Laboratorio de Suelos, Aguas y Foliares fortalece la formación, la investigación y la extensión en la Orinoquia

 Este espacio de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Orinoquia se consolida como un eje estratégico para el desarrollo sostenible de la región. Desde allí se integran la formación académica, la investigación aplicada y la extensión universitaria, con impacto directo en las comunidades y los sectores productivos.

Allí se realizan análisis fisicoquímicos y biológicos de suelos, aguas y tejidos foliares, esenciales para orientar decisiones en fincas, proyectos productivos, instituciones públicas y privadas, así como en iniciativas de conservación ambiental. Los resultados permiten mejorar la productividad agropecuaria, optimizar el uso de los recursos naturales y promover una gestión territorial basada en el conocimiento científico.

El equipo coordinador del Laboratorio menciona que más que un laboratorio de análisis, este es un lugar académico vivo en donde se integran la docencia, la investigación y la extensión universitaria, con impacto directo en la región Orinoquia.

Además de su función analítica, es un escenario pedagógico que fortalece los procesos de enseñanza-aprendizaje de la Sede Orinoquia. Las prácticas realizadas permiten que los estudiantes desarrollen competencias científicas, éticas y analíticas, enfrentándose a problemas reales del territorio y proponiendo soluciones ajustadas a los retos ambientales y productivos de la región.

Articulación con el SENA para la formación técnica

En el marco de un convenio interinstitucional, el Laboratorio trabaja articuladamente con el Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA). A través de esta alianza, los aprendices del programa de Monitoreo Ambiental realizan prácticas y demostraciones en las que participan en todas las etapas del proceso: desde la toma de muestras hasta la interpretación de resultados y su relación con la calidad del suelo y del agua.

“Durante la jornada realizada en el Laboratorio de Agua y Suelo, los aprendices tuvieron la oportunidad de reconocer los materiales, equipos e instrumentos utilizados en los procesos de laboratorio, así como de observar los procedimientos fisicoquímicos aplicados en muestras de agua y suelo. Esta experiencia les permitió comprender directamente cómo se desarrollan los análisis, reforzando así su capacidad para interpretar resultados, aplicar metodologías de muestreo y comprender la importancia del análisis técnico en la gestión ambiental, fortaleciendo además el vínculo entre la academia y la formación técnica y promoviendo el aprendizaje práctico y el desarrollo de competencias esenciales para el ejercicio profesional”, destaca Silvia Dayanna Cárdenas Ramírez, instructora del SENA.

Soporte para la investigación y la extensión universitaria

El Laboratorio también respalda proyectos de investigación desarrollados por docentes, estudiantes y grupos de trabajo de la Sede Orinoquia. Los análisis se convierten en insumos para publicaciones científicas, propuestas de innovación y recomendaciones de manejo que se comparten con comunidades rurales, asociaciones de productores y entidades territoriales.

En el componente de extensión, impulsa procesos de capacitación, asesoría técnica y demostraciones de métodos de análisis dirigidas a productores, técnicos, instituciones educativas y organizaciones comunitarias, acciones que promueven prácticas sostenibles, fortalecen capacidades locales y contribuyen a la gestión eficiente de los recursos naturales.

Herramienta digital transformaría el tratamiento de aguas en zonas rurales de Colombia

 Solo el 2 % de la población rural del país accede a algún tipo de tratamiento de aguas residuales, mientras que cerca del 60 % de estas se vierten directamente a ríos y quebradas, entre otras fuentes hídricas. Para enfrentar este problema, una herramienta digital permite identificar qué tecnologías de tratamiento son más adecuadas para cada territorio según sus condiciones técnicas, sociales y ambientales. La innovación fue validada en Santander de Quilichao (Cauca), uno de los municipios PDET (priorizado por los Programas de Desarrollo con Enfoque Territorial) más afectados por el conflicto armado, y ofrece una solución ajustada a las necesidades reales de la ruralidad colombiana.

La ingeniera ambiental Daniela Fajardo Martínez, magíster en Ingeniería - Recursos Hidráulicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), desarrolló este método innovador que funciona gracias a softwares especializados y herramientas geográficas que analizan bases de datos gubernamentales e informes técnicos sobre la ruralidad y las aguas residuales en Colombia. Lo novedoso es que se transforma el paradigma tradicional, es decir que las aguas residuales domésticas ya no se ven solo como desecho, sino que se convierten en un recurso valioso a partir del cual se puede generar fertilizantes, energía y agua tratada.

