Maestría en Ingeniería - Énfasis en Ingeniería Sanitaria y Ambiental

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https://hdl.handle.net/10893/7576

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Acceso abierto
Tratamiento de aguas residuales domésticas usando cavitación hidrodinámica como método avanzado de oxidación
(Universidad del Valle, 2025) Grueso Viveros, Marcelo Andrés; Machuca-Martínez, Fiderman; Becerra Moreno, Dorance
El vertimiento de aguas residuales domésticas constituye un desafío ambiental en regiones urbanas y periurbanas debido a la elevada carga de materia orgánica y la presencia de contaminantes emergentes. Ante estas limitaciones, los procesos avanzados de oxidación se han consolidado como alternativas de tratamiento. En este estudio se evaluó la cavitación hidrodinámica asistida con peróxido de hidrógeno como método de oxidación avanzada para la depuración de aguas residuales domésticas. El objetivo principal fue determinar la eficiencia del sistema en la remoción de materia orgánica y contaminantes emergentes bajo condiciones controladas de operación. La investigación se desarrolló en sistema discontinuo utilizando un dispositivo Venturi, bajo un diseño experimental Box-Behnken que consideró variaciones de pH (3, 6 y 9), presión (10, 30 y 50 psi) y concentración de H₂O₂ (100, 250 y 400 ppm). La respuesta fue evaluada en términos de demanda química de oxígeno (DQO), y en condiciones optimizadas se realizó la evaluación complementaria de contaminantes emergentes (ibuprofeno y estrógenos), sólidos, nutrientes y parámetros fisicoquímicos básicos. Los resultados evidenciaron que la combinación de pH 3, presión de 34,3 PSI y concentración de 400 ppm de H₂O₂ permitió alcanzar una reducción de DQO superior al 92 % en 120 minutos de tratamiento, mostrando un comportamiento reproducible y estable. En condiciones optimizadas, se obtuvieron reducciones del 21,3 % para ibuprofeno y del 14,4 % para estrógenos, ajustándose cinéticamente a un modelo de pseudo-primer orden con constantes de 2,0 × 10⁻³ min⁻¹ y 1,3 × 10⁻³ min⁻¹, respectivamente. Además, se lograron reducciones de 33,7 % en sólidos suspendidos totales y 33,3 % en sólidos suspendidos volátiles, mientras que los sólidos sedimentables disminuyeron un 12,5 %. En relación con los nutrientes, el nitrógeno total descendió un 20,6 %, los fosfatos un 3 % y los nitratos y nitritos se mantuvieron por debajo de los límites de detección. Estos resultados confirman que la cavitación hidrodinámica asistida con H₂O₂ constituye una alternativa eficaz para la remoción de materia orgánica en aguas residuales domésticas y con potencial para la degradación parcial de contaminantes emergentes. Sus implicaciones técnicas se reflejan en la posibilidad de complementar procesos convencionales en plantas de tratamiento de pequeña y mediana escala, mientras que sus beneficios ambientales se asocian con la mejora de la calidad de los efluentes y la reducción del riesgo ecosistémico. En conjunto, el estudio aporta bases para futuras investigaciones orientadas a escalado, integración con otros métodos avanzados de oxidación y análisis de subproductos de degradación.
Acceso abierto
Especiación química y biodisponibilidad del cadmio en suelos cultivados con cacao en Colombia
(Universidad del Valle, 2023) Idarraga-Castaño, Orlando; Daza Torres, Martha Constanza
El cacao es un alimento de gran importancia para la industria a nivel mundial y para el sustento de millones de pequeños productores, se produce en zonas tropicales y se exporta principalmente a Europa donde se utiliza como materia prima en la industria chocolatera. Estudios han encontrado alta presencia de cadmio (Cd) en el cacao producido en Latinoamérica y el Caribe (LAC), lo cual puede ser perjudicial para la salud y la inocuidad alimentaria, por ello se han establecido reglamentos para su control que incluyen límites máximos permitidos. La presencia del metal pesado en los suelos se debe a origen geológico y antropogénico, el cual es absorbido por las raíces de las plantas y transportado hacia los granos. La presente investigación evaluó la biodisponibilidad del Cd en el suelo para el cultivo de cacao, a través de métodos de fraccionamiento químico y extracción simple como aporte al conocimiento de las formas de distribución del metal pesado en las diferentes fracciones del suelo y su relación con la acumulación de Cd en la planta de cacao. Este conocimiento puede contribuir al diseño de estrategias de mitigación y control que reduzcan la presencia del Cd en el cacao. Se estudiaron diversas muestras de suelo de 34 sitios, junto con muestras emparejadas de hojas y granos de cacao, en seis departamentos de Colombia. El software geoquímico de transporte y especiación de metales ORCHESTRA se corrió para el fraccionamiento del Cd y se aplicaron cuatro métodos de extracción simple: HNO3, EDTA, DTPA y Mehlich 3 en muestras de suelos. En general, los suelos estudiados tuvieron el siguiente orden en cuanto a las fracciones de Cd encontradas: residual > ácidos húmicos (HA) > ácidos fúlvicos (FA) > arcilla > óxidos de manganeso (HMO) > disuelto > óxidos de hierro y aluminio (HFO). No obstante, la distribución varió fuertemente por departamento. Las fracciones mayoritarias no se relacionaron con las fracciones más biodisponibles para la planta, mientras que las fracciones de Cd disuelto y unido a las arcillas que fueron minoritarias resultaron ser de mayor riesgo de movilidad, dado que tuvieron las mayores correlaciones con el Cd en el grano (r=0,76 y 0,76; p<0,01) y la hoja (r=0,62 y 0,71; p<0,01), respectivamente. Las extracciones simples DTPA y Mehlich 3, que usan soluciones más especializadas con buffer y agentes quelantes, mostraron las correlaciones más fuertes con el Cd en el grano (r=0,78 y 0,76; p<0,01). Mientras que las extracciones DTPA y EDTA tuvieron las correlaciones más fuertes con el Cd en la hoja (r=0,58 y 0,57; p<0,01). Las correlaciones del Cd total en el suelo por agua regia tuvieron las correlaciones más bajas a nivel general, con el Cd en el grano y Cd en la hoja, en comparación con las correlaciones obtenidas con los métodos de extracción simple y con las fracciones del Cd modeladas. Comparando la facilidad, los menores costos y el uso de reactivos con menor impacto ambiental, el análisis de Cd biodisponible con métodos simples de un solo paso, son una alternativa útil a la medición del Cd total, especialmente, para ser usado como indicador temprano de lo que va a suceder en el grano. La cantidad de Cd extraído con los métodos estudiados disminuyó en el siguiente orden: Total > HNO3 > EDTA > Mehlich 3 > DTPA, los métodos con menor fuerza de extracción también tuvieron los valores menos variables, mostrando ser más específicos. La regresión lineal múltiple mostró que el Cd en el grano incrementa con el Cd total y el Cd DTPA del suelo y decrece con el H y la materia orgánica (MO) (R2 = 0,81; p<0,01). La inclusión del contenido de arcilla en los modelos de predicción no mejoró la precisión de ajuste y desfavoreció los Criterios de Información Akaike (AIC) y Bayesiano (BIC).
