Digestión anaerobia de residuos de poda como alternativa para disminuir emisiones de gases de efecto invernadero en rellenos sanitarios

La disposición de residuos sólidos urbanos en Colombia se realiza principalmente en rellenos sanitarios, los cuales tienen una limitada vida útil para su operación. Actualmente, cerca del 50% de estos sistemas se encuentran en la etapa final de su vida útil, por lo que se requiere evaluar alternativas de tratamiento y disposición para dichos residuos. Los residuos sólidos urbanos generados en Colombia contienen un alto contenido de material orgánico, lo cual contribuye a la emisión fugitiva de gases de efecto invernadero (GEI) en rellenos sanitarios; en tal sentido, el uso de digestión anaerobia resulta una alternativa tecnológica apropiada con el beneficio de facilitar el aprovechamiento de metano (CH4) como fuente de energía. Este trabajo busca realizar una comparación directa entre las emisiones de GEI en rellenos sanitarios y en el proceso de digestión anaerobia como opciones para la disposición y tratamiento de residuos orgánicos urbanos en Colombia. Para tal fin, la cuantificación de GEI se realizó mediante el desarrollo de un caso de estudio para la disposición de residuos de poda en la ciudad de Manizales, siguiendo modelos de cuantificación teórica para las emisiones diarias de metano y dióxido de carbono. Los resultados obtenidos muestran diferencias considerables entre las técnicas de cálculo utilizadas, especialmente para la evaluación de digestión anaerobia por el carácter general de los factores de emisión. Sin embargo fue posible estimar que cerca de 50 ton de metano y 1200 ton de dióxido de carbono, reportados como CO2 equivalente, dejarían de ser emitidos anualmente en la ciudad de Manizales en caso de implementarse la digestión anaerobia como alternativa a la disposición actual de residuos de poda en el relleno sanitario.ÁREA TEMÁTICA: Energía y Ambient

Generation and representation of air quality indexes: a case study applied to Manizales

Se implementaron indicadores de calidad del aire para el dominio de Manizales y se estructuró una bodega de datos que permite a la población visualizar y obtener esta información gratuitamente. Dos tipos de indicadores fueron calculados: índices de calidad del aire (ICA) y porcentaje excedencia de los límites normados (PELN). Se analizaron e interpretaron estos indicadores para los contaminantes Dióxido de azufre (SO2), Ozono (O3) y Material particulado (PM10 y PM2.5), utilizando el software R y la librería Openair. La bodega de datos puede ser visualizada desde la plataforma virtual llamada Centro de Datos e Indicadores Ambientales de Caldas (CDIAC), el cual cumple con la función de almacenar, procesar y poner a disposición del público la información obtenida desde las estaciones de monitoreo del Sistema de Vigilancia de Calidad del Aire de Manizales. Los resultados mostraron bajas concentraciones de los contaminantes analizados con valores de ICA normalmente entre 10 y 60 para material particulado, y entre 0 y 27 para los gases. En general los ICA se ubicaron en la categoría Buena y en pocas ocasiones en la categoría Moderada. El PELN de los contaminantes no ha sobrepasado el 1%.Air quality indexes for Manizales domain were  implemented  and  a  data  warehouse  was  structured, allowing to people to display and obtain indexes information for free. Two kinds of indexes were calculated: Air Quality Indexes (AQI) and Percentage of exceedance of normed Limits (PELN). Indexes for Sulfur dioxide (SO2), Ozone (O3) and Particulate matter (PM10 and PM2.5) were calculated and analyzed using R software and Openair library.  Access to the  data warehouse  is  possible  from  the  virtual  platform  called  Centro  de  Datos  e  Indicadores Ambientales de Caldas (CDIAC) in charge of storing, processing and providing to people the information from the system of air quality monitoring stations. Results exhibit low concentrations of analyzed pollutants, with AQI ranging  from  10  to  60  for  particulate  matter  and,  from 0 to 27 for gases. Generally AQI remained at Good category and occasionally at Moderate category.  The PELN of pollutants did not exceed 1%

Sistema Integrado de Monitoreo Ambiental de Caldas – SIMAC Sistema de Vigilancia de Calidad del Aire en Manizales