“La adopción de la economía circular en el manejo de aguas residuales no solo permite reducir la contaminación y el estrés hídrico, sino que además contribuye a la restauración del ciclo natural del agua y a la generación de subproductos de valor”, explica la investigadora Fajardo, quien basó su trabajo en los principios establecidos por el Banco Mundial y los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Para validar la efectividad de la herramienta seleccionó el municipio de Santander de Quilichao (Cauca), uno de los territorios PDET más afectados históricamente por el conflicto armado. Con una cobertura de acueducto rural del 42 % y de alcantarillado del 15 %, además de enfrentar sequías prolongadas por efectos del cambio climático, este municipio presentaba condiciones ideales para evaluar tecnologías bajo el esquema de unidades sanitarias secas.

Tres tipos de agua, tres soluciones tecnológicas

La investigación partió identificando 20 tecnologías bajo el enfoque de economía circular, clasificadas según el tipo de agua residual: amarillas (orina), grises (duchas, lavamanos, cocina) y marrones (materia fecal). Así, mediante algoritmos la herramienta es capaz de encontrar qué modelo u opción es mejor en cada caso para implementarla.

“Encontramos que en este municipio las mejores opciones serían: para aguas residuales amarillas, un reactor de bajo costo para la producción de estruvita sería la mejor alternativa en la mayoría de las veredas. Esta tecnología, con un costo aproximado de $2,1 millones, no requiere energía eléctrica y puede recuperar más del 80 % de los nutrientes presentes en la orina, generando un  fertilizante mineral de alta calidad especialmente valioso para la economía agrícola local”, asegura la investigadora.

Por otro lado, para aguas residuales grises, los filtros sostenibles se posicionaron como la solución más viable, utilizando materiales naturales como arena, aserrín y carbón activado para producir agua tratada utilizable en riego y limpieza; y para las aguas residuales marrones, los biodigestores destacaron como la tecnología más apropiada y se empleado antes en algunas veredas del municipio, transformando los desechos en biogás para cocina y abono líquido, reduciendo además la dependencia de leña o gas comercial.

El estudio analizó 106 veredas donde conviven campesinos, comunidades indígenas (53,9 %) y afrodescendientes (46,1 %), evaluando 9 tecnologías diferentes, 3 para cada tipo de agua residual doméstica, y lo más interesante es que, como enfatiza la experta: “la herramienta no se limita a Santander de Quilichao, pues la metodología se diseñó para adaptarse a los 170 municipios PDET o cualquier zona rural del país”.

Esta capacidad de adaptación territorial representa un avance significativo hacia el cumplimiento del ODS 6: Agua limpia y saneamiento, y las metas de la Estrategia Nacional de Economía Circular (ENEC), que busca incrementar en un 50 % los proyectos de reúso de aguas residuales tratadas.

Para ello implementó la evaluación de múltiples criterios ambientales, técnicos (diseño, construcción, operación y mantenimiento), económicos (viabilidad y sostenibilidad tecnológica), socioculturales (dinámicas sociales, costumbres y saberes), y de riesgos (posibles afectaciones), mediante el método de evaluación TOPSIS, en el lenguaje de programación R, el cual permite procesar información especializada y generar mapas mediante sistemas de información geográfica (SIG), teniendo en cuenta el tipo de tecnología que más se ajusta al territorio.

“Los criterios se seleccionaron fundamentándose en los lineamientos conceptuales y estructurales previamente identificados para Colombia, mientras que la ponderación de las dimensiones se estableció a partir de la consulta a 15 expertos del sector”, detalla la investigadora.

La herramienta desarrollada considera variables específicas como topografía, acceso vial, disponibilidad de materiales, aceptación cultural y condiciones climáticas, lo que permite su replicación en cualquier contexto rural colombiano.

Un modelo replicable para todo el país

A pesar de los avances normativos, en Colombia persisten desafíos en la implementación, como falta de claridad regulatoria, altos costos de algunas tecnologías, ausencia de incentivos económicos y debilidades en la articulación institucional. Sin embargo, la investigación demuestra que las soluciones existen y son económicamente viables.

“Colombia cuenta con las capacidades técnicas para implementar soluciones circulares en el manejo de aguas residuales. Lo que se requiere es voluntad política, inversión coordinada y marcos normativos actualizados que incentiven estos proyectos”, concluye la investigadora.

Los resultados, presentados en el XVII Congreso Iberoamericano de Sistemas de Abastecimiento, Saneamiento y Riego (2023) celebrado en España, representan un modelo replicable que  transformaría la gestión de aguas residuales en toda la ruralidad colombiana, convirtiendo un problema histórico en una oportunidad de desarrollo sostenible.

Con altas temperaturas tratan lodos de las aguas residuales

 
La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) El Salitre produce alrededor de 300 toneladas diarias de residuos orgánicos (biosólidos) resultantes del proceso de purificación del agua, los cuales se acumulan sin una disposición definitiva. Un ingeniero mecánico propone tratarlos a través de pirólisis, un proceso que usa altas temperaturas sin oxígeno para descomponer materiales y transformarlos en subproductos como carbonizados con potencial uso como fertilizante para suelos agrícolas.