Acceso abierto
Evaluación de la reducción de la movilidad de plomo de un relave de plantas beneficio de oro mediante la adición de enmiendas minerales
(Universidad del Valle, 2025) Franco Rosero, Liseth Irene; Gutiérrez-Zapata, Héctor Mario; Candela Soto, Angélica María
Se evaluó la reducción de la movilidad de plomo de relaves procedentes de minería aurífera de la zona de sur de Bolívar, Colombia, los cuales te-nían una concentración de plomo de 11.113 mg/kg cuantificado mediante espectrofotometría de absorción atómica, contenidos de minerales como la galena y la plumbojarosita los cuales se cuantificaron mediante difracción de rayos X. Se emplearon dos enmiendas minerales provenientes de rocas volcánicas de composición básica con minerales de alteración hidrotermal como zeolitas y carbonatos, las cuales se agregaron en, experi-mentos independientes, al relave en proporciones de 1%, 5% y 10% y se sometieron a un ensayo de lixiviación en columnas. El nivel de plomo en el lixiviado fue de 1,84 mg/L y se midieron mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente, igualmente se cuantificó el plomo luego de los tratamientos. Los resultados indican que la enmienda mineral 1 compuesta por calcita () y zeolita () contribuye al objetivo de esta investigación, reduciendo la movilidad de plomo en un 97,8% al aplicar la concentración de 10%. De acuerdo con los diagramas de Pour-baix, esto se hizo a través de mecanismos de precipitación en forma de cerusita, favorecido por la alcalinidad de la enmienda (13,5 unidades de pH) y por valores de Eh positivos, cuantificados con equipos multiparámetricos de laboratorio. Por su parte la enmienda mineral 2 demostró efi-ciencia de 51,6% y se atribuye a mecanismos de adsorción e intercambio iónico asociado a la concentración de zeolitas (18%). El procedimiento de lixiviación caracterísitico de toxicidad (TCLP) indicó que el relave sin tratamiento presentaba una lixiviación de plomo de 107 mg/L, después del tratamiento con las enmiendas 1 y 2 se redujo a 61,5 mg/L y a 61,3% mg/L, respectivamente. Finalmente, se evaluó la toxicidad aguda con Daphnia pulex de los lixiviados del ensayo de columnas antes y después del tratamiento del relave y los valores de muertes o inmovilizaciones estuvieron por debajo del 50%. A partir de la aplicación de las enmiendas minerales en el relave fue posible la reducción de la movilidad de plomo, siendo la aplicación de la enmienda 1 al 10% la más efectiva.
Acceso abierto
Viabilidad técnica de la producción de un fertilizante organomineral como estrategia de recuperación de nutrientes de agua residual municipal
(Universidad del Valle, 2025) Rivera Velasco, Daniela María; Restrepo-Tarquino, Ines; Vásquez Sarria, Nancy; GRUPO DE SANEAMIENTO AMBIENTAL
La recuperación de nutrientes a partir de agua residual, es un área de la investigación que se ha expandido no solo por los impactos negativos asociados a la descarga de agua residual con alto contenido de nutrientes, sino también debido a la necesidad emergente de una fuente alternativa de fósforo como materia prima para la industria. Es así como este trabajo de grado analizó la viabilidad técnica del proceso de cristalización como tratamiento fisicoquímico de agua residual municipal para la producción de un fertilizante organomineral. El trabajo de grado contó con una etapa experimental a escala laboratorio en la cual se establecieron las condiciones operacionales como la dosis (165 mg. L-1 de MgCl2) y el pH de proceso (9,7 unidades). Los resultados generales mostraron la viabilidad de producción del fertilizante organomineral usando agua residual y licor mixto como semilla, lo cual tuvo un efecto positivo en el proceso promoviendo la formación de minerales con potencial de aplicación en suelo (Zincita, Calcita, Silicato), reflejándose en el desempeño del proceso un incremento en la remoción del fósforo, la turbiedad, el color y el nitrógeno amoniacal, con relación a procesos realizados en proyectos de investigación similares. De la misma manera se destaca la condición de mezcla de AR: LM de 65:35 en el proceso de precipitación química al presentar el mejor desempeño con relación a las otras condiciones de mezcla evaluadas, ya que se obtuvieron eficiencias de reducción de 38% de fósforo (PO4-3), 20% de NAT, 93% de turbiedad y 83% de color.
Sólo datos
Estrategias para la inclusión del componente informal en la cadena productiva del reciclaje. caso de estudio : Municipio de Pradera, Valle
(Universidad del Valle, 2013) Potes Riaga, Andrea; Restrepo Tarquino, Inés
El crecimiento acelerado de la población, con sus insostenibles patrones de consumo y su concentración en zonas urbanas incrementaron la generación de residuos sólidos con los consecuentes problemas ambientales lo cual llevó a la urgente necesidad de planificar su manejo adecuado de tal manera que se minimicen los riesgos e impactos. Sin embargo, el problema de los residuos ha sido abordado de manera fragmentada, dando inicialmente mayor importancia al transporte y la disposición final. La deficiencia en la prestación de los servicios de aseo, las condiciones de pobreza y desempleo y la potencialidad de aprovechamiento de algunos residuos han contribuido a buscar oportunidades de subsistencia en la recuperación de las denominadas “basuras”, convirtiéndose esta ocupación, desde la antigüedad en una actividad común y generalizada, como estrategia de supervivencia, inclusive en países como Francia y Estados Unidos, para los individuos más pobres de las regiones (Medina, 1999; Medina, 2000; Correal-Verdugo et al., 2001; Florisbela et al., 2001;Silva et al., 2005). En la actualidad, esta práctica es común en los países denominados en desarrollo en los cuales según estimaciones del Banco Mundial cerca del 2% de su población sobrevive de esta actividad informal (Bartone, 1998, citado por Medina, 1999). La actividad del reciclaje en Colombia y la mayoría de países latinoamericanos es realizada por dos sectores: un sector industrializado y uno informal. Obviamente este último recupera materiales reciclables en condiciones “infrahumanas” en la mayoría de los casos para comercializarlos en el sector industrializado que lo transforma y comercializa como materia prima o un nuevo producto, constituyéndose así en el primer eslabón de la cadena (Frikman, 2006, citado por Salviani et al., 2009; FUNDES, 2010). Se afirma que “la protección social y jurídica disminuye a medida que se desciende en la cadena de reciclaje”, evidenciando como el recuperador informal es el elemento más susceptible y vulnerable de la cadena de aprovechamiento de los residuos sólidos. En Colombia, a través de la Política de Gestión Integral de Residuos Sólidos, el Ministerio de Medio Ambiente, 1998, determinó la obligatoriedad de planificar desde el nivel territorial la Gestión Integral de Residuos Sólidos, GIRS (MinAmbiente, 1998). Sin embargo, en su implementación se han evidenciado serias debilidades al no tener en cuenta en la planificación los factores sociales, culturales, económicos y técnicos locales que amenazan las inversiones y su sostenibilidad (SSPD, 2008; Oviedo, 2009). En la formulación y ejecución de los planes, en general, no se percibe la participación del sector informal del reciclaje a pesar que, según estimaciones de AINSA- ACODAL (2003) (citado por Yepes, 2004) el número aproximado de recuperadores en el país asciende a 250.000 personas y que esta actividad informal en Colombia ha permitido además de la supervivencia de estas familias, la reducción de los volúmenes de residuos a disponer y el abastecimiento de materias primas a las industrias transformadoras. La normatividad ambiental en Colombia presenta ambivalencias por cuanto su aplicación, en algunos casos incluyente de la población recicladora, en otros casos no solo excluye a estas familias del ciclo productivo sino que las margina a la ilegalidad lo cual puede acarrear graves problemáticas sociales y económicas. Reconociendo la importancia del sector informal en la recuperación de residuos sólidos y la implementación de la GIRS, desde el punto de vista ambiental, técnico, social y económico, se espera con el presente trabajo de investigación aportar propuestas o estrategias que permitan incluir este sector de tal manera que se contribuya al logro de los Objetivos de Desarrollo del Milenio relacionados con la reducción de la pobreza, saneamiento y el mejoramiento de los asentamientos humanos de más bajos ingresos ( Medina, 2000; Medina, 2005a; Wilson et al., 2006; Nzeadibe, 2009). Esta investigación se desarrolló en área urbana del municipio de Pradera, Valle del Cauca, uno de los municipios menores del departamento, en los cuales no se ha estudiado el sector informal del reciclaje y los altos costos que implica el establecimiento de rutas de recolección selectiva, conllevan al interés de la administración en estudiar la potencialidad de este sector como estrategia no convencional que favorezca la implementación del Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos, PGIRS, en el componente de aprovechamiento. Este documento presenta inicialmente la definición del problema, sus antecedentes y justificación y los objetivos propuestos en el desarrollo de esta investigación. Posteriormente, en el capítulo 5 presenta el estado del arte de la problemática relacionada con el reciclaje informal y su evolución en el contexto internacional y nacional. En los capítulos 6 y 7 se plantean y desarrollan las etapas metodológicas realizadas para el cumplimiento de los objetivos propuestos y finalmente en el capítulo 8 se presentar las conclusiones y recomendaciones del trabajo de investigación.
