disponer de ellos

Separadores de ciclón

(centrífugos)

Para la separación de partículas más pequeñas que no sedimentan por gravedad, se utiliza otra fuerza más poderosa como es la centrífuga.

Precipitadores electrostáticos

Se utiliza para separar partículas menores de 5μ. Es como un sedimentador por gravedad o un separador centrífugo, pero la fuerza electrostática impulsa las partículas hacia la pared.

Filtros

Por medio de un medio filtrante se retienen partículas de diferentes tamaños. Debido a la dificultad de hacer agujeros tan pequeños, los filtros no son de uso común para el control industrial de la contaminación.

Dispositivos de captura

Lavadores Capturan las partículas al ponerlas en contacto con pequeñas gotas de un líquido.

Gases

Adsorción Consiste en remover los contaminantes gaseosos de una corriente de aire, impregnando las moléculas del gas en una superficie sólida como carbón activado

Absorción Es la disolución de un contaminante gaseoso en un solvente líquido

Condensación Es el proceso en el cual un vapor o un gas contaminante se transforma en líquido al incrementar la presión o enfriándolos

Combustión Elimina el contaminante utilizándolo como combustible, de lo cual se obtiene como resultado energía en forma de calor o luz

Fuente: El autor, con base en De Nevers (1997) y Arellano (2002)

Para finalizar, cuando los niveles de ruido exceden los requerimientos permisibles, su control se puede ejercer en la fuente, en el trayecto de transmisión o en el receptor. En la fuente, se puede cambiar el diseño de la maquinaria, incorporar un sistema silenciador, acondicionar tecnologías, entre otras medidas. El control en el trayecto de transmisión puede aplicarse aislando la fuente dentro de un cerramiento sonoro, construyendo una barrera de ruido o colocando materiales de control sonoro a lo largo de la trayectoria. Por último, el control en el receptor se ejerce, por ejemplo, recurriendo a implementos de seguridad laboral (protectores de oído) para los trabajadores u otra población vulnerable.

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CAPÍTULO 6. COMPONENTE SUELO Y RESIDUOS SÓLIDOS

En este último capítulo se abordarán otros recursos naturales que, al igual que el atmosférico y el hídrico, son de gran importancia dentro del campo de estudio de los profesionales que se desenvuelven en las ciencias ambientales. Por ello, se tratará el tema del suelo, algunas de sus propiedades físicas y químicas, así como los procesos de contaminación. De igual forma, se presentarán algunos conceptos generales sobre uno de los temas ambientales que más ha llamado la atención en los últimos años: el manejo de residuos sólidos. Por último, teniendo en cuenta todo el contenido de cada una de las lecciones que conforman este módulo, se tratará de definir el campo de acción de los futuros ingenieros ambientales y tecnólogos en saneamiento ambiental de la UNAD.

Lección 26. Generalidades del suelo

Los suelos se han formado a expensas de rocas y de depósitos de materiales transportados, los cuales han estado expuestos a diferentes procesos (clima, microorganismos, temperatura, vegetación, presión, entre otros) que los diferencia del sustrato geológico del cual provienen. Para el observador desprevenido, el suelo es fundamentalmente una formación natural capaz de sostener la vida vegetal, entendiéndose como tal desde la película microscópica y superficial de una roca, hasta los limos aluviales profundos donde pueden desarrollarse bosques frondosos. Esto no es así para el especialista (por ejemplo un agrónomo), quien está urgido de aplicar tecnologías refinadas, indispensables para conservar y mantener altos incrementos en la producción de los suelos (IDEAM, 2001). Para Arellano (2002), los científicos distinguen el suelo de otros materiales geológicos por sus cuatro componentes principales: la existencia de partículas minerales, material orgánico, agua y aire. De esta forma, un suelo maduro se forma después de cientos de años en que los diferentes procesos físicos, químicos y biológicos, logran un contenido de materia orgánica significativo, mezclado con las finas partículas provenientes de la roca madre (Zaror, 2000). Los distintos tipos de suelo varían en su color, grosor, en el número de capas, en la cantidad de arcilla, sales y material orgánico que contienen; factores que afectan la movilidad de los contaminantes a través del suelo. El suelo está formado por rocas que a lo largo de grandes periodos se han ido meteorizando. Existen tres tipos de roca que conforman la corteza de la tierra: i) roca ígnea o magmática que es material de lava solidificado. La solidificación del magma y su consiguiente cristalización puede tener lugar en el interior de la corteza, tanto en zonas profundas como superficiales, o sobre la superficie exterior de ésta. Si la cristalización tiene lugar en una zona profunda de la corteza, las rocas se denominan intrusivas. Si la solidificación magmática es en la superficie terrestre, las rocas se denominan extrusivas; ii) la roca sedimentaria se forma por acumulación de sedimentos que, sometidos a procesos físicos y químicos, resultan en un material de cierta consistencia. Pueden formarse a las orillas y desembocaduras de