Las aguas residuales que provienen del norte y centro de Bogotá llegan a la PTAR El Salitre, ubicada en el noroccidente de la ciudad, entre las localidades de Suba y Engativá. Estas aguas –que vienen de hogares, industrias y comercios– pasan por un proceso de tratamiento mediante el cual se eliminan primero los sólidos grandes, las arenas y grasas, y luego, en una etapa biológica, los microorganismos especializados descomponen la materia orgánica y así se mejora la calidad del agua.

Al final de este proceso se obtiene agua más limpia que se devuelve a los ríos, y también un residuo sólido compuesto por lodos y restos de materia orgánica: los biosólidos, que aunque son ricos en nutrientes como nitrógeno y fósforo, también pueden contener metales pesados como plomo, mercurio y arsénico, además de material patógeno como bacterias, por lo que es necesario aplicar un tratamiento adecuado antes de su disposición o su posible reutilización.

“Nuestro grupo, Biomasa y Optimización Térmica de Procesos (BIOT), recibió este problema y por eso estudiamos diferentes tecnologías para el procesamiento de la pirólisis. En este caso empleamos el reactor de lecho fluidizado”, explica Andrés Felipe Pardo Martínez, estudiante de la Maestría en Ingeniería - Ingeniería Mecánica de la UNAL Sede Bogotá.

La pirolisis es una técnica que permite transformar la materia orgánica en productos sólidos, líquidos y gaseosos. En esta investigación se enfocaron específicamente en los sólidos resultantes, conocidos como carbonizados, analizando su composición y posibles aplicaciones.

Pruebas de laboratorio

El proceso experimental comenzó con la recolección de muestras de biosólidos de la PTAR El Salitre, tarea adelantada por algunos investigadores del grupo; para avanzar en el estudio, en el laboratorio se sometieron dichas muestras a un tratamiento previo de secado y molienda.

Después el estudiante realizó pruebas en el reactor de lecho fluidizado que mantenía las partículas suspendidas mediante un flujo de aire a alta velocidad, lo cual mejora la eficiencia del calentamiento y la conversión de los biosólidos, lo que le permitió observar cómo las distintas temperaturas influían en su transformación.

Las pruebas se realizaron en un rango de temperaturas entre 700 y 900 °C y en la marcha, y además se identificó que a medida que se incrementaba la temperatura, la cantidad de material sólido generado disminuía.

“A 700 °C se obtuvo alrededor de un 54 % de carbonizados, mientras que a 900 °C bajó a un 42 %. Este fenómeno se debe a que, con temperaturas más elevadas, una mayor proporción de los componentes volátiles se libera en forma de gases y líquidos”, aclara.

Otro resultado que llamó su atención fue que, a temperaturas más altas, la cantidad de metales pesados en el carbonizado disminuía, ya que algunos se volatilizaban y dejaban el sólido más limpio. Además, el material obtenido tenía un alto contenido de cenizas, lo que sugiere que se podría usar en la agricultura, siempre y cuando se realicen más estudios para garantizar su seguridad.

“Los carbonizados que obtuvimos serían útiles en la recuperación de suelos degradados, pero necesitamos evaluar sus efectos a largo plazo”, afirma el investigador de la UNAL. Es importante destacar que algunos estudios de la Universidad ya han explorado el uso de materiales similares para mejorar la estructura y fertilidad del suelo, como en el cultivo de tomate.

Según el ingeniero, “el uso de un sistema de tratamiento como la pirólisis ayudaría a reducir la acumulación de estos residuos y disminuir los riesgos ambientales, a la vez que genera un material útil para la agricultura. Estamos ante una alternativa que no solo resuelve un problema ambiental, sino que además generaría beneficios en otros sectores”.

“Placas” de titanio removerían cromo cancerígeno de aguas residuales industriales

 Uno de los principales responsables de la contaminación del agua en el mundo es el cromo hexavalente, metal utilizado en la industria para proteger de la corrosión piezas como parachoques, llantas, grifos y accesorios de baño. Sin embargo, al ser muy tóxico puede penetrar las células hasta causar enfermedades letales como el cáncer. Mediante el uso de láminas elaboradas a partir de dióxido de titanio y partículas de níquel se purificarían las aguas residuales de esta industria hasta en un 98 % antes de ser arrojadas a ríos y quebradas.

Juan Pablo Velásquez Tamayo, magíster en Ciencias-Física, de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, explica que, “dichas láminas son ideales para aplicar fotoelectrocatálisis, técnica que combina luz ultravioleta o UV y la electricidad para convertir el cromo hexavalente, que es muy tóxico, en cromo trivalente (una variante)  más seguro y fácil de eliminar del agua”.