Acceso abierto
Influencia de la incorporación de co-sustratos para el mejoramiento de la producción de metano en la digestión anaerobia de residuos de alimentos
(Universidad del Valle, 2023) Rosero, Jorge; Torres Lozada, Patricia
En los países en desarrollo como Colombia, los Residuos Sólidos Municipales (RSM) están conformados por cerca de 61,5% de Biorresiduos de Origen Municipal (BOM), con predominancia de residuos alimentarios (RA). Esta composición predominantemente orgánica, genera problemas ambientales y económicos por la forma tradicional de manejo, que favorece la disposición final en rellenos sanitarios; sin embargo, estas características también favorecen e incentivan el estudio de estrategias de aprovechamiento como la Digestión Anaerobia (DA), la cual permite la obtención de biogás, biogás, constituido principalmente por metano que pude representar hasta un 70% de su composición, que es una forma de energía renovable que aportaría a la reducción del uso de combustibles fósiles y llevar energía a zonas no interconectadas al sistema eléctrico nacional. A pesar de este potencial, los RA presentan deficiencias para el proceso de mono-digestión anaerobia (DA), las cuales se pueden mitigar con la incorporación de otros materiales o cosustratos. De acuerdo con lo anterior, en este trabajo de investigación se realizó una revisión sistemática de literatura mediante un análisis bibliométrico, con el fin de identificar y analizar la producción científica relacionada con los procesos de DA y codigestión anaerobia (Co-DA) de los RA. La revisión se realizó en las bases de datos Scopus y ScienceDirect (Elseiver) en el periodo entre 2011 y 2020 y permitió identificar tanto características, como potencialidades y limitaciones de la DA y Co-DA; adicionalmente, se identificaron los principales tipos de cosustratos usados en la Co-DA con RA y se aplicaron técnicas de análisis multicriterio (AMC) mediante el método AHP que se fundamenta en comparaciones pareadas, donde se escogieron cuatro criterios para la selección del mejor cosustrato: aporte de nutrientes y oligoelementos, balance relación C/N, aporte de microorganismos y balance de pH (capacidad buffer). Las alternativas son todas las opciones que existen y de las cuales hay que escoger solo una para determinar el mejor cosustrato en la Co-DA de RA. Los resultados indican que la DA de RA presenta limitaciones en el proceso, principalmente asociadas a bajos niveles de pH, ausencia de alcalinidad bicarbonática, deficiencia de nutrientes, altos tiempos de retención, específicamente en la etapa de hidrólisis y para mejorar dichas deficiencias, una estrategia de gran aplicación es la incorporación de sustratos que permiten suplir las limitaciones de la mono-digestión. Aunque se encontró que existen diferentes potenciales cosustratos como estiércoles de animales granja, por sus siglas en linglés fat oil and grease (FOG), aguas residuales; los lodos procedentes de plantas de tratamiento de agua residual son el cosustrato más aplicado en la Co-DA de RA conforme al análisis bibliométrico. Sin embargo, los resultados del AMC indican que el estiércol de porcino es el cosustrato con una gran potencialidad al regular el pH, que permite el normal desarrollo microbiano en las diferentes etapas de la DA, de acuerdo con el balance de pH es el criterio de mayor peso en la DA de RA. No obstante, es recomendable que la selección del cosustrato se realice en función de las condiciones de disponibilidad de cosustratos en la zona de estudio, ya que son sustratos de alta variabilidad en cuanto a su generación y composición.
Acceso abierto
Evaluación de la influencia del fenómeno el niño oscilación del sur (ENOS) en sus fases extremas sobre la oferta hídrica de la cuenca del Río Patía
(Universidad del Valle, 2023) Valencia Sanchez, Pablo Gabriel; Carvajal Escobar, Yesid; Canchala Nastar, Teresita del Rocio
El objetivo del presente estudio es evaluar la influencia del fenómeno El Niño Oscilación del Sur (ENOS) en sus fases extremas sobre la oferta hídrica mensual en las cuencas región Andina (CRA) y cuencas región Pacífico (CRP) del Río Patía con fines de ordenamiento. La cuenca del río Patía, ubicada en el suroeste de Colombia (entre los departamentos de Nariño y Cauca) está sujeta a una alta variabilidad hidrológica, las CRA conformadas por las subzonas hidrológicas (SZH) Guáitara y Patía Alto, tienen un área total aproximada de 13.047km2 y un caudal medio de 367.87m3 .s-1 , las cuales disponen de una buena instrumentación e información para conocer su comportamiento hídrico, mientras que las CRP conformada por la SZH de Patía Medio, Telembí y Patía Bajo con un área aproximada de 9.545km2 y un caudal medio de 1.194m3 .s-1 , las cuales son poco instrumentadas en cuanto a información hidrométrica, por lo tanto es de gran importancia establecer algunos métodos para determinar la oferta hídrica en esta región y conocer así su comportamiento ante la presencia de fenómenos de variabilidad climática como el fenómeno ENOS. Esta investigación se desarrolló con información de 27 estaciones hidrométricas (24 CRA y 3 CRP) Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), en cuanto a precipitación se utilizaron 14 estaciones (7 CRA y 7 CRP) con las cuales se buscó establecer la oferta hídrica en las CRP mediante la aplicación de 3 métodos: i) Método del Soil Conservation Service (SCS), ii) Transposición de caudales del río Mira, cuenca que se encuentra en la misma región y cuenta con estación hidrométrica cerca de su desembocadura al océano Pacífico, y iii) Modelación para lo cual se calibro y valido el modelo de Thomas con información de la cuenca del río Mira. Los resultados mostraron que la mejor metodología fue el modelo de Thomas, ya que los errores estimados comparados con los resultados obtenidos con el estudio nacional del agua 2018 (ENA 2018) fueron del 43% para Patía Medio, 5% para el río Telembí y 1.04% para Patía bajo, con un error para la oferta total de la cuenca río Patía de 0.97%. Para establecer la influencia de los índices climáticos de gran escala sobre los caudales de las CRA y CRP se correlacionaron los caudales mensuales de las estaciones con 10 índices océano-atmosféricos de gran escala vinculados con el fenómeno ENOS (SOI, TNI, MEI, PDO, EMI, Niño 4, Niño 3+4, ONI, Niño 3, y Niño 1+2). La mayor correlación directa (inversa) resulto con el índice SOI (Niño 3+4), en general las CRA tienen mayor correlación con los índices ENOS y las CRP tienen una correlación débil. Para determinar y evaluar la influencia del fenómeno ENOS en sus fases extremas sobre la oferta hídrica mensual en las CRA y CRP del Río Patía se realizó el análisis de composiciones por SZH. Las CRA compuestas por las SZH del río Guáitara y Patía alto registran en ocurrencia de fenómeno La Niña “LN” (El Niño “EN”) la oferta hídrica se ve incrementada (disminuida) en un 38.87% y 67.51% (28.76% y 61.24%) respectivamente. Para las CRP compuesta por la SZH Patía Medio, río Telembí y Patía Bajo registra en la ocurrencia de eventos EN(LN) los caudales se disminuyen (incrementan) en 47.64%, 33.63% y 27.69% (50.13%, 35.24% y 32.4%) respectivamente, esto puede ser influenciando por la cobertura vegetal densa que existe en esta zona la cual ayuda a regular los caudales en eventos extremos, considerando que esta región hace parte del Choco Biogeográfico Colombiano catalogada como una zona de almacenamiento de biodiversidad (hotspot) que alberga aproximadamente el 3% de las especies de plantas mundiales (Ceron et al., 2021), adicionalmente se caracteriza por altas precipitaciones las cuales pueden alcanzar hasta los 8000 mm/año (Poveda & Mesa, 2000).