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ríos, en el fondo de barrancos, valles, lagos y mares, y se encuentran dispuestas formando capas o estratos; iii) la roca metamórfica que es una roca sedimentaria o ígnea modificada por la temperatura, la presión y fluidos químicos activos. Todas estas rocas conforman, en su conjunto, lo que comúnmente llamamos subsuelo. El conjunto de propiedades físicas y químicas progresivas que adquieren los suelos bajo la acción combinada de los factores del medio, hacen del suelo un medio natural, complejo y dinámico, en constante evolución (IDEAM, 2001). A pesar del énfasis que siempre han tenido las características químicas del suelo, siendo erróneamente concebidas como las directamente relacionadas con los niveles de producción agrícola, las propiedades físicas son las que ejercen una mayor influencia en este aspecto. Algunas propiedades físicas del suelo son: color, textura, estructura, consistencia, densidad, porosidad y capacidad de retención de agua; y algunas propiedades químicas son: pH y capacidad de intercambio catiónico y aniónico. En el Cuadro 27 de describen algunas de estas propiedades. Cuadro 27. Propiedades físicas y químicas del suelo

Propiedades Descripción

Físicas

Color

Se relaciona con otras variables como clima, humedad, temperatura, etc. Por lo general, si el suelo es más oscuro, es porque tiene mayor cantidad de materia orgánica. Colores rojizos se relacionan con la dinámica del hierro férrico, que puede influir en el grado de solubilidad de elementos necesarios para las plantas (fosfatos, por ejemplo). Colores verdes y azulosos son desfavorables para las plantas, por relacionarse con escasez de oxígeno.

Textura

Se relaciona con el porcentaje de fracciones de arena, limo (o grava) y arcilla que el suelo tiene. Estas partículas se clasifican en orden decreciente así: limo, arena y arcilla. El predominio de alguno de ellos determinará propiedades de aireación, permeabilidad y retención de humedad. El tipo de textura es clave en los procesos de lixiviación (de agua o contaminantes provenientes de residuos sólidos) y escorrentía.

Estructura

Se refiere a la forma como se disponen y mantienen juntas las partículas primarias individuales (es decir, arena, limo y arcilla). Éstas pueden estar como granos simples (partículas de arena por ejemplo), o como partículas consolidadas unas con otras, formando una masa aparentemente continua (estructura sólida). Esta propiedad influye en el movimiento del aire, agua y contaminantes a través del suelo.

Químicas

Capacidad de Intercambio

Catiónico (CIC)

Capacidad de un suelo para retener y liberar iones cargados positivamente (cationes). Los cationes más representativos son Na, K, Mg y Ca. Esta propiedad se relaciona con el contenido de arcilla, ya que ésta tiene una carga eléctrica negativa.

Capacidad de Intercambio

Aniónico (CIA)

Capacidad de un suelo para retener los aniones (minerales cargados negativamente), como nitratos, sulfatos y fosfatos.

Fuente: El autor, a partir de diferentes textos

Lejos de tener una estructura homogénea, el suelo tiene un perfil vertical de composición química y estructura física que, en forma simplificada, consta de los siguientes horizontes (Zaror, 2000) (Figura 28):

- Horizonte A. Zona superior del suelo donde se concentra la mayor fracción de materia orgánica. Consta de restos de plantas y otros organismos que están siendo lentamente degradados a materia orgánica, en un proceso de formación de humus. Su

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espesor está en el rango de 5 a 25 cm, con un contenido de carbono orgánico entre 1 y 6%. Los materiales finos y solubles son arrastrados por las aguas de infiltración (lixiviación) a los niveles inferiores (principalmente las sales de Fe, Al y Mn).

- Horizonte B. Formado por los productos de las alteraciones de las rocas, además de material orgánico y mineral que lixivia desde la zona superficial. Tiene coloración pardo-rojiza por contener arcillas y óxidos. También se encuentran compuestos inorgánicos que se han derivado de la descomposición de la materia orgánica. Su espesor está en el rango 30 a 100 cm. En esta capa tiene lugar la oxidación de la materia orgánica.

- Horizonte C. Es una capa fronteriza que separa la roca en proceso de meteorización de la roca sin alterar. Está formado por material disgregado procedente del fondo rocoso, con un alto contenido mineral. Su espesor puede llegar hasta unos 30 m de profundidad.

