Ciencia, ambiente y academia: Aportes de la formación en investigación en Ingeniería Ambiental para el desarrollo sostenible 2017-2018

Por Christian José Rojas Reina, Yésica Natalia Mosquera Beltrán, Verónica Duque Pardo y 9 más

El crecimiento y madurez del programa de Ingeniería Ambiental en la Universidad Santo Tomás, Sede de Villavicencio, ha permitido el abordaje de problemáticas ambientales desde la formación investigativa. Con un enfoque en torno a los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), que definen los aportes a los retos del milenio, se realiza una sistematización de la investigación para revelar las contribuciones del programa de Ingeniería Ambiental al cumplimiento de la Agenda ODS 2030, desde la perspectiva transdisciplinaria de los integrantes del Grupo de Investigación Gestión Ambiental USTA Villavicencio – GAUV, así mismo, enuncia derroteros para las investigaciones futuras en el departamento del Meta. El libro está orientado a estudiantes, profesionales y entes especializados en el área ambiental interesados en la región de la Orinoquia y, en las actividades realizadas desde el programa de Ingeniería Ambiental de la USTA para aportar al desarrollo humano de manera sostenible.

• Idioma: Español
• Editorial: Universidad Santo Tomás
• Fecha de lanzamiento: 14 ene 2021
• ISBN: 9789587823394

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Introducción

Desde el comienzo de las investigaciones formativas del programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad Santo Tomás, sede de Villavicencio en 2017, se han realizado 67 investigaciones en las diferentes sublíneas de investigación del programa. Aunque cada una de estas investigaciones ha dado su aporte a la solución de problemáticas en el departamento del Meta, es necesario conocer su alcance global en el contexto regional e internacional. Para ello se realizó un proceso de sistematización de las experiencias de investigación en el periodo 2017-2018. Llevar a cabo un proceso de sistematización de la investigación permite:

Una revisión compartida y colectiva del proceso de investigación.

La apropiación por parte de los encargados de generar las iniciativas de investigación.

Una nueva forma de aprendizaje.

Sugerencias para nuevas propuestas y agendas de investigación.

Generar nuevo conocimiento a través de la combinación de la práctica real y la reflexión académica.

Por consiguiente, el objetivo es realizar un análisis de la investigación desde la perspectiva madura de los investigadores del Grupo de Investigación Gestión Ambiental USTA Villavicencio (GAUV), a fin de encontrar las metodologías de investigación utilizadas y las conclusiones de los diferentes grupos de investigación, todo en función de los ODS. Para ello se tomó un primer paso: 1) selección de los trabajos de investigación formativa y preanálisis para luego dividirlos en grupos, en función de sus ejes temáticos más comunes: recurso hídrico, recurso aire, recurso suelo, economía sostenible, energías renovables/biodiversidad. El segundo paso fue: 2) exploración de los resultados de los trabajos de investigación para rescatar los resultados más relevantes y su aporte global a los ODS pertinentes en cada capítulo; en este punto, se realizó una reinterpretación de los datos obtenidos para conseguir una visión global de los logros alcanzados. Por último: 3) conclusiones desde el punto de vista de la investigación del programa. De esta forma, se sintetizan los mayores logros y falencias de la investigación del programa, así como su aporte general al nuevo conocimiento en el departamento del Meta.

En algunos casos, fue posible enriquecer la discusión con datos externos, pero en otros, debido a las particularidades regionales, no fue posible tal comprobación. El análisis del tipo de procedimiento realizado en cada investigación (descriptiva, exploratoria o explicativa) permite analizar la profundidad de los resultados obtenidos y la necesidad de redireccionar aquellos casos donde es necesario avanzar en la agenda investigativa del programa de Ingeniería Ambiental.

CAPÍTULO I

Gestión integral del recurso hídrico del Meta

CHRISTIAN JOSÉ ROJAS REINA*

YÉSICA NATALIA MOSQUERA BELTRÁN**

VERÓNICA DUQUE PARDO***

1. Introducción

El departamento del Meta se destaca por su gran cantidad de recursos hídricos al formar parte de la Orinoquia colombiana. Debido a esto, una parte importante de la investigación formativa realizada en el programa de Ingeniería Ambiental de la USTA Villavicencio se centra en la investigación del estado de esta riqueza hídrica, así como de su conservación. Gran cantidad de investigaciones se enfocan en la calidad del agua de los ríos cercanos o en el área urbana de Villavicencio. Además, se han realizado investigaciones en sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas, rurales e industriales de la región, así como nuevas alternativas de tratamiento probadas en sistemas de tratamiento piloto dentro de la Universidad. Por último, pero no menos importante, se ha investigado el efecto del cambio climático por medio del modelamiento para determinar el efecto a nivel local del aumento o la disminución de las precipitaciones en la región y sus efectos en los cuerpos hídricos analizados.

