Áreas de la Ingeniería Ambiental

El área de Ingeniería Ambiental del Departamento enfoca su investigación en siete líneas de investigación principalmente, las cuales son explicadas a continuación: 


Hidrología, meteorología y variabilidad climática

Objetivos de la línea: El objetivo general de la línea es generar y divulgar conocimiento y productos de ciencia y tecnología en la caracterización, cuantificación, análisis, modelación, desarrollo de herramientas y conocimiento de procesos hidrológicos y meteorológicos incluyendo la variabilidad de éstos asociada a cambios en el uso del suelo, y variabilidad climática relacionada con fenómenos macroclimáticos y cambio climático, dentro de un contexto de hidrosistemas y ecosistemas, con el fin de propender por el uso racional y sostenible de los recursos hídricos.

Algunos objetivos específicos de la línea son:

•    Conceptualizar y desarrollar modelación matemática de procesos hidrológicos individuales y agregados que componen el ciclo hidrológico.
•    Caracterizar y modelar hidrosistemas superficiales y subterráneos.
•    Usar sistemas de información geográfica y sensores remotos, bases de datos hidrológicas y climatológicas e información en tiempo real para la caracterización de hidrosistemas.
•    Conceptualizar y desarrollar modelos matemáticos de hidrosistemas específicos colombianos como cuencas paramunas, cuencas nevadas tropicales y sistemas cenagosos fluviales y costeros.
•    Desarrollar y usar herramientas para el análisis estadístico de series de tiempo de variables hidrológicas y meteorológicas con el fin de valorar la variabilidad temporal y espacial de éstas.
•    Analizar probabilística y estadísticamente series anuales de variables extremas máximas y mínimas dentro de un contexto de más de una población de origen.
•    Desarrollar e implementar modelos matemáticos físicamente basadas uni y bidimensionales de tramos de ríos para el análisis de inundaciones.
•    Desarrollar e implementar modelos de generación sintética de eventos macroclimáticos y variables hidrológicas útiles en la simulación estocástica de hidrosistemas.
•    Diseñar y aplicar modelos matemáticos como herramientas de apoyo para la simulación, planificación, diseño, manejo y control ambiental de hidrosistemas y ecosistemas, en el marco de la legislación ambiental   colombiana, que propendan por el uso racional y sostenible de los recursos hídricos y los servicios ecosistémicos.
•    Plantear, formular y aplicar metodologías de valoración de servicios ambientales de hidrosistemas y ecosistemas colombianos como herramienta en la toma de decisiones para la planificación de usos de recursos.


Salud pública, ocupacional y ambiental

Objetivos de la línea: La línea de salud pública, ocupacional y ambiental estudia la relación que existe entre la contaminación ambiental y problemas de salud en la población. Incluye el análisis de exposición a contaminantes y vectores asociados con diversas enfermedades, a través de múltiples matrices ambientales y por diferentes rutas. Las investigaciones desarrolladas analizan la presencia de factores que generan riesgo y los riesgos mismos de la población general, poblaciones susceptibles o vulnerables y grupos ocupacionales, como consecuencia de la exposición a contaminantes y vectores presentes en ambientes exteriores, ambientes interiores, ambientes ocupacionales, productos de consumo, alimentos, agua potable y de riego, entre otros. Uno de los objetivos fundamentales de esta línea es la detección de la presencia de factores de riesgo, el análisis de exposición, la generación de mapas de riesgo y la construcción de evidencia científica que apoye el desarrollo de políticas públicas y regulaciones ambientales orientadas a la protección de la salud de la población.

Logros de la línea: Se ha formado un grupo importante de estudiantes de doctorado, maestría y pregrado en Ingeniería Ambiental en el tema de salud pública, ocupacional y ambiental. Esto se ha hecho por medio de asesorías de tesis de doctorado y maestría y proyectos de grado, por medio de la participación activa de estudiantes en proyectos de investigación, y por el desarrollo de cursos universitarios en temas de salud ambiental y análisis de riesgo. Actualmente la línea de salud pública, ocupacional y ambiental tiene cuatro artículos publicados en revistas ISI internacionales, y se han presentado más de 20 ponencias en congresos científicos internacionales y nacionales.

Efectos de la línea: Por medio de las investigaciones desarrolladas en esta línea se ha podido generar nueva evidencia, en temas que hasta ahora no se habían estudiado en Colombia, en la relación entre contaminación y salud humana. Con las investigaciones desarrolladas se ha podido establecer que el asbesto, un mineral cancerígeno, se utiliza en Colombia en múltiples sectores y actividades productivas en condiciones que generan un alto riesgo para la salud de los trabajadores; se ha cuantificado la concentración de plaguicidas organoclorados en muestras de leche materna recolectada en mujeres colombianas; se ha determinado la presencia de plomo en pintura de juguetes comercializados en Bogotá; se ha cuantificado la capacidad de formación de subproductos de desinfección por procesos de cloración en el agua potable en varios municipios del país; se ha caracterizado microbiológicamente la biopelícula específicamente patógenos, hongos y levaduras y la diversidad de metales y metaloides presentes en las redes de distribución de agua potable; se ha evaluado y cuantificado la presencia de bacterias patógenas en redes residenciales. Después de pasar por el proceso de revisión de pares y de publicación, estos resultados han sido divulgados en distintas entidades públicas a nivel nacional y distrital para contribuir al desarrollo de políticas públicas.