Figura 28. Horizontes del suelo


Lección 27. Contaminación del suelo

Históricamente la mayor parte de los esfuerzos por el control de la contaminación ambiental han estado enfocados en los recursos hídrico y atmosférico, ya que tanto el agua como el aire tienen contacto directo con los seres humanos, lo que los convierte en medios de gran interés para prevenir riesgos sanitarios. Antes de la década de los 70 se hablaba de la contaminación del aire y del agua, pero al suelo se le consideraba con una capacidad de autodepuración casi infinita. Pero fue en el año 1992, en la Cumbre de Río,

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donde se reconoció la importancia de la protección de los suelos y de sus usos potenciales en el contexto de un desarrollo sostenible, en particular contra la contaminación procedente de acciones o actividades de origen antrópico. Desde el entonces, la contaminación del suelo es un tema de gran interés, ya que éste es un medio que interacciona con la atmósfera, la litosfera, la hidrosfera, la fauna y la flora, por lo que su nivel de contaminación podría alterar la calidad del agua superficial y subterránea, del aire y de los cultivos (y por lo tanto de los alimentos). Esto quiere decir que contaminantes presentes en el suelo pueden movilizarse hacia otros medios receptivos, pero también que contaminantes presentes en la atmósfera o el agua pueden llegar (directa o indirectamente) al suelo, distorsionando sus propiedades. Desde una perspectiva amplia, los contaminantes del suelo pueden clasificarse en dos grandes grupos: endógenos y exógenos. Los primeros son todos aquellos compuestos o sustancias que provienen del mismo suelo (contaminantes naturales o contaminantes edáficos), mientras los segundos son aquellos que provienen del exterior. Para nuestro caso, son de particular interés los contaminantes exógenos originados por acciones antrópicas, ya que sobre éstos se pueden formular medidas técnicas y de gestión que prevengan, controlen y minimicen la contaminación. Estos contaminantes pueden provenir de diferentes actividades, entre ellas: - Aplicación de agroquímicos: hace referencia al uso directo de plaguicidas (insecticidas, herbicidas, fungicidas, etc.) y de fertilizantes sobre el suelo. Es propio de ámbitos rurales y pueden provenir también de derrames en bodegas de almacenamiento de estos mismos productos.

- Fuentes industriales: generalmente provienen de derrames, filtraciones u otro tipo de eventos contingentes que ponen en contacto sustancias químicas altamente tóxicas con el suelo. Estos contaminantes también pueden resultar de una inadecuada disposición de aceites usados y residuos peligrosos (lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo), o de un deficiente almacenamiento subterráneo de combustibles líquidos.

- Fuentes domésticas: hace referencia a todo el conjunto de residuos sólidos generados en las viviendas, locales comerciales y oficinas de una ciudad, ya que si son depositados en el suelo, sin ningún tipo de tratamiento, acondicionamiento o manejo técnico, pueden causar olores ofensivos, propagación de plagas, enfermedades en la población aledaña y, especialmente, grandes cantidades de lixiviados, es decir, aquellos líquidos resultado de la descomposición de residuos orgánicos que llegan a contaminar tanto el suelo como las aguas subterráneas. Esta es tal vez la fuente de contaminación del suelo más común, si se tiene en cuenta que desde épocas antiguas las sociedades han utilizado al suelo como un depósito natural, del cual pueden disponer para almacenar todos sus residuos sólidos, incluyendo los removidos del aire y del agua en sus respectivos procesos de tratamiento.

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En la Figura 29 se describen algunos de los principales contaminantes del suelo derivados de la actividad humana. Figura 29. Contaminantes antrópicos del suelo

Fuente: El autor, con base en Zaror (2000)

Para Solano (2005), algunos de los efectos que generan la presencia de estos contaminantes en el suelo son: - Destrucción del poder de autodepuración por procesos de regeneración biológica normales, al haberse superado la capacidad de aceptación del suelo.

- Disminución cualitativa y cuantitativa del crecimiento de los microorganismos del suelo, o bien alteración de su diversidad, lo que aumenta la fragilidad del sistema.

- Disminución del rendimiento de los cultivos con posibles cambios en la composición de

los productos, con riesgo para la salud de los consumidores (contaminación de alimentos). - Contaminación de las aguas superficiales y freáticas por procesos de transferencia. - Disminución de las funciones de soporte de actividades de ocio. Los espacios contaminados presentan problemas de salubridad para los usuarios.

Residuos peligrosos

Residuos estables

Incluyen una amplia gama de residuos que contienen restos de alimentos y otros materiales de origen animal y vegetal. Pueden degradarse debido a la acción de microorganismos.

Provienen de fuentes industriales, hospitales, laboratorios químicos y bioquímicos. Incluyen solventes orgánicos, biocidas, compuestos aromáticos, compuestos halogenados, metales pesados, hidrocarburos, cianuros, isocianatos y agentes patógenos que, por sus propiedades químicas, físicas y biológicas, constituyen un peligro para la salud y seguridad de las personas y representan un potencial daño ambiental.