Acceso abierto
Evaluación de la influencia de la relación S/I y la temperatura de operación sobre la digestión anaerobia de residuos de alimentos con un inóculo de procedencia psicrofílica
(Universidad del Valle, 2023) Moreno Escandón, Laura; Torres Lozada, Patricia; Rodríguez-Jiménez, Lina Mariana
En el presente trabajo de investigación se evaluó experimentalmente: la influencia de la temperatura de operación (10, 15 y 27°C) sobre las actividades metabólicas de un inóculo psicrofílico (actividad hidrolítica específica -AHE, actividad acidogénica específica -AAE y actividad metanogénica específica -AME) y ii.el efecto simultáneo de la temperatura de operación (10, 15 y 27°C) y la relación S/I (0.20, 0.5, 1.0 gSVsustrato·gSVinóculo-1 ) sobre el PBM, mediante un diseño factorial de variables cuantitativas . Se aplicaron adicionalmente modelos cinéticos de Primer Orden (PO), Gompertz Modificado (GM) y Función Logística (FL) con el fin de determinar la influencia de las distintas condiciones experimentales sobre la constante de hidrólisis (Kh), la tasa máxima de producción (Rmáx) y la fase de latencia (λ). Los resultados se analizaron mediante un análisis de varianza ANOVA (p<0,05) y la implementación de un modelo de regresión, que corresponde a una superficie de respuesta de segundo orden. Se encontró que la temperatura influye en la actividad microbiana del inóculo psicrofílico (Valor-p < 0,05) con mayor incidencia en la AME y la AHE, siendo vital la caracterización de la calidad del inóculo a la temperatura en la que se va a llevar a cabo el proceso de digestión anaerobia; las mayores actividades del inóculo se presentaron a 27°C (AHE:0,153 gDQOglu/gSV*d; AAE:1,945 gDQOglu/gSV*d y AME:0,021 gDQO/gSV*d). Los resultados experimentales del PBM y la aplicación de los modelos cinéticos, ratificaron que tanto el proceso de DA empleando un inóculo psicrofílico, como las constantes cinéticas (Kh, Rmáx y λ), son influenciadas por la relación S/l y la temperatura de operación, siendo más sensibles a cambios en la temperatura de operación que en la relación S/I. A mayor temperatura y menor relación S/I se observó un mayor rendimiento del proceso (27°C y S/I de 0,20 - Media:148,9 mLCH4/gSV, Error estándar:4,27). Al disminuir la temperatura de operación de 27°C a 15°C y 10°C, la producción de biometano se redujo un 62,53 % y 73,59 % respecto a 27°C, respectivamente. Los tres modelos cinéticos mostraron que a mayor temperatura se alcanza un mayor ajuste (>0,95), el cual disminuye a medida que decreció la temperatura (15°C: >0,90 y 10°C: >0,83), lo que indica que los modelos cinéticos aplicados se ajustan mejor a las condiciones de temperatura mesofílica que psicrofílica. Respecto a las bajas temperaturas (10 y 15°C), el modelo de GM fue el que presentó mejor ajuste (maximizando R2 y minimizando el RMSE). En general, la temperatura de operación presentó mayor efecto que la relación S/I sobre la Kh. Este tipo de trabajos de investigación permiten ampliar la visión relacionada con el efecto simultáneo de dos o más variables sobre el comportamiento de la digestión anaerobia psicrofílica, lo anterior con el objetivo de que el proceso biológico pueda ser escalado a futuro y la tecnología se implemente en las regiones más frías y vulnerables económicamente del país como una alternativa de aprovechamiento de residuos orgánicos que permita la obtención de metano sin demandar grandes costos energéticos en sistemas de calefacción; para lo anterior es importante seguir estudiando diferentes tipos de inóculos y parámetros como el tamaño de partícula y tipo de sustrato empleando en la determinación de las actividades metabólicas.