“Mientras el dióxido de titanio usa la luz UV para activar reacciones químicas, el níquel mejora la conducción de electricidad, lo que hace que el proceso sea más eficiente”, señala. 

Un aspecto interesante del trabajo es que se está aplicando una solución efectiva para reducir la contaminación por cromo hexavalente, y, además, se están utilizando los principios de economía circular, “al reutilizar las aguas residuales del niquelado como fuente de níquel para sintetizar estos recubrimientos. Esto reduce costos y promueve un modelo más sostenible”, destaca el investigador Velásquez Tamayo.

El experimento consistió en extraer dos muestras de agua contaminada con cromo hexavalente y, en cada una poner una placa metálica recubierta, diseñada para activar sus funciones fotocatalíticas cuando se exponen a luz ultravioleta. Además, estas se conectaron a energía eléctrica para potenciar el proceso.

Sí descontamina

En los experimentos, los recubrimientos de mostraron una eficiencia sobresaliente para reducir. Uno de los recubrimientos, con un diseño específico denominado “ciclo útil de trabajo del 2 %”,  eliminó más del 98 % del cromo hexavalente incluso después de 16 ciclos de uso. Este resultado destaca la durabilidad y efectividad del material.

El proceso también fue evaluado bajo diferentes condiciones, como la concentración inicial de cromo hexavalente y la tensión eléctrica aplicada. El investigador determinó las condiciones óptimas para maximizar la reducción del contaminante, ajustándose a un modelo matemático que predice su comportamiento.

Esta tecnología podría transformar el tratamiento de aguas residuales en industrias como el cromado y el curtido de cuero, dos de las principales fuentes de contaminación por cromo hexavalente. Al reutilizar aguas residuales del niquelado, se reduciría la generación de desechos y se promueve una gestión más sostenible de los recursos.

Desde una perspectiva ambiental, la reducción de cromo hexavalente contribuirá a proteger los ecosistemas acuáticos y la biodiversidad. En el ámbito social, esta tecnología podría prevenir enfermedades graves relacionadas con la exposición al cromo, mejorando la calidad de vida de las comunidades cercanas a industrias contaminantes.

Aunque esta investigación aún se encuentra en fase experimental, sus resultados son alentadores. El siguiente paso será escalar la tecnología para implementarla a nivel industrial. Esto requerirá colaboración entre la academia, el sector industrial y las autoridades ambientales.

Agua subterránea del golfo de Morrosquillo sería insuficiente a 2040, urgen estudios

 Actualmente Santiago de Tolú, Coveñas, Toluviejo, San Onofre, Palmitos y Sincelejo son los seis municipios de Sucre que aprovechan el agua dulce de este acuífero. El diagnóstico de la situación actual, las tendencias a futuro y los análisis de 15 expertos arrojaron que para 2040 la inseguridad hídrica sería uno de los escenarios más probables. Estos hallazgos resaltan la importancia de hacer un estudio técnico detallado sobre cómo funciona el acuífero, el cual incida en los planes de ordenamiento territorial, sobre todo en el marco del cambio climático.

Si en esta zona del país no existieran reservorios de agua subterránea como el de Morrosquillo, el abastecimiento para la población se vería muy limitado, pues la zona se caracteriza por una baja pluviosidad o lluvias y poca presencia de aguas superficiales con capacidad suficiente de suplir la demanda.

El ingeniero ambiental Armando Javier Gómez Montes, magíster en Estudios Urbano - Regionales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, afirma que “por eso vimos que era importante analizar las condiciones de este acuífero y su posible destino en 2024, en el marco del cambio climático”.

Ahora bien, el estudio de dicha formación geológica que almacena agua representa retos porque no hay suficiente información cuantitativa, además de que es una zona de vocación turística, minería de piedra caliza, y actividades ganaderas y agrícolas.

“Teniendo en cuenta dicha situación mezclamos métodos cuantitativos y cualitativos, buscamos fuentes secundarias como los datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (Ideam), los planes de ordenamiento territorial, hicimos análisis con distintos softwares y desarrollamos un panel con 15 expertos”, menciona el investigador.

Así, con ayuda del software SmartPLS 4.0 se identificó que los factores que más influyen en la seguridad hídrica del acuífero de Morrosquillo son: la población local y su poca conciencia ambiental; el ordenamiento territorial; el clima (temperatura y precipitación); las coberturas y usos (deforestación, cultivos, árboles maderables y palma de aceite); y las actividades económicas (ganadería y minería de caliza).

“Otros factores como el aumento de turistas, las deficiencias en el alcantarillado y la extracción ilegal del recurso hídrico no tuvieron tanta relevancia porque no pesaron lo suficiente entre los expertos”, amplía.