La dinámica actual de la población tiene mayor necesidad de consumo debido a su acelerado crecimiento. Esta dinámica trae consigo una mayor producción industrial, altos índices de motorización y por ende mayores niveles de emisión de contaminantes, entre los cuales se destacan el monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO2), ozono troposférico (O3) y material particulado (PM). Lo anterior genera impactos negativos en la calidad del aire de los centros urbanos y en los ecosistemas circundantes. En la dinámica del Sistema de Vigilancia de la Calidad del Aire (SVCA) intervienen diferentes elementos que requieren una clasificación para lograr un mayor entendimiento del mismo. En este sentido, las emisiones son ocasionadas principalmente por fuentes antropogénicas como el parque automotor y la producción industrial, o por fuentes naturales, como en el caso de la ciudad de Manizales, las emisiones generadas por el volcán Nevado del Ruiz. Estas emisiones van a la atmósfera donde se ven afectadas por las condiciones climáticas que favorecen o no las reacciones químicas, deposición, dispersión y transporte de los contaminantes. El objetivo de las estaciones de monitoreo instaladas en la ciudad es cuantificar los diferentes contaminantes presentes en el aire ambiente. Posteriormente, estos datos son procesados y publicados periódicamente, generando información de gran utilidad para la toma de decisiones que permitan alcanzar un desarrollo sostenible para la ciudad y una adecuada gestión de la calidad del air

Challenges for implementing the colombian regulation about the control of dioxins and furans from incinerators

RESUMEN: Los incineradores de desechos hospitalarios, municipales y hornos crematorios se han identificado como los principales generadores de dioxinas y furanos. Colombia no ha sido ajena a esta problemática. Recientemente, el Ministerio del Medio Ambiente estableció las pautas para regular las emisiones de incineradores de residuos sólidos y líquidos. La forma más directa de conocer el estado actual y la eficiencia de los sistemas de control que se implementen para cumplir con las normas es mediante el análisis de estas sustancias. Los análisis de dioxinas y furanos en muestras de cenizas de un incinerador de residuos hospitalarios de la ciudad de Medellín ilustran la metodología analítica establecida por organismos internacionales para la detección y cuantificación de estas sustancias. Dado que los costos implicados en dichos análisis son demasiado altos, se requieren estrategias que faciliten el cumplimiento de la norma

Evaluación de la digestión y co-digestión anaerobia de residuos de comida y de poda en bioreactores a escala laboratorio

El deterioro ambiental provocado por el alto consumo de combustibles fósiles y la inadecuada disposición de residuos sólidos, ha incentivado su conversión en productos energéticos de alto valor agregado a partir de diferentes procesos biotecnológicos con el fin de compensar parte de la demanda energética. En este trabajo se evalúa la eficiencia, el rendimiento y la productividad del proceso de digestión y co-digestión anaerobia de residuos de comida y poda para valorar su viabilidad como sustratos en la generación de biogás. El seguimiento y evaluación del proceso de digestión mesófila se realizó usando biorreactores por lotes con un volumen activo de 3L, una Relación Inóculo a Sustrato (RIS) de 0,25 (sólidos totales) y una relación residuos de comida a poda de 1,6 (sólidos totales) en el ensayo de co-digestión. En los ensayos realizados se obtuvieron eficiencias de producción de biogás del 38% y 49% con respecto al potencial teórico (determinado a partir de la ecuación de Buswell) para los residuos de poda y comida respectivamente en mono-digestión, y un 66% para la mezcla poda-comida. El modelo de Gompertz de crecimiento de biomasa fue utilizado para simular la generación de biogás en cada proceso. Estos resultados y el seguimiento del pH durante la digestión, permiten concluir que la mezcla de residuos de comida con residuos de poda mejora los rendimientos de producción de biogás y la estabilidad del sistema en términos de pH, siendo una alternativa para la generación de bioenergía a partir de residuos de cotidiana generación en las ciudades colombianas

Catalytic hydrodechlorination of dichloromethane over Pd or Ni supported

RESUMEN: Se sintetizaron varios catalizadores cargados con paladio o níquel, soportados en ?-alúmina preparada por el método sol-gel y se caracterizaron por difracción de rayos X, análisis elemental, adsorción de nitrógeno, TPR y TGA. Los catalizadores resultantes se evaluaron en la hidrodecloración catalítica de diclorometano al estudiar el efecto de varios parámetros: método de síntesis, condiciones de pretratamiento, temperatura de reacción, relación hidrógeno/organoclorado y tiempo de saturación. Bajo las condiciones estudiadas, los catalizadores impregnados exhibieron mayor actividad que los congelados y la calcinación en flujo de He favoreció la actividad en comparación con la calcinación en condiciones estáticas. La actividad de los catalizadores aumentó con la temperatura y con la relación H2/CH2Cl2. El tiempo en que el catalizador se dejó en contacto con la mezcla reactiva antes de iniciar la reacción (tiempo de saturación) influyó significativamente en su actividad. En general, se observó disminución de la actividad catalítica con el tiempo de saturación. Aunque el soporte ?-alúmina sol-gel también fue activo para la reacción, indudablemente el Pd y Ni promueven la hidrodecloración