Se originan a partir de obras civiles (escombros), en la actividad doméstica, en oficinas, comercio, y en algunas actividades industriales. Incluyen todos aquellos materiales, sólidos y líquidos, que presentan una alta estabilidad física y química, bajo las condiciones ambientales normales, tales como: desechos cerámicos, ladrillos, vidrios, restos de cables eléctricos, restos de estructuras, plásticos, etc.

Residuos orgánicos

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Lección 28. Generalidades de los residuos sólidos

Los residuos sólidos provienen del desarrollo de actividades del ser humano y animales, se encuentran, como su nombre lo indica, en estado sólido y son desechados por no tener otra utilidad para el generador. Según el Decreto 1713 de 2002 (por el cual se reglamenta la gestión integral de residuos sólidos en Colombia), un residuo sólido es cualquier objeto, material, sustancia o elemento sólido resultante del consumo o uso de un bien en actividades domésticas, industriales, comerciales, institucionales, de servicios, que el generador abandona, rechaza o entrega y que es susceptible de valoración económica, de disposición final o de aprovechamiento en un nuevo bien. Tal como se mencionó en la Lección 11, la problemática de los residuos sólidos no es contemporánea, data de tiempos remotos cuando los residuos de comidas y desechos sanitarios se convirtieron en focos de propagación de enfermedades, especialmente a medida que las ciudades fueron extendiéndose. Esto permitió advertir la estrecha relación existente entre salud pública y manejo de residuos sólidos, ya que una gestión descuidada de este tipo de materiales incrementa la presencia de ratas, moscas y otros transmisores de enfermedades. De igual forma, si los residuos sólidos se vierten de forma indiscriminada sobre cuerpos de agua y suelos, pueden desencadenar problemáticas de contaminación atmosférica (olores ofensivos, por ejemplo) y de aguas subterráneas y superficiales. Figura 30. Flujo de materiales y generación de residuos

Fuente: El autor, adaptado de Thobanoglous, Theisen & Vigil (1998)

Según Tchobanoglous, Theisen & Vigil (1998), una indicación de cómo y dónde se producen residuos sólidos en la actual sociedad tecnológica y de consumo se presenta en la Figura 30. Según este diagrama, los primeros residuos se generan desde el momento que se extraen materiales en actividades mineras. A estos residuos se les denomina escombros, que son definidos por el Decreto 1713 de 2002 como todo residuo sólido sobrante de las actividades de construcción, reparación o demolición, de las obras civiles o

Recursos

naturales Transformación

primaria Consumidor

Evacuación

final

Transformación

secundaria

Procesos de

recuperación

Residuos

Residuos

Residuos

Residuos

Residuos

http://www.minambiente.gov.co/documentos/dec_1713_060802.pdf

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de otras actividades conexas, complementarias o análogas. De allí en adelante, los residuos sólidos resultan de cada paso de transformación de materias primas en bienes de consumo. Ahora bien, existen diferentes criterios para clasificar los residuos sólidos. Por ejemplo, según su potencial de uso pueden dividirse en aprovechables y no aprovechables, y según sus propiedades de peligrosidad pueden clasificarse en no peligrosos y peligrosos. De igual forma, pueden tomarse como criterios de clasificación su origen (dentro de los cuales se encuentran residuos domésticos, comerciales, industriales y de construcciones) y su composición física (residuos orgánicos e inorgánicos) (ver Cuadro 28). Cuadro 28. Clasificación de los residuos sólidos según origen y composición física

Según el origen de los residuos Clasificación Fuente Tipo

Doméstico Viviendas y apartamentos Alimentos, papel, vidrio, cartón, plásticos, textiles,

latas, residuos de jardín,

Comercial Tiendas, locales, mercados, restaurantes,

oficinas, hoteles, talleres mecánicos Alimentos, papel, vidrio, cartón, plásticos, cenizas,

embalajes, metales, residuos peligrosos

Industrial Fábricas, industrias, plantas químicas, minas,

refinerías, incineradoras Residuos peligrosos, alimentos, papel, vidrio, cartón,

plásticos, maderas

Construcciones Minas, obras civiles, construcciones,

demoliciones Tierra, cemento, concreto, acero, madera, ladrillos,

grava

Según su composición física Clasificación Composición típica Tipo

Orgánicos Alimentos, papel, cartón, residuos de jardín,

madera Alimentos, vegetales, pieles, madera, huesos, varios

tipos de papel, cuero, textiles, plásticos y cartón

Inorgánicos Metales, vidrio, plásticos Latas, aluminio, acero, vidrios incoloros y coloreados,

cenizas, metales

Fuente: El autor, con base en Kiely (1999)