Las hipótesis más probables

Según el diagnóstico actual, las tendencias y el panel –todo sistematizado y correlacionado en computador–, en 2040 Santiago de Tolú, Coveñas, Toluviejo, San Onofre, Palmitos y Sincelejo, municipios ubicados en el golfo de Morrosquillo, tendrán una población que superará los 540.614 habitantes proyectados por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE).

Sincelejo, la capital de Sucre, tendría 189.027 habitantes para ese año, es decir el 66 % de la población total de los municipios juntos. Por eso es crucial reconocer el peso de cada localidad en relación con el acuífero.

“Por ejemplo, con esta habría que reglamentar especialmente los usos del suelo sobre el acuífero de Morrosquillo, pues su principal fuente de abastecimiento es otro acuífero, el de Morroa. Esto mismo se podría plantear en los otros municipios, según su relevancia en la gestión de las aguas subterráneas y de las zonas de recarga”, precisa el magíster Gómez.

Así mismo, señala que es probable que la ganadería continúe en los territorios y que la minería aumente sobre los Montes de María. También habría un aumento de la deforestación, sobre todo en áreas protegidas, lagunas costeras y ecosistemas de manglar, y tanto las alcaldías como las corporaciones ambientales y la Gobernación seguirían con una gestión ineficiente.

“En definitiva, siguen las tendencias, es decir, la realidad actual nos condiciona el futuro. Por eso estos hallazgos también son un llamado en torno a la necesidad de estudiar técnicamente el acuífero para saber cómo funciona y cómo gestionarlo adecuadamente, pues a 2040 el escenario de inseguridad hídrica es el más probable”, sentencia el investigador.

De igual manera plantea como una solución posible la exploración y el estudio de zonas aledañas que puedan proveer el recurso, como ocurre en sitios como el Valle de Aburrá (Antioquia), donde los territorios externos al Valle son los que sostienen la demanda hídrica de la gran urbe.

Según el experto, “todo esto implicaría, en esencia, controvertir uno de los pronósticos fortaleciendo la capacidad de gestión de las instituciones, de manera que se hagan nuevos análisis y mejores planes de ordenamiento territorial, con el fin de que las soluciones sean sostenibles en el tiempo”.

Nuevo índice permitirá evaluar los niveles de contaminación en aguas residuales de la minería

 En un esfuerzo por abordar la creciente problemática de la contaminación del agua en el departamento de Caldas, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) ha propuesto un índice de calidad del agua residual (ICAR) específico para evaluar los efluentes resultantes del proceso de lixiviación de oro con cianuro, es decir los desechos líquidos que se generan cuando se utiliza cianuro para extraer oro de las rocas.

Guillermo Humberto Gaviria López, candidato a Doctor en Ingeniería Química de la UNAL, adelantó una investigación en Caldas por su marcada tradición minera, especialmente de oro, factor que ha impulsado su economía tanto local como nacional, pues solo en 2020 aportó el 5 % de la producción total de oro del país.

Esto refleja no solo la riqueza mineral del departamento sino también la importancia de la minería en la generación de empleo y en el desarrollo de infraestructuras en la región. La minería de oro en Caldas involucra a grandes empresas mineras y a mineros artesanales, lo que le añade una dimensión socioeconómica relevante al análisis de su repercusión en la comunidad local.

Pese a este importante aporte, la minería extractiva del oro genera vertimientos con diferentes componentes químicos, algunos de los cuales pueden ser tóxicos, como el cianuro, que se usa para extraer el oro de la roca mediante lixiviación. Estos vertimientos provocan impactos dañinos sobre las fuentes de agua, y sus efectos se pueden extender a la fauna y flora de la región.

Precisamente, en una apuesta para evitar que esto suceda, el ingeniero Gaviria y los estudiantes y profesores del Grupo de Investigación Prisma de la UNAL Sede Manizales diseñaron el ICAR, herramienta que les permitirá a pequeños y grandes mineros evaluar la calidad de los vertimientos con la meta de cumplir la normativa ambiental colombiana.

“Para calcularlo empleamos el método del índice aritmético ponderado, que evalúa 23 parámetros fisicoquímicos como temperatura, pH, demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno, sólidos suspendidos totales, grasas y aceites, cianuro y varios metales pesados, entre otros”, explica el investigador.

El nuevo índice involucra: (i) una valoración cuantitativa del conjunto de parámetros contemplado en la Resolución 0631 de 2015; (ii) una valoración cualitativa (por letras) del estado del efluente: A: bueno, B: aceptable, C: regular, y D: malo; y (iii) una valoración cualitativa por colores o “semaforización”, donde azul es lo más positivo; verde y amarillo: regular; naranja: malo; y rojo: preocupante. 

“Para calcularlo empleamos el método del índice aritmético ponderado, que evalúa 23 parámetros fisicoquímicos como temperatura, pH, demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno, sólidos suspendidos totales, grasas y aceites, cianuro y varios metales pesados, entre otros”, explica el investigador.