2. Objetivos de desarrollo sostenible

Este capítulo involucra investigaciones en el área de recurso hídrico, enfocándose en la calidad de los cuerpos de agua superficial del departamento del Meta, en las incidencias de las actividades antrópicas sobre estos, así como en diversas técnicas de potabilización de agua superficial y de tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales. Estas investigaciones están enmarcadas en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) establecidos por el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD, 2015), principalmente encaminados al cumplimiento del Objetivo 6: Agua limpia y saneamiento, que tiene como propósito asegurar el acceso universal al agua potable segura y asequible para todos para el año 2030.

3. Introducción-problemática

El agua es uno de los recursos más utilizados principalmente en actividades agropecuarias, industriales y domésticas. El uso de este recurso ha presentado un aumento del 1% anual desde la década de 1980 a escala mundial. Este aumento constante está directamente relacionado con el crecimiento poblacional y el auge de economías emergentes; sin embargo, las actividades que presentan mayor consumo de agua son la agricultura (con 69% de las extracciones anuales de agua a escala global), la industria (19%) y las relacionadas con el uso domés­tico (2%) (Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos [WWAP], 2019).

Colombia no es ajena a esta situación. Para el año 2016, la demanda total de agua en el país ascendió a 37 308 millones de m³, un aumento del 5 % en comparación con el 2012. Esta demanda corresponde en su mayoría al uso agrícola con 43.1 %, seguido por la generación de energía con 24.3 % y el uso pecuario con 8.2 %, concentrando en estos tres sectores el 76 % de la demanda hídrica nacional (Ideam, 2018).

El desarrollo de estas actividades da paso a la generación de aguas residuales. En los países en vías de desarrollo, cerca del 80 % de estas aguas son descargadas en los cuerpos hídricos sin tratamiento; sumado a esto, es frecuente evidenciar que en estos países únicamente 5 % de las aguas residuales domésticas y urbanas se tratan antes de su liberación al medio ambiente (WWAP, 2019).

Según el ENA 2018, se estima que 65 subzonas hidrográficas de Colombia tienen entre muy alta y alta potencialidad de contaminación por cargas asociadas con vertimientos puntuales de sectores usuarios del recurso hídrico, y en época de sequías este número de subzonas aumenta a 97, lo que equivale al 30 % del total de subzonas hidrográficas que cubren el país (Ideam, 2018).

La contaminación hídrica es uno de los factores que aumentan el estrés hídrico, identificado como una situación en la que la presión demográfica y la mala calidad del agua generan problemas de escasez, afectando principalmente a las comunidades vulnerables y a poblaciones rurales que, en su mayoría debido a problemas de accesibilidad y asequibilidad, no cuentan con sistemas de saneamiento básico.

Esta situación se refleja en los datos arrojados por la Organización Mundial de la Salud (OMS), que para el 2017 reportó que aproximadamente 4500 millones de personas no cuentan con saneamiento seguro, 2300 millones aún no disponen de servicios básicos de saneamiento y 159 millones todavía beben agua no tratada, con lo que se evidencia además que el progreso hacia el saneamiento básico en la totalidad de la población es demasiado lento en 90 de los países acoplados a la Agenda 2030 y al cumplimiento de los ODS (OMS, 2017).

4. Metodologías

Las investigaciones realizadas en el área del recurso hídrico tienen un enfoque metodológico descriptivo y correlacional, de acuerdo con la clasificación realizada por Hernández et al. (2014). Los trabajos en cuerpos de agua buscan describir los procesos naturales que ocurren en ellos a través de la correlación de las diferentes variables monitoreadas. Esto implica un trabajo experimental de campo para la recolección de muestras y un trabajo de laboratorio para su análisis. En el caso de tratamiento de aguas, se realizan trabajos experimentales a través de plantas a escala de laboratorio o piloto.

5. Investigaciones

5.1. Calidad del agua

La escasez del recurso hídrico no solo se ve representada en la falta de agua en términos de cantidad, sino que además se determina por su disponibilidad de uso. La facilidad de acceso al recurso y los costos de este acceso también establecen los índices de escasez, siendo la captación de agua de cuerpos superficiales una de las estrategias más empleadas para suplir la demanda hídrica. Sin embargo, la calidad del agua de estas fuentes ha disminuido debido a la ubicación de asentamientos humanos, vertimientos directos sin previo tratamiento y sobreexplotación de estos, lo que afecta la cantidad del recurso disponible para uso directo (Unesco, 2017).

Actualmente, la calidad del agua es uno de los factores que define la viabilidad del recurso para su uso, debido a que los cuerpos hídricos y las fuentes de abastecimiento, en su mayoría, se han visto afectados por contaminación antrópica producto de actividades agrícolas, industriales y domésticas. El factor común es que los vertimientos tienden a carecer de un tratamiento adecuado, aportando altas cargas de materia orgánica representadas principalmente en demanda biológica de oxígeno (DBO5), disminución del oxígeno disuelto y cambios en el pH y la temperatura de las fuentes de abastecimiento.