Acceso abierto
Evaluación de la influencia del tamaño de partícula y del volumen del reactor sobre el potencial de producción de metano de residuos de alimentos
(Universidad del Valle, 2023) Foronda Zapata, Kevin; Torres Lozada, Patricia
La digestión anaerobia (DA) es una biotecnología que permite la recuperación energética y nutricional de residuos orgánicos biodegradables como los residuos de alimentos (RA). El estudio de las variables y los procesos biológicos que intervienen en la DA se pueden estudiar a bajo costo técnico y económico mediante ensayos a escala de laboratorio de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) para la optimización del proceso. Sin embargo, éste es un método no estandarizado en el que el volumen de reactor (VR) y el tamaño de partícula (TP) se encuentran entre los aspectos con mayor variación. Por tanto, este trabajo evaluó mediante vigilancia tecnológica el TP y VR, así como su relación con otras variables a escala de laboratorio para una ventana de observación de 2010 a 2022. Adicionalmente, mediante superficie de respuesta se evaluó simultáneamente la interacción entre el VR (250, 500 y 1000 mL) y TP (< 1, 4 y 4,5 mm) en la DA de RA en ensayos PBM. Como resultado de la vigilancia tecnológica se encontró una correlación muy débil (0,28) entre el TP y VR y débil (0,37) entre el TP y tamaño de muestra (TM), mientras que el VR y TM tuvieron una correlación muy fuerte (0,81). También se discutió la interacción del TP y VR con otras variables de la DA que reflejan la necesidad de continuar estudiando variables relacionadas con la definición del TM y su representatividad, especialmente con relación al VR sobre la que hay pocos estudios. En cuanto a los resultados experimentales, se encontró que el TP y VR incidieron significativamente en la producción de CH4 (p < 0,05), siendo el VR la variable responsable de la mayor variación en la producción de CH4, así como en parámetros finales como el pH, alcalinidad bicarbonática y concentración de ácidos grasos volátiles. El peor tratamiento fue < 1 mm-250 mL, el cual en promedio registró un 75,7 % de menor producción frente a 4 mm -1000 mL, el cual fue el mejor tratamiento con apenas un 3 % de diferencia con respecto a < 1 mm-1000 mL y que estaría asociado con la predominancia de carbohidratos de los RA empleados. El alto valor del pH final > 10 unds en los reactores más pequeños (250 mL) explicarían el bajo rendimiento y la inhibición del proceso debido a la contaminación de solución de básica resultante de la reacción de perlas de NaOH y el CO2 generado durante el proceso. Estos resultados sugieren una mayor actividad acidogénica (mayor producción de CO2) y menor adaptación del consorcio microbiano en VR más pequeños posiblemente a una menor masa de inóculo adicionada. Por otro lado, el análisis cinético muestra un comportamiento bifásico de la producción de CH4, por lo que se alcanza un mejor ajuste con los modelos de Gompertz remodificado y de primer orden pseudo-paralelo frente a los tradicionales de Gompertz modificado y de primer orden. En general se encontró que mayores VR incrementan el TM del sustrato, lo que favorece la representatividad de residuos heterogéneos como RA; adicionalmente, VR más grandes tienen una mayor masa de inóculo que puede favorecer la adaptación de los microorganismos ante cambios del sistema. Con relación a los TP, los < 1 mm y 4 mm tuvieron rendimientos y comportamiento cinético similares que evidencian la pertinencia de evaluar TP finos, medios y gruesos en RA.
Acceso abierto
Efecto de enmiendas órgano minerales en el suelo, planta y lixiviación de nitrógeno (N) en dos suelos del Valle del Cauca sembrados con estevia (Stevia rebaudiana B.)
(Universidad del Valle, 2017) Torres Lozano, Victor Manuel; Daza Torres, Martha Constanza
El nitrógeno (N), es considerado el elemento más importante para el crecimiento y desarrollo de las plantas y se encuentra en mayor proporción que otros nutrientes, su uso desmedido genera pérdidas que contribuyen al deterioro del medio ambiente, por lo que se buscan alternativas para mitigar estos impactos ambientales, mejorando las características de los cultivos. Entre estas alternativas se encuentran las enmiendas órgano minerales (OM). El objetivo de la investigación, fue evaluar la aplicación de OM en la lixiviación de nitratos y en las características agronómicas de Stevia rebaudiana sembrada en dos suelos (ácido y básico). Se realizó un experimento completamente al azar con tres repeticiones y siete tratamientos para cada suelo, combinando OM con dos fertilizantes (Urea y Fertilizante de liberación lenta (FLL)) en proporciones de 100%, 75%, 50%; como complemento a la fertilización nitrogenada de 150 kg N/ha. Se evaluaron variables del cultivo (nitrógeno foliar (NF), número de hojas, rendimiento, entre otras), del suelo (CIC, nitrógeno total (NT), entre otras) e índices de fertilización nitrogenada. Los mejores resultados se dieron con FLL-OM en proporción de 75%-25% respectivamente, para el número de hojas, el peso seco aéreo, rendimiento del cultivo, CIC, pH y eficiencia aparente de recuperación, en el suelo ácido. En el suelo básico se encontraron diferentes resultados, mostrando que la combinación de FLL-OM en proporción de 75%-25%, fue mejor para el NF y la eficiencia aparente de recuperación, la combinación de Urea-OM (75%-25%) fue mejor para el peso seco aéreo, rendimiento y pH .
Acceso abierto
Evaluación de la influencia de variables de incidencia sobre el proceso de digestión anaerobia de residuos de alimentos separados en la fuente y con recolección selectiva
(Universidad del Valle, 2020) Casallas Ojeda, Miguel; Marmolejo Rebellón, Luis Fernando; Torres Lozada, Patricia
La gestión de los Residuos Sólidos Municipales (RSM) es una de las problemáticas con más relevancia en las sociedades modernas tanto a nivel nacional como internacional, debido a su crecimiento y a los problemas derivados del manejo tradicional como la disposición final en rellenos sanitarios (RS), por aspectos como la ocupación de mayores cantidades de terreno y la generación de lixiviados y gases de efecto invernadero (GEI). Sin embargo, dada la composición predominantemente orgánica de los RSM (50-60% Biorresiduos - BOM y dentro de éstos, los residuos de alimentos – RA, que representan del orden de 50-70%), existe un alto potencial de valorización y aprovechamiento a través de procesos biológicos como la Digestión Anaerobia (DA), mediante la cual se pueden obtener subproductos de alto valor agregado como el biogás (principalmente metano, que es fuente de energía renovable). La forma tradicional de analizar el potencial de producción de metano de un sustrato es mediante pruebas a escala de laboratorio, denominadas de Potencial Bioquímico de Metano (PBM); sin embargo, aunque muchos investigadores alrededor del mundo han hecho esfuerzos para estandarizar este ensayo, esto aún no se ha logrado, por lo cual existen diferentes configuraciones y protocolos experimentales, lo que hace la comparación de resultados compleja. Este trabajo de investigación se centró en identificar los diferentes factores y variables que inciden sobre el proceso de DA de BOM y RA y que contribuyen al incremento y/o descenso en la producción de metano, identificándose variables asociadas al sustrato, al inóculo, ambientales y de operación. Aunque variables como el head space y la temperatura tienen gran influencia, aún faltan estudios al respecto; por esta razón, en este estudio se evaluó experimentalmente, por medio de un diseño central compuesto, la incidencia simultánea de estas dos variables (head space - X1: 20, 35 y 50% y temperatura - X2: 20, 35 y 55°C); así mismo, mediante la aplicación de los modelos cinéticos de primer orden y de Gompertz Modificado, se hallaron la constante de hidrólisis y la fase de latencia respectivamente. Se encontró que los puntos óptimos fueron 20% para el head space y 48.9°C para la temperatura, siendo esta última la variable de mayor incidencia del proceso, además se identificó que valores superiores al valor hallado no incrementarían la producción, pero si representaría un gasto energético innecesario; en cuanto al head space se encontró que valores superiores (>20%), desencadenan una inhibición del proceso debida a la producción de ácidos grasos volátiles (AGVs) que no alcanzan a ser neutralizados por el CO2 disuelto en el medio. Se evidenció que la configuración experimental (20% head space y 55°C) que obtuvo una mayor constante de hidrólisis (0.03) hallada con el modelo de Primer Orden, fue la más cercana a la encontrada como óptima (20% head space y 48.9°C), lo cual ratificó lo hallado experimentalmente. El modelo cinético que mejor describió el proceso fue el de Gompertz Modificado, debido a su ajuste y producción teórica de metano ligeramente similar a la experimental.
Acceso abierto
Uso de humedales construidos subsuperficiales de flujohorizontal sembrados con policultivos de especies nativas bajo condiciones del trópico americano para la eliminación de materia orgánica, nitrógeno y metales pesados de lixiviados de relleno sanitario
(Universidad del Valle, 2020) Ruíz Guzmán, Fabián Alberto; Madera P., Carlos A.; Casas Zapata, Juan C.