Uno de los aspectos más importante de identificar dentro de los procesos de manejo de residuos sólidos es su nivel de peligrosidad, ya que a partir de estas propiedades se definen los procedimientos más convenientes para evitar que dichos materiales generen alteraciones graves en la salud de las personas o sobre los ecosistemas. Para el caso colombiano, el Decreto 4741 de 2005 (por el cual se reglamenta la prevención y el manejo de los residuos o desechos peligrosos) define como residuos peligrosos (o RESPEL) aquellos que por sus características corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables, infecciosas o radiactivas pueden causar riesgo o daño para la salud humana y el ambiente. En el Cuadro 29 se presentan algunas características generales tanto de los residuos sólidos peligrosos como no peligros.

Para ver un interesante video que ejemplifica de forma didáctica la problemática de la generación de residuos, ver el documental “la historia de las cosas” [Ir al video]

http://www.minambiente.gov.co/documentos/dec_4741_301205.pdf

http://www.youtube.com/watch?v=ykfp1WvVqAY

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Cuadro 29. Clasificación de residuos sólidos peligrosos y no peligrosos

Clasificación Tipo Características Ejemplo

Residuos no peligrosos

Biodegradables Se descomponen fácilmente en el ambiente Vegetales, residuos alimenticios, madera, jabones biodegradables

Reciclables No se descomponen fácilmente y pueden volver a ser utilizados en procesos productivos

Vidrio, algunos tipos de plástico y papel, chatarra, metales

Inertes No se descomponen ni se transforman en materia prima

Icopor, algunos tipos de papel como el papel carbón, algunos plásticos

Residuos peligrosos

Corrosivos Por acción química pueden causar daños graves en los tejidos vivos que estén en contacto o en caso de fuga puede dañar gravemente otros materiales

Estas propiedades de peligrosidad se describen en detalle en el Anexo III del Decreto 4741 de 2005

Reactivos Al mezclarse o ponerse en contacto con otros elementos, compuestos, sustancias o residuos generan reacciones contraproducentes

Explosivos

En estado sólido o líquido de manera espontánea, por reacción química, pueden desprender gases a una temperatura, presión y velocidad tales que puedan ocasionar daño a la salud humana y/o al ambiente

Inflamables En presencia de una fuente de ignición, pueden arder bajo ciertas condiciones de presión y temperatura

Infecciosos

Contienen agentes patógenos (tales como bacterias, parásitos, virus, ricketsias y hongos) con suficiente virulencia y concentración como para causar enfermedades en los seres humanos o en los animales

Radioactivos

Cualquier material que contenga compuestos, elementos o isótopos, con una actividad radiactiva capaz de emitir, de forma directa o indirecta, radiaciones

Tóxicos Pueden provocar efectos indeseables (agudos, crónicos o ecotóxicos) a la salud humana y al ambiente.

Fuente: El autor

Lección 29. Gestión integral de los residuos sólidos

La cantidad de residuos sólidos descritos en la lección anterior se ha incrementado (y continua incrementándose) a medida que las actividades antrópicas se intensifican demandando cada vez más materiales y energía, lo que genera a su vez la aparición de material residual. Los volúmenes y la naturaleza de estos residuos han desencadenado escenarios problemáticos, que exigen de estrategias para organizar el manejo de estos materiales, de forma que se prevengan sus potenciales impactos negativos. Esta necesidad es urgente y muy pertinente para una región como América Latina en general, y para un país como Colombia en particular, si se tiene en cuenta que la población de América Latina y el Caribe asciende a 518,7 millones, de los cuales el 75,3 % es urbana, que generan alrededor de 360.000 t/día de residuos sólidos (OPS, 2001). En un estudio

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realizado por la Organización Panamericana de la Salud (OPS, 2001), se encontró que más del 50% de los residuos sólidos generados de la región son dispuestos de manera inadecuada en botaderos abiertos o fuentes de agua. Para el caso de Colombia, la Procuraduría General de la Nación, a través de la Oficina de la Procuraduría Delegada para Asuntos Ambientales y Agrarios, en un estudio realizado en 194 municipios de 28 departamentos, encontró que este universo poblacional genera diariamente 18.704 toneladas de residuos sólidos, de los cuales el 98% es producida en las cabeceras urbanas y el restante por la población rural. De esta cantidad de residuos, aproximadamente el 17% no es recolectado, lo que pone en evidencia que dicha cantidad es dispuesta en algún sitio, la mayoría de veces en botaderos a cielo abierto (MAVDT, 2005a).