El nuevo índice involucra: (i) una valoración cuantitativa del conjunto de parámetros contemplado en la Resolución 0631 de 2015; (ii) una valoración cualitativa (por letras) del estado del efluente: A: bueno, B: aceptable, C: regular, y D: malo; y (iii) una valoración cualitativa por colores o “semaforización”, donde azul es lo más positivo; verde y amarillo: regular; naranja: malo; y rojo: preocupante. 

Herramienta eficaz

Por 6 meses el investigador Gaviria y un grupo de estudiantes de pregrado e integrantes del semillero de investigación realizaron varios muestreos de aguas residuales de la etapa de lixiviación de oro con cianuro procedentes de distintos entables mineros en Caldas. Los resultados de las  mediciones de laboratorio permitieron calcular el ICAR y se encontró un valor 828,06, que se considera elevado.

“Este valor indicó muy mala calidad del agua residual, lo que subrayó la necesidad de contar con alternativas de tratamiento específicas para los efluentes mineros en el departamento”, anota el ingeniero químico.

Señala además que “el desarrollo de este índice de no solo ha permitido una evaluación integral de la calidad del agua en Caldas, sino que también proporciona una herramienta para planificar acciones de mitigación”.

Su implementación puede ayudar a valorar la huella integral de las medidas de atenuación de la contaminación, guiando políticas y estrategias de gestión ambiental más efectivas. En este sentido, se presenta como un recurso para los responsables de la toma de decisiones y para las comunidades afectadas por la actividad minera.

El avance logrado por los investigadores tiene el potencial de transformar la gestión ambiental en regiones mineras no solo en Colombia, sino en otros países con desafíos similares.

La capacidad de este índice para proporcionar una medida clara y cuantificable de la calidad del agua residual es fundamental para la planificación y ejecución de políticas ambientales. Su adopción puede facilitar la identificación de las áreas más críticas, en donde la intervención es más urgente, y permitir una asignación de recursos más eficiente para el tratamiento y la remediación.

Es importante destacar que el indicador también puede desempeñar un papel educativo, aumentando la conciencia sobre las incidencias ambientales de la minería y promoviendo prácticas más responsables y sostenibles. La comunidad académica, las autoridades locales y los habitantes de las regiones mineras pueden beneficiarse de una mayor comprensión de los riesgos asociados con los efluentes mineros y de las medidas necesarias para mitigarlos.

Esta iniciativa busca mejorar la calidad de las aguas de la industria de minería de oro que son vertidas a diferentes cuerpos de agua, propendiendo por la preservación de los ecosistemas y la salud humana. Su implementación puede ser un paso importante hacia la planificación un futuro más limpio y seguro para las áreas afectadas por la minería, marcando un hito en la gestión ambiental de Colombia y estableciendo un modelo que podría ser replicado en otros contextos mineros globales.

Esta investigación doctoral en Ingeniería Química está enlazada al proyecto de investigación Hermes 55259, “Oxidación electroquímica de efluentes diluidos contaminados con cianuro provenientes del proceso de lixiviación de oro”.

 

En la UNAL crean material “inteligente” para limpiar aguas contaminadas

 En pruebas de laboratorio, la membrana desarrollada, similar a una delgada tela de color café claro, tuvo una capacidad de remoción de contaminantes orgánicos superior al 70 %, incluyendo hidrocarburos y grasas derivadas de la extracción del petróleo. Cuando está saturada se expone a una luz ultravioleta y libera los contaminantes adsorbidos.

Su creador, Juan Sebastián Flórez Varón, magíster en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), explica que “la ‘membrana’ fue diseñada de tal manera que fuera flexible y adsorbente”. 

Está compuesta por dos partes: un grupo funcional que permite que el material tenga características inteligentes, y una estructura de soporte elaborada en un material carbonoso residual de los procesos de refinación de petróleo, de ahí su color ocre.

“Material inteligente” fue la denominación que le atribuyó el investigador, dado que este material puede cambiar sus propiedades fisicoquímicas en respuesta a la luz ultravioleta. Inicialmente actúa como una trampa para contaminantes orgánicos como hidrocarburos y grasas, mezcla compleja que se genera durante la extracción de petróleo y gas natural, conocidas como aguas de producción.

Los contaminantes se adhieren a su superficie, como en un proceso de filtración. Cuando se satura se expone a luz ultravioleta, lo que provoca un cambio en sus propiedades y libera los contaminantes adsorbidos. “Esto permite limpiar y reutilizar el material en ciclos sucesivos de tratamiento de agua”, explica el magíster.