Los lixiviados provenientes de los rellenos sanitarios son categorizados como uno de los residuos líquidos con un alto poder contaminante y de gran complejidad de tratamiento. Existen múltiples tecnologías convencionales y naturales utilizadas para su depuración, en donde los humedales construidos en los últimos años se han convertido en una alternativa de tipo natural y de gran relación costo/beneficio frente a las demás tecnologías. Este estudio evaluó el desempeño de tres sistemas de humedales construidos de flujo sub – superficial horizontal (HCFSSH), a escala piloto, para la eliminación de materia orgánica (DBO5, DQO), solidos suspendidos totales, nitrógeno (NH3-, NO3-) y metales pesados (Pb y Cd) proveniente de una laguna anaerobia que trata parcialmente el lixiviado (LX) del relleno sanitario el “Ojito” de la ciudad de Popayán Cauca, Colombia. Seis humedales fueron plantados con Heliconia psittacorum (P) y Cyperus haspan (H) en 3 distintas configuraciones de siembras (P_H, H_P y PHA) cada una con su respectiva réplica. Los resultados promedios de eliminación obtenidos para cada uno de los contaminantes evaluados fueron para DBO5 (58.5%), DQO (59.7 %), y SST (82.1%) y de nitrógeno de NO3- (4.0 %) y NH3- (30.4%). No fue posible determinar la incidencia de la configuración de siembra de las especies vegetales en los bioreactores en la eliminación de los metales pesados Pb y Cd, dada las bajas concentraciones de dichos metales en la matriz agua, por debajo de los niveles de detección de la técnica y equipos de medición. Los sistemas de humedales mostraron ser eficientes en cada uno de los contaminantes evaluados, la configuración PHPA demostró ser la de mejor desempeño para reducción de DBO5 (61.85%), DQO (62.60%) y NH3- (46.36%).
Acceso abierto
Evaluación de la coagulación mejorada como estrategia de reducción de atrazina en procesos de tratamiento de agua potable
(Universidad del Valle, 2019) Fuentes López, Lina Marcela; Torres Lozada, Patricia; Barba Ho, Luz Edith
La atrazina es uno de los herbicidas de mayor aplicación en el mundo, con una producción anual de 70.000 a 90.000 t debido a su bajo costo y se utiliza principalmente en cultivos de maíz, sorgo y caña de azúcar. Dada su persistencia en el suelo y prolongada vida media, ingresa a las fuentes de agua subterránea y superficial debido a la escorrentía, lixiviación, aplicaciones puntuales o por dispersión aérea, encontrándose concentraciones de hasta 1000 ¿g/L en aguas adyacentes a campos tratados. Aunque los procesos de tratamiento convencionales son los más utilizados en la producción de Agua Potable (AP), las eficiencias de reducción de herbicidas como la Atrazina alcanzadas no superan el 30%. La exposición a Atrazina se relaciona con posibles efectos carcinógenos, disrupción endocrina y teratogénicos. En los procesos de tratamiento de agua para consumo, la tecnología convencional es la más utilizada; sin embargo, ésta no fue diseñada para remover este tipo de contaminantes, siendo más efectivas, alternativas como la adsorción con Carbón Activado, Filtración con Membrana y Procesos Avanzados de Oxidación, las cuales implican costos elevados. En esta investigación se evaluó la potencial aplicación de la Coagulación Mejorada (CM) como estrategia más sencilla y de bajo costo, para la reducción de Atrazina de agua dopada con Atrazina, proveniente de una fuente de Agua Superficial (AS: río Cauca). La fuente se seleccionó debido a que ésta abastece alrededor del 80% de la ciudad de Cali y dado que la vocación agrícola del área de esta cuenca de abastecimiento es el cultivo de caña de azúcar, existe potencial presencia de plaguicidas en dicha fuente. Para definir los rangos de concentración de Atrazina evaluados, inicialmente, se realizó una vigilancia tecnológica sobre concentraciones típicas presentes en fuentes de AS en el mundo, encontrando grandes diferencias entre continentes y países, debido posiblemente a aspectos normativos y a las limitaciones establecidas en éstas. De esta manera, se logró establecer un rango entre 0,0001 ¿ 1000 ¿g/L para países que no cuentan con prohibiciones o restricciones en el uso de Atrazina, como Colombia. Teniendo en cuenta esta información, el AS se dopó con concentraciones de Atrazina de 500, 1000 y 1500 ¿g/L. Dada la complejidad, costos y tiempo de procesamiento del análisis de la atrazina en muestras de agua, se identificó una variable de bajo costo, fácil y de rápida medición, asociada a la presencia de la misma, correlacionando diferentes concentraciones del herbicida con la absorbancia UV. Se encontró que la longitud de onda (¿) con mayor correlación (0,98 ¿ 0,99) con el herbicida, fue UV223 (5910-B - Espectrofotómetro DR6000, HACH). A través de ensayos de tratabilidad mediante pruebas de jarras y construcción de diagramas de coagulación de turbiedad, Color Verdadero y UV223, se evaluó el efecto de dos coagulantes (Hidroxicloruro de Aluminio - ACH y Cloruro Férrico - FeCl3). En ambos casos, se alcanzaron eficientes remociones de turbiedad y Color Verdadero (CV) tanto en condiciones de Coagulación Convencional (CC) como de CM; en el caso del FeCl3 se alcanzaron eficiencias de reducción de turbiedad entre 95 y 99% para ambos casos y para Color Verdadero entre 70 y 99% por medio de la CC y entre 95 y 99% en condiciones de CM. Usando ACH y CC la eficiencia de reducción de turbiedad varió entre 80 y 95% y entre 95 y 99% en condiciones de CM, las eficiencias de reducción de CV se encontraron entre 90 y 95% y 95 y 99% con CC y CM respectivamente. En relación con la absorbancia UV223, las mayores eficiencias de reducción se encontraron en el rango de dosis de coagulante de 18 a 50 mg/L y pH menor a 7 Unidades para FeCl3 y entre 4 y 45 mg/L y pH menor a 7 Unidades para ACH; mientras que, las zonas de mayor eficiencia de reducción de turbiedad, color verdadero y UV223 simultáneamente, se encontraron entre dosis de coagulante de 20 a 40 mg/L y pH menor a 7 Unidades para FeCl3, mientras que para ACH no fue posible encontrar zonas de coincidencia entre los tres parámetros evaluados. Desde el punto de vista de la concentración del herbicida, la CM permitió optimizar la reducción de Atrazina (representada en UV223) para la concentración de 500 ¿g/mL, usando ambos coagulantes, la CC alcanzó eficiencias de reducción entre 45 y 50% y la CM entre 50 y 55%; por el contrario, para las concentraciones superiores (1000 y 1500 ¿g/L), no se encontraron diferencias entre Coagulación Convencional (CC) y CM, lo que amerita continuar evaluando la aplicación de los coagulantes en otras condiciones de dosis y pH de coagulación.