DROVE: Un algoritmo para la desagregación espacial y temporal de inventarios de emisiones por fuentes móviles en ruta

DROVE (Disaggregation of on-Road Vehicle Emissions) es un algoritmo diseñado para la desagregación espacial y temporal de inventarios de emisiones por fuentes móviles en ruta, desarrollado en la extensión de R Project para QGIS (RQGIS). Esta herramienta fue construida con el objetivo de contribuir con la gestión de la calidad del aire en ciudades intermedias, además de obtener inventarios de emisiones con la desagregación necesaria para alimentar modelos de calidad del aire. El algoritmo DROVE está basado en una aproximación top-down que permite el uso de múltiples fuentes de información relacionada con la emisión, partiendo de un mapa de red vial como insumo mínimo. Dos casos de estudio fueron aplicados para demostrar la flexibilidad del algoritmo, en dos ciudades intermedias colombianas (Manizales y Villavicencio) con diferente disponibilidad de información de entrada. En el primer caso aplicado a Manizales, se obtuvo la desagregación de las emisiones con año base 2017, empleando información de flujos vehiculares proveniente de un modelo de tráfico y un mapa de red vial actualizado. En el segundo caso, Villavicencio, se utilizó información de red vial proveniente de bases de datos abiertos (Open Street Mapas), para la desagregación de un inventario preliminar de emisiones. La metodología presentada en este estudio ha sido previamente empleada para evaluar el impacto de utilizar inventarios de emisiones locales y globales en la modelación de PM10 y ozono troposférico en una simulación de alta resolución en WRF-Chem. Los resultados mostraron una mejor representación de las dinámicas de los dos contaminantes con el uso de inventarios de emisiones locales, permitiendo un análisis más realista de la representación de las emisiones y resaltando la importancia de la estimación y el refinamiento de estos inventarios en ciudades intermedias. DROVE es un algoritmo de uso libre que, además de ser una herramienta capaz de obtener un inventario de emisiones con alta resolución espacial y temporal, útil tanto para la toma de decisiones como para la modelación de los fenómenos atmosféricos, sirve como instrumento de aprendizaje para quienes quieren dar un primer paso en la desagregación de sus inventarios locales.

CONCENTRATIONS AND GAS-PARTICLE PARTITION OF POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS IN AMBIENT AIR OF A MEDIUM-SIZED ANDEAN CITY

Cities in emerging countries are facing a fast growth and urbanization; however, the study of air pollutant emissions and its dynamics is scarce, making their populations vulnerable to potential effects of air pollution. This situation is critical in medium-sized urban areas. This study studied concentrations in the gas and particles phase, and gas–particle partition behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the ambient air of the medium-sized Andean city of Manizales (398830 population and 2150 m.a.s.l.). High-volume samplers with quartz fiber filters (QFFs) and polyurethane foams (PUFs) were used to collect PAHs in both gaseous and particulate phases (TSP fraction). Monitoring was carried out in 3 zones of the city, 20 samples per site, from July to September 2018, following the TO-13A EPA method. Each site had characteristic emission sources dominated by fossil fuel combustion. The EPA's 16 priority-controlled PAHs species were measured using triple quadrupole gas chromatography equipped with a mass-selective detector (GCMS). The total PAH concentrations (particle + gas) ranged from 11.5 ng/m3 to 35.2 ng/m3 (average of 19.6 ng/m3) for the urban center site; from 7.1 ng/m3 to 33.5 ng/m3 (average of 18.0 ng/m3) for the residential/commercial site; and from 13.9 ng/m3 to 114.4 ng/m3 (average of 31.5 ngm3) for the industrial site. The dominated concentration of PAHs in the particle fraction accounted for 64–75% of total particle-bond PAHs, including mainly: Benzo[b]fluoranthene, Benzo[ghi]perylene, Benzo[a]pyrene, Indeno[1,2,3-cd]pyrene and Pyrene. On the other hand, gaseous fraction was dominated by Phenanthrene, Pyrene, Fluoranthene, Fluorene and Naphthalene, comprising 84–86% of total gaseous PAHs. The concentration of gaseous fractions of PAHs at the three sampling sites ranged from 43% to 90% of the total PAHs in the gas–particle systems; and gaseous PAHs were predominant in 90% of the samples. The gas-particle distribution was analyzed through several approaches such as the relationship of the partitioning coefficient including ambient temperature and the logarithm of the sub-cooled vapor pressure, also the octanol-air partitioning coefficient of PAHs. Results provide the baseline for ongoing research in atmospheric modeling and urban air quality, in order to improve the understanding of these air pollutants