El departamento del Meta no es ajeno a esta situación. En esta sección, se relacionan los resultados obtenidos por investigaciones realizadas en diferentes fuentes hídricas de la región, evidenciando en su mayoría presiones antrópicas y cambios en la calidad del agua.

Para los casos de estudio de este capítulo, se analizaron el río Ocoa, los caños Grande y Maizaro, y la quebrada La Argentina, todos localizados en el municipio de Villavicencio; y el caño Pilatos, ubicado en Restrepo. Los cinco cuerpos hídricos presentaron presiones antrópicas. Para los dos primeros casos, la actividad doméstica es uno de factores que más dañan la calidad del agua (Aguilar y Solano, 2018; Babativa y Caicedo, 2018; Barrero y Martínez, 2018; Guerrero, 2018; Hernández y Páez, 2018), y para el caso del caño Pilatos, la producción piscícola realiza vertimientos puntuales en el cuerpo de agua sin ningún tratamiento previo (Montoya, 2018). En lo particular, el río Ocoa, además de ser el mayor receptor de aportes domésticos del municipio, también se encuentra afectado por vertidos directos de industria petrolera (Babativa y Caicedo, 2018; Morales y Avirama, 2018), situaciones que —aunadas a las condiciones naturales del paisaje— han permitido identificar la presencia de metales pesados, contaminantes de elevada importancia por los impactos negativos que generan en los ecosistemas naturales y en la salud pública.

Las investigaciones se desarrollaron contrastando las condiciones de calidad de agua entre temporadas seca y húmeda —exceptuando el trabajo desarrollado por Aguilar y Solano (2018), que solo considera temporada húmeda—. Estas coinciden en establecer por lo menos tres puntos representativos de muestreo sobre los cuerpos de agua superficiales, que inician con estaciones en zonas de baja afectación (P1) —en algunos casos cabecera o cuenca alta—, entre uno y tres puntos intermedios (P2, P3 y P4) en el transcurso de la actividad antrópica —doméstica, piscícola o petrolera— y, por último, uno o dos puntos (P5 y P6) posteriores al aporte o vertidos.

A partir de los diseños experimentales y las estaciones de muestreo identificadas, es posible analizar la variación espacial y temporal de la calidad del agua, durante los años de estudio, sobre las fuentes hídricas particulares. En los puntos de monitoreo especificados, las variables in situ como potencial de hidrógeno (pH), oxígeno disuelto (mg O2/L) y temperatura (°C) fueron comunes a todos los estudios. En el caso de los parámetros ex situ, determinados en laboratorios (universitarios o acreditados) a partir de muestras representativas, fueron variables que dependen del tipo de aporte (doméstico o industrial) y del alcance del estudio (análisis directos de parámetros o cálculos de índices de calidad de agua/contaminación). Algunos de estos son DBO5 (mg O2/L), sólidos suspendidos totales (mg/L), coliformes totales (NMP/100mL), dureza (mg/L CaCO3), alcalinidad (mg/LCaCO3), fosfatos (mg/LPO4), nitratos (mg/LNO3) y metales pesados (mg/L), entre otros.

Como se puede evidenciar en la figura 1.1, el oxígeno disuelto disminuye en la mayor parte de los casos a medida que avanza la trayectoria (exceptuando el río Ocoa); este es un indicador de contaminación por presencia de materia orgánica al ser consumido durante los procesos de descomposición bacteriana de este tipo de aportes (Ayora, 2010). Es decir que estos valores son congruentes con lo reportado a través del reconocimiento en campo e información secundaria, que dan cuenta de que estos cuerpos de agua son receptores de vertimientos domésticos (en algunos casos industriales) y disposición inadecuada de residuos sólidos, y presentan pérdida de vegetación de ribera.

En relación con la variación de este parámetro en función de la temporada, las concentraciones de oxígeno disuelto son mayores en la temporada de lluvias por aporte de oxígeno producto del recambio que genera la precipitación, como lo demostraron Muñoz et al. (2015), afirmando que la pluviosidad y el oxígeno disuelto presentan una correlación directa.

Sin embargo, los resultados particulares del estudio realizado sobre caño Pilatos evidencian un comportamiento anómalo —contrario a lo reportado por Muñoz et al. (2015) y soportado en los otros cuerpos de agua objeto de estudio—. En este, se reporta disminución de la concentración de OD para la temporada húmeda, situación fundamentada en el aporte de vertimientos directos de aguas de recambio de la actividad piscícola en los puntos intermedios analizados (Montoya, 2018). La materia orgánica aportada y el arrastre de esta aumentan el consumo de oxígeno y disminuyen la disponibilidad en el medio.

El aporte de vertimientos domésticos modifica significativamente la disponibilidad de O2, consecuencia del aumento en la demanda biológica de oxígeno (DBO5) y química