Acceso abierto
Identificación del potencial de aprovechamiento de lodos industriales y municipales en la fabricación de pegante cerámico gris para pisos
(Universidad del Valle, 2018) Rebolledo Lozano, Guissella Andrea; Restrepo Tarquino, Inés
La creciente generación de lodos procedentes de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) se ha convertido en un gran desafío para los investigadores en las últimas décadas, puesto que a causa de sus características especiales se debe garantizar que haya una gestión integral para eliminar cualquier riesgo de producir impactos ambientales negativos. Por tanto, se busca que la gran generación de estos residuos sea incorporada a ciclos productivos para su valorización y disminución de los impactos ambientales negativos que se pueda generar por su inadecuada disposición.La presente investigación evaluó la incorporación de lodos residuales industriales y municipales en la fabricación de pegante cerámico. Se evaluaron las diversas características de los lodos y se implementó un diseño experimental en colaboración con la empresa MAECOL para identificar la calidad de los pegantes. Se encontró que el lodo más adecuado para sustituir un porcentaje de los agregados convencionales del pegante cerámico es el producido por la empresa 2 del sector de metalmecánica, ya que se obtuvieron resistencias a la tracción mayores, siendo el mejor comportamiento cuando se reemplaza el 10% de este lodo (0.34 MPa). Cabe resaltar que cuando se utiliza en 20 y 30% disminuye la resistencia, sin embargo, todos los valores son aceptables. De igual manera al analizar conjuntamente las evaluaciones ambiental, económica y financiera se evidencia un gran potencial para seguir escalando este tipo de estrategias de cierre de ciclos, que antes no había sido considerada.
Acceso abierto
Evaluación del sistema acoplado humedal construido-Foto-Fenton solar para la eliminación de diclofenaco y carbamazepina de aguas residuales domesticas
(Universidad del Valle, 2019) Casierra Martínez, Henry Alberto; Madera Parra, Carlos Arturo; Vargas Ramírez, Ximena María
La presencia de microcontaminates farmacéuticos en ecosistemas acuáticos reviste especial interés ambiental por su potencial efecto dañino a la biota a la salud humana debido a que podrían alterar su metabolismo, órganos vitales (corazón, riñones) y su capacidad de reproducción. La principal ruta de ingreso de estos contaminantes a los cuerpos de agua son los efluentes de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTARs). Debido a sus propiedades físicas y químicas, son recalcitrantes por lo que sufren poca o ninguna degradación durante el tratamiento. Ante esta esta situación, se han estudiado acoples tecnológicos que combinan sistemas biológicos y Tecnologías de Oxidación Avanzada (TOAs) pues presenta una alternativa para reducir el riesgo de la presencia de fármacos en el ambiente al alcanzar altas eficiencias de eliminación a bajo costo. Esta investigación evaluó a escala de laboratorio el desempeño de acople tecnológico entre un Humedal Construido de Flujo Subsuperficial Horizontal (HCFCCH) y una Tecnología de Oxidación Avanzada (TOA) como el fotofenton solar, para la eliminación de diclofenaco (DCF) y carbamazepina (CBZ), presentes en el agua residual doméstica producida en el campus de la Universidad del Atlántico, Barranquilla, a una concentración promedio aproximada de 15 µg. L-1. Las tecnologías fueron dispuestas en serie. El humedal trataba un caudal de 18 L.d-1 mientras que el fotorreactor de fotofenton trataba 3 L en tres (3) horas de exposición solar. La evaluación del acople se realizó durante 6 semanas, bajo tres relaciones Fe2+/H2O2 (0.1, 0.3 y 0.8). Se determinó la concentración de DCF, CBZ, materia orgánica (COD), nitrógeno total (NT) y variables in situ (pH, potencial redox, temperatura, conductividad eléctrica) en tres puntos: afluente al sistema acoplado (Entrada al humedal), un punto intermedio (Salida del humedal) y el efluente (Salida del fotorreactor). Los resultados mostraron que durante el acople tecnológico se alcanzaron eficiencias de eliminación de hasta un 92% y un 86% para el diclofenaco y carbamazepina, respectivamente, usando la relación Fe2+/H2O2 de 0.1. El análisis estadístico mostró que no hay diferencias significativas entre las relaciones Fe2+/H2O2 empleadas (p<0.05), pero que si se logran eficiencias significativamente al acoplar el humedal con fotofenton solar para eliminar los compuestos de interés (40% solo el HC vs 92% el acople tecnológico). Adicionalmente, el acople tecnológico mostró eficiencias de eliminación de materia orgánica (COD) y nitrógeno total (NT) superiores al 61%. Finalmente el presente estudio encontró que la concentración COD y NT del afluente, el pH, la radiación UV y el consumo de peróxido, no tienen ningún efecto significativo sobre las eficiencias de eliminación de DCF y CBZ.
Acceso abierto
Evaluación de la redundancia en la gestión de la resiliencia en sistemas de drenaje urbano
(Universidad del Valle, 2018) Dominguez Garzón, Edinson Andrés; Galvis Castaño, Alberto
El demandar sistemas sostenibles para condiciones futuras hace necesario dotarlos de herramientas que les permitan ser capaces de tolerar perturbaciones manteniendo niveles de servicio aceptables. La redundancia como uno de los factores de la resiliencia, representa la disponibilidad de elementos que son sustituibles o alternos y que pueden activarse cuando se producen interrupciones debido a perturbaciones, convirtiéndose en una forma de abordar la falencia de capacidad de los sistemas de drenaje actuales frente a eventos cada vez mayores que los sistemas no se encuentran en capacidad de controlar y que se ve reflejado en una mayor frecuencia de inundaciones. En el presente documento se desarrolló una metodología para la evaluación de la redundancia en sistemas de drenaje urbano y se validó preliminarmente en el sistema de drenaje de la cuenca del río Lili, que hace parte del Sistema de Drenaje Sur de la ciudad de Santiago de Cali, encontrando que la metodología ofrece una solución rápida para la evaluación de la redundancia y la óptima localización de alternativas, sin importar el tamaño del sistema, la cantidad de fallas, magnitud y duración de las perturbaciones. Específicamente para el estudio de caso con una redundancia del 60.86 %, se obtuvo que el uso de escenarios basados en la magnitud de las inundaciones demostró ser el más efectivo para reducir los valores de pérdida de funcionalidad, reduciéndolos hasta en un 62.59 %, a costa de una mayor distribución espacial de la redundancia. El uso de escenarios basados en la duración de las inundaciones demostró ser el más efectivo en general, consiguiendo reducir hasta en un 83.02 % la duración de la inundación y en un 87.79 % el periodo de recuperación del sistema.
Acceso abierto
Comparación exergética de la síntesis química de amoniaco y la fijación biológica de nitrógeno
(Universidad del Valle, 2018) Pantoja Guerrero, Renato Arturo; Sanabria Gómez, Irma Janeth; Rodríguez Arias, Oscar Mauricio
La síntesis de amoniaco es un hito de la industria química mundial. Por medio de este proceso se obtienen insumos necesarios para diferentes industrias, siendo la producción de fertilizantes la más importante de estas. Sin embargo, las características inherentes a la reacción química (Desarrollada e implementada hace más de 100 años por Fritz Haber y Carl Bosch) tienen como consecuencia un consumo elevado de energía y de recursos no renovables junta a una gran cantidad de gases de efecto invernadero. Esta problemática suscita la búsqueda de procesos sostenibles que reduzcan los impactos concomitantes a la producción de amoniaco destinado a la producción de fertilizantes. La fijación de nitrógeno es una alternativa que se fundamenta en una reacción biológica favorecida por un complejo enzimático. Esta reacción sucede a presión y temperatura ambiental. A través de un balance de exergía se compara el desempeño de dos procesos de naturaleza diferente: El mencionado proceso microbiológico y el método fisicoquímico convencional o proceso Haber Bosch (PBH). Se calculan también índices de rendimiento exergético y de sostenibilidad ambiental. Los resultados muestran que el proceso biológico destruye una mayor cantidad de exergía específica (por masa de nitrógeno fijado) que el proceso fisicoquímico convencional simulado. Sin embargo, el consumo de recursos no renovables y las emisiones del primero repercuten en un mejor desempeño ambiental abriendo posibilidades relacionadas con mejorar la sostenibilidad de la fijación de nitrógeno. El presente trabajo de investigación se constituye en una línea base para el análisis exergoecológico y exergoeconómico de procesos. Dichas metodologías están orientadas a mejorar el desempeño en el uso de recursos económicos, sociales y ambientales permitiendo alcanzar los actuales requerimientos de sostenibilidad ambiental.