BIOGENIC VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS IN COLOMBIA: FIRST SPECIALIZED MODEL AND DETERMINING EMISSION FACTORS

A model to estimate Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOC) emissions over mountainous regions was developed.  The model permits better analysis of BVOC over Colombia and Andean regions with strong altitudinal changes in short distances, reason why the model was called BIGA. The model can be used in small regions with high resolutions improving the results accuracy. As a complement, measurements of BVOC were carried out to get Emission Factors (EF) and optimize the model representation over Colombia. It has been reported that tropical regions generate approximately 80% of the global terpenoid emissions (Guenther et al., 2012). However specific EFs for this region have been scarce and the inventory estimations are based in EF determined in other zones. Ten representative species for tropical Andes regions were selected and the EF were determined for trees, crops, scrubs and grass in different thermal floors. The samples were collected following the enclosure method and analyzed by GC/MS-TOF. The measurements and the model were carried out in Caldas,  high montane tropical region with different thermal floors and different altitudinal gradients (500 to 5200 m.a.s.l), this region is characterized by distinct climactic zones with different ecotypes, that ranged from dry forest valleys to tropical Andean forests, cloud forest, and paramo. Fourteen types of BVOC were observed such as isoprene, eight monoterpenes and five sesquiterpenes. The highest BVOC fluxes at 30°C y 1000 PAR are emitted by trees mainly by Cecropia peltata and Juglans neotropica with 350610 and 116332 µg m-2.h-1. The species analyzed show that 4% of total BVOC are isoprene, 2% sesquiterpenes and 94% monoterpenes of which the most abundant compound is alpha pinene with 68% of the total emissions. Preliminary results obtained with the model BIGA revealed critical points of BVOCs in lower elevation zones. The highest emission occurred on the dry period, with differences between dry and wet days around 49% for isoprene and 20% for monoterpene species. The highest fluxes occurred at approximately 15:00 h (LST), with mean fluxes of 3.61 and 1.39 ton m -2 h -1 for isoprene and monoterpenes respectively

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DEL MATERIAL PARTICULADO EN MANIZALES Y ANÁLISIS DE LA RELACIÓN PM2.5/PM10

El material particulado (PM por sus siglas en inglés), es un contaminante de interés prioritario en el estudio de la contaminación atmosférica en centros urbanos, debido a que está fuertemente asociado con indicadores de morbilidad y mortalidad de la población alrededor del mundo. En la ciudad de Manizales se han monitoreando los niveles de PM10 y PM2.5 desde el año 2009 dentro de la red de vigilancia de calidad del aire (SVCA). Es importante analizar a fondo el comportamiento histórico y las tendencias de los niveles de PM y su relación con la meteorología de la ciudad, por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue realizar un análisis profundo de los registros históricos de PM10 y PM2.5 a fin de comprender el comportamiento de este contaminante en la ciudad. El estudio abarcó un periodo de 9 años, entre enero de 2010 a diciembre de 2018, en el cual se analizaron las tendencias de la concentración de dichos contaminantes, su asociación con las variables meteorológicas principales (Precipitación, velocidad del viento, temperatura y humedad relativa) y la relación entre PM2.5/PM10. Asimismo, se realizó una primera estimación del perfil horario de PM2.5 y PM10 en la ciudad. La información sobre PM se obtuvo del SVCA de Manizales, tomando los registros de PM10 de las seis estaciones que conforman la red de la ciudad y los de PM2.5 de la estación gobernación. Por otra parte, la estación gobernación fue equipada en 2019 con un equipo de medición en línea de material particulado, de modo que fue posible elaborar la primera estimación de los perfiles horarios de PM2.5 y PM10 en la ciudad. En lo que respecta a datos de variables meteorológicas, fueron obtenidos registros de dos estaciones representativas ubicadas en cercanías de los sitios de monitoreo de PM. Finalmente, la información fue procesada en el software estadístico R. Se encontraron concentraciones de PM10 y PM2.5 que varían entre los 8-67 μg/m3 y 3-49 μg/m3 respectivamente, se apreció una tendencia a disminuir la concentración promedio anual de PM10 del año 2012 en adelante, una relación entre PM2.5/PM10 de 0.62 y una relación inversa entre la concentración del material particulado y la precipitación