En la actualidad, las aguas de producción pasan por tratamientos largos y costosos que incluyen procesos físicos y químicos para separar el agua del crudo y reducir los contaminantes a niveles aceptables según las normativas ambientales, entre ellas la Resolución 631 de 2015 en Colombia. Sin embargo, estos procesos no siempre logran una calidad del agua suficiente para otros usos como el riego de cultivos, de ahí la relevancia de este estudio.

¿Cómo se creó?

Se realizaron varios procesos meticulosos. El investigador tomó el material carbonoso residual (granulado) y lo hizo funcional desde la química para lograr propiedades oleofílicas para retener las grasas y luego convertirse en oleofóbico, es decir capaz de repeler aceites y grasas cuando se expone a luz ultravioleta; así se remueven del agua.

Para eso utilizó un proceso llamado electrospinning (o electrohilado) que convierte el material carbonoso en membrana. “Se toma una dispersión polimérica del material y la inyecta a tasas muy bajas a través de un campo electromagnético. Imaginemos un rodillo girando y estos hilitos se van depositando y entrelazando sobre su superficie para formar la membrana”, describe el investigador. 

Esta estructura de fibras imperceptibles al ojo humano (nanofibras) entrelazadas no solo brindan una enorme área de superficie para una mayor eficiencia en la captura de contaminantes, sino que también le confiere resistencia mecánica a la membrana, es decir que no se rompe fácilmente.

Pruebas de descontaminación

La evaluación del material involucró pruebas en el laboratorio, incluyendo análisis fisicoquímicos, microscopía electrónica y pruebas de filtración con muestras de agua de producción sintética. En este último incluyó la membrana en un filtro pequeño con capacidad de 500 mililitros (mL) que contenía agua artificial creada para imitar a las aguas contaminadas por la extracción de petróleo o gas natural.

Luego del montaje, la membrana se probó como material filtrante y demostró una capacidad de remoción superior al 70 % para los contaminantes orgánicos. 

Dentro de sus componentes interesantes está el mecanismo de regeneración cíclica. Cuando la membrana se satura de contaminantes, simplemente se expone a luz ultravioleta y esto activa su propiedad oleofóbica liberando los contaminantes retenidos. Luego, con un simple lavado, queda lista para utilizar de nuevo.

Aunque aún queda el interrogante sobre cuánto tiempo tendría de vida útil, el experto menciona que “la idea con estos resultados es que se dé un proceso de maduración de la tecnología para conocer los limitantes y su funcionalidad completa”. 

El estudio contó con la colaboración del profesor Julio César Vargas Sáenz, de la Facultad de Ingeniería de la UNAL, y de Diego Rolando Merchán Arenas, profesional de Innovación y Tecnología del Instituto Colombiano de Petróleo (ICP).

Urge mejorar tratamiento de aguas contaminadas por fármacos

 Los “contaminantes de preocupación emergente” –entre los que se encuentran medicamentos y cosméticos– son un problema mundial asociado, por ejemplo, con la feminización de peces macho y la resistencia de ciertas bacterias a los antibióticos. Los procesos de oxidación avanzados basados en ozono –capaces de cambiar la estructura de los contaminantes aumentando su biodegradabilidad– eliminarían en solo 60 segundos más del 50 % de los fármacos presentes en nanogramos por litro de agua residual, y reducirían a la mitad la generación de otros compuestos tóxicos durante el proceso.

Cada vez que usted toma un medicamento su cuerpo absorbe una fracción de este y lo demás, conocido como “activo no metabolizado”, lo expulsa a través de la orina o las heces, y así se convierten en “contaminantes de preocupación emergentes” que llegan a ríos y mares. Se trata de sustancias químicas o materiales que últimamente se han detectado en las aguas y cuya presencia puede suponer un riesgo para el medioambiente y la salud humana.

Una de sus consecuencias más preocupantes es la presencia de antibióticos y su contribución a que algunas bacterias se vuelvan más resistentes a ellos, una de las 10 amenazas más grandes para la salud pública según la Organización Mundial de la Salud (OMS).

“Estudios adelantados en Medellín y Bogotá detectaron concentraciones altas de paracetamol, azitromicina, losartán y naproxeno en algunos efluentes”, señala María Angélica Prada Vásquez, doctora en Ingeniería - Recursos Hídricos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

Esto se debe no solo al aumento de la producción y el consumo de fármacos, sino también a que los actuales sistemas de tratamiento de aguas residuales del país están diseñados especialmente para eliminar sólidos en suspensión y materia orgánica degradable, y por lo tanto son incapaces de limpiar dichos contaminantes presentes en contracciones tan bajas.

Para solventar esta falencia, la investigadora Prada evaluó una avanzada tecnología basada en el ozono, que por ser un agente oxidante puede degradar una gran variedad de estos contaminantes.