Acceso abierto
Adaptación de un inóculo fijador de nitrógeno electrogénico en una celda de combustible microbiana
(Universidad del Valle, 2018) Rodríguez González, Claudia Lorena; Sanabria, Janeth; Lizcano Valbuena, William Hernando
Las fuentes primarias de energía utilizadas para la sostenibilidad humana incluyen: combustibles fósiles (78.3 %), nuclear (2.5 %) y renovables (19.2 %). Las dos primeras son agotables y es bien establecido su asociación a impactos ambientales negativos. Se ha estimado que para el año 2020-2025 la población demandará el doble de petróleo, 75% más de gas y 40% más de carbón. En la última década se ha acentuado el interés por formas no convencionales, es decir, producción de energía a partir de fuentes renovables sin emisiones de CO2. Estas formas de producción son entre otras: hidráulica, eólica, solar, bioenergía y geotérmica. Las celdas de combustible microbianas (CCM), Microbial Fuel Cell, (MFC) han sido implementadas como fuente alternativa de energía y biorremediación. Sin embargo, los inóculos utilizados hasta el momento han sido provenientes de sistemas de tratamiento y sedimentos y han presentado limitaciones en la generación de electricidad. No se han encontrado estudios que evalúen la capacidad de producción de electricidad de consorcios fijadores de nitrógeno. La hipótesis de que la fijación biológica de nitrógeno es un proceso que será más eficiente en densidad de potencia en una CCM radica en la importante transferencia de protones y electrones en el proceso. Con el presente trabajo, esperamos que consorcios fijadores de nitrógeno enriquecidos en biorreactores pueden llegar a ser más eficientes que los inóculos utilizados hasta el momento.
Acceso abierto
Aplicación de enmiendas órgano-minerales como estrategias para el mejoramiento de las propiedades físicas y químicas de dos suelos representativos del Valle del Cauca.
(Universidad del Valle, 2018) Elejalde Vargas, Cindy Cynthia; Daza Torrez, Martha Constanza
Actualmente, la lixiviación de nitrógeno (N) en los suelos es uno de los principales problemas en la agricultura debido a los impactos negativos y las pérdidas económicas que esto representa. El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo determinar la relación abono orgánico: mineral de arcilla más adecuada para formular una enmienda órgano-mineral que mejore las propiedades físicas y químicas de dos suelos; por tanto, se desarrolló un experimento en columnas, en el que se evaluó el efecto de la aplicación de dos enmiendas órgano-minerales (O:M) en un suelo ácido y otro básico del Valle del Cauca. Los tratamientos evaluados fueron: testigo, lombricompost, gallinaza, montmorillonita, 3 proporciones de mezcla entre lombricompost y montmorillonita, y 3 proporciones de mezcla entre gallinaza y montmorillonita; las proporciones de enmienda fueron diferentes para cada suelo. En el suelo ácido se variaron las proporciones entre 1:1 y 1:6, en el básico, entre 1:1 y 1:1.2, correspondiendo a la relación abono orgánico: mineral de arcilla. Cada tratamiento fue fertilizado con urea (46,0 %) a una dosis de 150 kg/ha de N. Se evaluaron las propiedades físicas y químicas de ambos suelos, así como la eficiencia en retención de humedad de las enmiendas aplicadas, con el fin de establecer su utilidad como estrategia para el uso eficiente del recurso hídrico. Los resultados mostraron que los tratamientos que tuvieron lombricompost perdieron menores volúmenes de agua que los tratamientos con gallinaza, aunque lixiviaron mayores concentraciones de amonio y nitrato. Por otro lado, evidenciaron tener mayor efecto sobre las propiedades químicas del suelo ácido que del suelo básico, de tal forma que fueron significativos en el aumento del pH, la capacidad de intercambio catiónico y la materia orgánica; cabe resaltar que los tratamientos confirieron alta salinidad a ambos suelos. Por último, los tratamientos LP2 (1.2:1) (lombricompost + montmorillonita, proporción 2) y LP3 (1.22:1) (lombricompost + montmorillonita, proporción 3) del suelo ácido y básico respectivamente, obtuvieron las mayores eficiencias en retención de humedad además de mantener la humedad del suelo por mayor tiempo, por lo que serían útiles como estrategia para el uso eficiente del recurso hídrico.
Acceso abierto
Performance of a fixed bed reactor for mercury removal by biosortion using agricultural residue
(Universidad del Valle, 2018) Torrado Cuellar, Carlos Miguel; Madera Parra, Carlos Arturo
This research was aimed to evaluate the performance of a technology for mercury removal. This study was performed in a mining area located in Cauca, Colombia. The purpose of this project was to assess a low cost alternative for removal of mercury in the wastewater of a mining production unit (MPU) which produces gold. Activated carbons generated with coconut shells and coffee husks were evaluated as a treatment alternative for the removal of mercury released to the water after the amalgamation process. Thus, an evaluation of the MPU in terms of the wastewater characterization and the performance and conditions of the main processes used for gold production was carried out. Mercury losses were estimated throughout the units prior to the discharge point as an important factor contributing to the contamination pathways in the MPU. Coconut shells and coffee husk were ground and activated with a physical mechanism using a muffle furnace, nitrogen gas as the reducing atmosphere and steam as the activating agent. The activated biosorbents were characterized and compared based on their surface area, mesopore and micropore distribution, density and adsorption capacity by performing batch tests. Desorption test was applied for the biosorbent that showed the highest performance in the adsorption batch tests. A laboratory scale fixed bed reactor was evaluated for 10 days, in a semi continuous regimen, with the same conditions as that of the real MPU. Mercury, suspended solids and COD concentrations were found to exceed the Colombian national permissible limits of wastewater discharge with a maximum mercury, suspended solids and COD concentrations of 7.71, 18496, and 303 mg 1-1 O2, respectively. A primary sedimentation tank was designed as a starting point of the treatment train. The sedimentation process was used to remove the majority of solids before the use of the biosorbents for the mercury removal. Coconut shell and coffee husk were activated with maximum yields of 30.0 % and 23.7 %, respectively, obtained from the amount of precursor material introduced to the muffle furnace and the amount of activated carbon generated. Coconut shells activated at a carbonization temperature of 300 °C and an activation temperature of 600 °C showed the highest adsorption capacity and surface area with results of 0.0036 mg g-1 and 539.59 m² g-1, respectively. The fixed bed reactor did not achieve its breakthrough point or capacity after 10 days of operation and showed good mercury removal. The effluent quality complies with the national permissible limit of 0.002 mg 1-1 of mercury. Coconut shell activated carbon proved to offer a better alternative for the removal of mercury in effluents from the gold mining industry.

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