Este panorama se agrava si se tiene en cuenta que las industrias fabricantes de sustancias y productos químicos derivados del petróleo y del carbón, de caucho y plástico, generan cerca de 149.107,15 t/año de residuos peligrosos de diferente naturaleza; las industrias metálicas básicas generan cerca de 78.463 t/año, y las industrias minerales no metálicas cerca de 63.795,13 t/año (MAVDT, 2005b).

Esta situación justifica la necesidad de avanzar en una Gestión Integral de Residuos Sólidos – GIRS en el país, que permita atender todas las etapas de la cadena del manejo de estos residuos. Según el Decreto 1713 de 2002, la GIRS es el conjunto de operaciones y disposiciones encaminadas a dar a los residuos producidos el destino más adecuado desde el punto de vista ambiental, de acuerdo con sus características, volumen, procedencia, costos, tratamiento, posibilidades de recuperación, aprovechamiento, comercialización y disposición final. Figura 31. Elementos funcionales de la GIRS

Fuente: El autor, adaptado de Tchobanoglous, Theisen & Vigil (1998)

Generación Los residuos aparecen como producto de actividades humanas. En esta etapa se identifican las características de los residuos.

Aprovechamiento y tratamiento

Recuperación de materiales y transformación de los componentes de los residuos en instalaciones especializadas.

Manipulación y almacenamiento Ocurre en las instalaciones del

generador. Incluye la separación, el transporte interno y almacenamiento de residuos en cuartos acondicionados, hasta su recolección externa.

Transporte Conducción de los residuos de las plantas de aprovechamiento o de tratamiento a los sitios de disposición final.

Recolección externa

Incluye el retiro de los residuos del centro generador y su transporte a un centro de aprovechamiento o disposición final.

Disposición final

Aislamiento y confinamiento definitivo de los residuos en lugares especialmente seleccionados y diseñados.

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Siguiendo a Tchobanoglous, Theisen & Vigil (1998), hay seis elementos funcionales o momentos que atraviesan los residuos y que deben ser considerados dentro de una GIRS: i) generación de residuos, ii) manipulación y almacenamiento, iii) recolección externa, iv) aprovechamiento y tratamiento, v) transporte, vi) disposición final. Estas etapas se describen en la Figura 31. En este sentido, la GIRS se rige por una serie de principios que buscan, en esencia, reducir al máximo las alteraciones indeseadas generadas por los residuos sólidos. Así, el principio rector de la GIRS es evitar la existencia del residuo, para lo cual deben proyectarse acciones que, en primera instancia, busquen reducir en la fuente (es decir en el origen) su generación. Por lo tanto, la última acción deseable en la GIRS es disponer el residuo en un botadero o en un relleno sanitario, o tener que tratarlo en complejos procesos tecnológicos (como la incineración) que incrementan los costos de su manejo, demandan una gran cantidad de energía y recursos naturales, y generan otros tipos de contaminantes que, de igual forma, deben ser tratados de forma técnica. A continuación se describen los principios que enmarcan las acciones de la GIRS. Éstos se encuentran jerárquicamente organizados, de forma tal que evitar la generación de los residuos y propender por su reducción en la fuente se interpreta como la principal meta de gestión de los residuos sólidos (ver Figura 32): Figura 32. Acciones jerárquicas de la GIRS

Fuente: El autor

- Reducción en el origen: contempla la identificación y segregación en la fuente de los residuos, evitando su mezcla, contaminación de residuos no peligrosos y deterioro de materiales aprovechables. - Aprovechamiento y valorización: incluye la evaluación y el acondicionamiento de los residuos para su reutilización, reprocesamiento y transformación en nuevos productos.

Reducción

Aprovechamiento

Transformación

Disposición final

Es la forma más eficaz de reducir la cantidad y toxicidad de residuos, el costo asociado a su manipulación y los impactos negativos

Ayuda a conservar y reducir la demanda de recursos naturales, disminuir el consumo de energía, preservar los sitios de disposición final y reducir la contaminación

Implica la alteración física, química o biológica de los residuos. Reduce su peligrosidad y cantidad

Disposición final controlada en sitios técnicamente acondicionados

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- Tratamiento y transformación: implica la alteración física, química y biológica de los residuos. Permite recuperar materiales reutilizables y reciclables, así como energía en forma de calor. - Disposición final controlada: es la forma menos deseada dentro de la GIRS. Contempla el depósito de residuos en el suelo o en el fondo del océano, siendo el primero el más común (relleno sanitario). Deben ser dispuestos aquellos residuos que no tienen la posibilidad de separarse en la fuente, de aprovecharse o de tratarse para su recuperación.