“La ozonización, que opera a través de los radicales hidroxilos, se usa en pocos países (Suiza, por ejemplo) porque es costosa y aún tiene algunas limitaciones, entre ellas dos principales: (i) por ser un gas, el ozono es poco soluble en agua, y (ii) se logran ‘bajas tasas de mineralización’, es decir que después del proceso deja otros productos que pueden ser incluso más tóxicos que los compuestos originales. La tesis doctoral se enfoca en mejorar esas dos limitaciones”, afirma.

Para limpiar agua contaminada con ibuprofeno, la investigadora probó en laboratorio tres combinaciones basadas en ozono: ozono más luz, ozono más oxidante (peroximonosulfato de potasio) y ozono más catalizador (zeolitas).

La solución se depositó en un prototipo de reactor con capacidad de un litro; se aplicó cada combinación y se midieron los tiempos de degradación y los costos. “Encontramos que el ozono con la zeolita sería el sistema más efectivo para eliminar por completo el ibuprofeno, y además degradaría el 50 % de la mineralización o carbono orgánico total”, menciona la investigadora.

Sobre la poca solubilidad del ozono en agua, la magíster optimizó un dispositivo desarrollado por investigadores de la Universidad de Oporto (Portugal). “Se trata de un sistema en el que se inyecta el ozono a través de un contactor de membrana que permea el gas a la fase líquida. Lo que ocurre es que se crean unas microburbujas y aumenta la transferencia de masa. Así determinamos que el caudal del gas debe ser de 0,75 litros por minuto (l/min) y el del agua 100 l/h”.

En Portugal y España se probaron los métodos en aguas residuales reales. “Con el dispositivo eliminamos en 60 segundos 12 compuestos de los 21 detectados, es decir más del 50 % de estos; quizá aumentando un poco el tiempo de residencia se eliminen por completo, mientras que con un sistema de ozonización convencional tardaríamos entre 30 minutos y una hora. Por otro lado, con las zeolitas aumentó 3 veces la velocidad de degradación de los contaminantes en el agua frente a una ozonización única”, explica.

Esta investigación, que es un avance para la protección efectiva de las fuentes de agua, los ecosistemas y la vida humana, obtuvo el reconocimiento de “Tesis Laureada” y fue posible gracias a los laboratorios de la UNAL Sede Medellín, al grupo de investigación en Remediación y Biocatálisis de la Universidad de Antioquia, la Universidad Politécnica de Valencia (España) y la Universidad de Oporto.

Pepeaderos: círculo de vida en las aguas del Amazonas

 Conocedores de la región han identificado que más de 106 especies de pepeaderos -árboles, arbustos, bejucos, palmas y hierbas-, son utilizados por las comunidades como alimento o medicina, pero en años recientes, también como materia prima para la construcción de sus viviendas, por lo que se hace necesario reforestar con especies nativas para que, en la época de aguas altas, cuando los peces regresen encuentren las pepas que les sirven como alimento.

Las frutas, semillas y nueces al caer al agua atraen a una gran variedad de peces como gamitanas o bagres, esenciales para la seguridad alimentaria de las comunidades amazónicas, y a la vez sustento de otras especies como delfines o caimanes.

Leticia y sus alrededores son de las zonas del país en donde más se consume pescado; por ejemplo, mientras en el interior una persona come unos 3 kg al mes, allí puede ser hasta 20 kg al mes, un dato que evidencia la importancia de conservar este recurso para la sostenibilidad y alimentación de las comunidades.

Durante 15 años se han adelantado proyectos para garantizar la prosperidad de la pesca en el Sistema Lagunar y quebrada de Yahuarcaca, cerca de Leticia, formada por 21 lagos y parte del río Amazonas. El trabajo incluye a 7 comunidades que hoy suman más de 3.500 pobladores, haciendo múltiples actividades para garantizar la “gobernanza pesquera y ambiental”.

La gobernanza es la capacidad que logren las comunidades para manejar el recurso sin que se acabe; por eso hace 10 años se fundó la organización TIKA, formada por los pescadores artesanales de los lagos, quienes en 2022 recibieron recursos de su primer gran proyecto del programa Visión Amazónica, en el cual la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Amazonia, 

a través del Grupo de Investigación en Limnología Amazónica, dirigido por el profesor Santiago Duque, fue clave para el manejo administrativo.

Dentro de la categoría de gobernanza pesquera y ambiental está el proyecto Pepeaderos, en el que se sincroniza casi de forma mágica el ciclo reproductivo de las plantas con el río, y entonces, 

mientras que el bosque no está inundado, las “pepas” se siembran como alimento para la comunidad, pero cuando este crece y todo se inunda,

, mientras que el bosque no está inundado, las “pepas” se siembran como alimento para la comunidad, pero cuando este crece y todo se inunda, los arboles liberan las semillas que son fuente de alimento para los peces, que a su vez alimentan y sostienen la economía de los pobladores.