En el siguiente video se presenta la importancia de implementar medidas de GIRS antes que costosas tecnologías (como la incineración) para el manejo de residuos peligrosos, en particular para la gestión de

residuos hospitalarios [Ir al video]

Lección 30. Campo de acción de la ingeniería ambiental y el saneamiento ambiental

Ahora bien, llegados a esta última lección, se tiene una idea general de la problemática ambiental contemporánea. Se dice que es “general” porque tan sólo se tiene una introducción a cada uno de los temas mencionados, los cuales se profundizarán en otros módulos a medida que el estudiante avance en su programa académico. Hasta este momento se ha resaltado la importancia de la problemática ambiental relacionada con el recurso hídrico, atmosférico, suelo y el manejo de residuos sólidos, los cuales pueden afectar otros elementos como los alimentos, la salud humana, la calidad de los ecosistemas, la fauna y la flora. Cada uno de estos recursos naturales se ha presentado y trabajado de forma independiente con el fin de conocer sus particularidades, sin embargo, es muy importante que los estudiantes tengan en cuenta que el tema ambiental debe estudiarse bajo una perspectiva sistémica, es decir, teniendo presente que todos esos recursos, más allá de presentarse en la naturaleza de forma fragmentada, se encuentran interconectados, llegando a conformar una compleja red de interacciones entre todos ellos. Esto nos permite entender que los fenómenos (y por lo tanto las problemáticas) ambientales son complejos, que se presentan como redes formadas por nodos entre los que se presentan vínculos, a través de las cuales circulan materia y energía. En suma, se pretende dar a entender que el tema ambiental es todo un sistema, producto de las complejas relaciones que se tejen entre la sociedad y su entorno. En este orden de ideas, es pertinente reconocer que el tema ambiental es objeto de estudio de diferentes campos académicos, dentro de los cuales podemos mencionar los siguientes: ecología, geografía, economía ambiental, economía ecológica, administración ambiental, ingeniería forestal, agronomía, sociología ambiental, urbanismo, entre muchos otros. Es decir, los futuros ingenieros(as) ambientales y tecnólogos(as) en saneamiento ambiental deben tener claro que si bien no son los únicos profesionales que abordan el tema de la problemática ambiental, sí tienen un campo de acción particular que les

http://www.youtube.com/watch?v=X2zzE9ymPGI&feature=related

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permite, desde la formación tecnológica e ingenieril, aportar elementos para alcanzar el tan anhelado desarrollo sustentable. Para evidenciar estas particularidades, a continuación se describe el campo de acción tanto de la Ingeniería Ambiental como de la Tecnología en Saneamiento Ambiental, no sin antes aclarar que pensar seriamente el desarrollo sostenible implica: “abogar por un nuevo estilo de desarrollo que sea ambientalmente sustentable en el acceso y uso de los recursos naturales y en la preservación de la biodiversidad; que sea socialmente sustentable en la reducción de la pobreza y de las desigualdades sociales y que promueva la justicia y la equidad; que sea culturalmente sustentable en la conservación del sistema de valores, prácticas y símbolos de identidad… y que sea políticamente sustentable al profundizar la democracia y garantizar el acceso y la participación de todos en la toma de decisiones públicas. Este nuevo estilo de desarrollo tiene como norte una nueva ética del desarrollo, una ética en la cual los objetivos económicos del progreso estén subordinados a las leyes de funcionamiento de los sistemas naturales y a los criterios de respeto a la dignidad humana y de mejoría de la calidad de vida de las personas” (Guimarães, 2002:66). - Ingeniería Ambiental Es una profesión reconocida a nivel internacional desde finales de la década de los 80. Su aparición responde a la creciente preocupación e interés que ha surgido en los últimos años por la contaminación ambiental, lo que ha estimulado la conformación de programas en esta área del conocimiento. De esta forma, la Ingeniería Ambiental responde a las exigencias que han aparecido desde el ámbito normativo, técnico, económico y administrativo, buscando prevenir, minimizar, corregir y/o compensar las alteraciones ambientales indeseadas generadas por el desarrollo de diferentes procesos antrópicos. La naturaleza de los estudios en Ingeniería Ambiental ha venido cambiando a lo largo de su trayectoria. Se inició básicamente a comienzos del siglo pasado cuando la Ingeniería Ambiental no existía como profesión, pero profesionales de otras disciplinas comenzaron a identificar y cuantificar en Europa y Estados Unidos las transformaciones ambientales generadas por la incipiente industrialización. Desde la década de los 90 hasta nuestros días, la Ingeniería Ambiental se ha constituido en una profesión que pretende diseñar tecnologías para controlar las actividades antrópicas que alteran negativamente la calidad ambiental. En Colombia, la Ingeniería Ambiental es una profesión relativamente reciente y se basa en la síntesis de ciencias básicas y conocimientos ingenieriles para resolver los problemas ambientales. Una diferenciación fundamental entre la gran mayoría de las Ingenierías y la Ingeniería Ambiental es que los ingenieros generalmente son analíticos y se han ido especializando poco a poco en la medida en que profundizan en el análisis de los

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problemas que deben resolver. Por el contrario, la Ingeniería Ambiental requiere sintetizar los conocimientos de muchas disciplinas para lograr definir soluciones que sean:

• Tecnológicamente adecuadas • Económicamente viables • Socialmente aceptadas • Ecológicamente insertadas

De esta forma, la Ingeniería Ambiental recurre a los conocimientos de áreas tan diversas como son: biología, sociología, economía, ingeniería civil, mecánica, matemáticas, química, entre otras, para poder desarrollar soluciones verdaderamente efectivas; lo que sin duda estimula la generación de aportes académicos característicos de esta profesión y posibilita el trabajo en grupos multidisciplinarios. Según la Asociación Colombiana de Facultades de Ingeniería - ACOFI, el objetivo de la Ingeniería Ambiental debe estar centrado en “la formación de recursos humanos que, con un profundo dominio del conocimiento científico y tecnológico, sean capaces de identificar, comprender y proponer alternativas de solución a los problemas ambientales relacionados con el desarrollo de la sociedad” (ACOFI, 1999:20). De acá se deduce que la finalidad de este campo del conocimiento es formar profesionales integrales que, bajo perspectivas multidisciplinarias, sean competentes para diseñar e implementar medidas técnicas a partir de las cuales se aporte elementos al mejoramiento de la problemática ambiental contemporánea. - Tecnología en Saneamiento Ambiental Según la Organización Panamericana de la Salud (OPS), el saneamiento ambiental tiene como finalidad la promoción y el mejoramiento de las condiciones de vida a nivel urbano y rural, y comprende el manejo del agua, las aguas residuales y excretas, así como los residuos sólidos y el comportamiento higiénico que, en conjunto, pueden actuar como una amenaza de contaminación y de afectación de la salud humana. En otras palabras, el saneamiento ambiental es un conjunto de técnicas y actuaciones socioeconómicas relacionadas con la prevención y el mejoramiento de la calidad del ambiente humano, abarcando tres sectores generales (según la OPS): - El abastecimiento de agua (fuentes de agua para consumo y potabilización) - Aguas residuales (recolección, tratamiento y aprovechamiento) y - Residuos sólidos (gestión integrada de los residuos sólidos peligrosos y no peligrosos). Complementando lo anterior, otros autores aseguran que el área de estudio del saneamiento ambiental no se limita únicamente a estos tres ejes temáticos (propios del saneamiento básico) e incluye también la problemática ambiental y sanitaria relacionada

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con la higiene y seguridad ocupacional y la contaminación del aire, suelo y alimentos. Estas ideas son expuestas con claridad por Campos (2003), para quien el principal objetivo del saneamiento ambiental es el abatimiento de la contaminación general en el aire, suelo y agua, y por Acosta (2008), quien afirma que dentro de las medidas que conforman el saneamiento ambiental se pueden identificar (además de los tres componentes definidos por la OPS), el control de la contaminación atmosférica y del ambiente, el control higiénico de los alimentos y la higiene y seguridad en el trabajo. En suma, se entiende que el campo de acción del saneamiento ambiental abarca el manejo de residuos sólidos, las condiciones de higiene y seguridad laboral y las problemáticas ambientales y sanitarias asociadas con la contaminación hídrica, atmosférica, del suelo y de alimentos.

De esta forma finaliza este módulo introductorio a la problemática y estudio del ambiente, con la esperanza de que los estudiantes tengan una idea general de su profesión y de las temáticas que encontrará en los próximos años de estudio. Quiero aprovechar la oportunidad para animarlos a seguir adelante con sus estudios y espero que puedan encontrar en el tema ambiental una gran pasión, porque cada uno de ustedes tiene una gran responsabilidad social y puede hacer la diferencia al tomar un papel activo en la sociedad, diseñando y formulando alternativas viables para la construcción de una sociedad más sustentable, más justa, más digna y de mejor calidad para todos los habitantes actuales y venideros de este país.

“Podemos frenar los procesos ya iniciados, legislar para consumir menos combustibles fósiles, repoblar en masa los bosques devastados… todas ellas excelentes iniciativas pero que se reducen, en su conjunto, a la figura del navío que navega a veinticinco nudos hacia un obstáculo en el que irremediablemente se estrellará y sobre cuya pasarela el oficial de

guardia ordena a la máquina reducir un décimo la velocidad sin cambiar el rumbo” Michel Serres

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FUENTES CONSULTADAS

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