Química, biotecnología y nanotecnología ambiental

Objetivo de la línea: El objetivo de esta línea de investigación es el estudio de la química del medio ambiente enfocado hacia el desarrollo de tecnologías para el control y la prevención de la contaminación, así como la utilización de sistemas vivos (macro y microorganismos) para el desarrollo de productos de interés ambiental.  Para ello se centra en la evaluación de los ciclos biogeoquímicos y el estudio de diversas interacciones: superficies-microorganismos (biopelículas), nanopartículas-microorganismos, nanopartículas-contaminantes, microorganismos-medio ambiente, y microorganismos-sistemas de tratamiento; también se enfoca en la naturaleza de los exudados microbiales (bacterias, hongos y algas) y su efecto en diferentes matrices y contextos medioambientales. A partir de este conocimiento busca investigar y desarrollar mecanismos basados en bio y nanotecnología que puedan ser utilizados para la reducción de las cargas contaminantes en distintas matrices.

Logros de la línea: Se ha fortalecido esta línea de investigación gracias a un grupo de estudiantes de maestría y doctorado, quienes han participado en eventos nacionales e internacionales y han publicado su trabajo en revistas de prestigio internacional. Adicionalmente, se han dictado varios cursos universitarios en estas áreas del conocimiento y se ha asesorado un gran número de proyectos de grado y tesis que han reforzado el área de investigación.

Efectos de la línea: Los estudios desarrollados bajo esta línea de investigación han resultado en evidencia científica de mecanismos biológicos hasta ahora desconocidos, además del desarrollo y el mejoramiento de procesos biológicos enfocados hacia la producción de sustancias de interés ambiental. Adicionalmente, se han desarrollado sistemas basados en fundamentos de química y microbiología, que han permitido la reducción de la contaminación de sistemas acuáticos y el control de sustancias tóxicas y dañinas para el medio ambiente. Específicamente se  han aislado e identificado microorganismos provenientes de biopelículas de redes de distribución con la capacidad de degradar subproductos de desinfección bajo condiciones aerobias y anaerobias que podrían ser utilizados en sistemas de tratamiento.


Caracterización, modelación, análisis y sostenibilidad de hidrosistemas y ecosistemas

Objetivos de la línea: El objetivo general de la línea es generar y divulgar conocimiento y productos de ciencia y tecnología en el desarrollo de protocolos técnicos de monitoreo y métodos de análisis de laboratorio para la caracterización de determinantes convencionales y emergentes de la calidad del agua, bioindicadores y sustancias tóxicas presentes en hidrosistemas y ecosistemas, además del desarrollo de herramientas y métodos de análisis y de modelación matemática de los procesos de transporte, cinética de reacciones y transformaciones bioquímicas de dichos determinantes y contaminantes, con el fin de propender por el uso racional y sostenible de los recursos hídricos y los ecosistemas. Complementario a esto la línea desarrolla la identificación, modelación y valorización económica de los bienes y servicios ecosistémicos asociados a diversos sistemas naturales colombianos y a su relación con el componente social.

Algunos objetivos específicos de la línea son:

•    Desarrollar y aplicar rigurosamente marcos de modelación matemática de procesos físicos, químicos y biológicos de hidrosistemas superficiales y subterráneos y de ecosistemas.
•    Diseñar y conducir experimentos relacionados con la toma de datos útiles para la caracterización y calibración de modelos de procesos físicos, químicos y biológicos de hidrosistemas superficiales y subterráneos y ecosistemas.
•    Plantear, formular e implementar modelos matemáticos de procesos de transporte y reacción de determinantes y contaminantes de hidrosistemas.
•    Desarrollar metodologías, protocolos, equipos, análisis de laboratorio, y estaciones de medición de determinantes de calidad del agua, específicas para la toma de datos de caracterización, calibración y verificación de modelos de calidad del agua superficial y subterránea, además el establecimiento de líneas base a nivel local, regional y nacional.
•    Desarrollar metodologías, protocolos, equipos y análisis de laboratorio para determinantes bióticos que reflejen la salud de los ecosistemas acuáticos.
•    Diseñar y aplicar modelos matemáticos como herramientas de apoyo para la simulación, planificación, diseño, manejo y control ambiental de hidrosistemas y ecosistemas, en el marco de la legislación ambiental colombiana, que propendan por el uso racional y sostenible de los recursos hídricos y los servicios ecosistémicos.
•    Identificar, plantear, formular, desarrollar y aplicar metodologías de valoración de servicios ambientales de hidrosistemas y ecosistemas colombianos .

Logros de la línea: El Grupo y sus integrantes han alcanzado el reconocimiento a nivel nacional en el desarrollo de importantes proyectos útiles en la toma de decisiones de inversión en saneamiento de hidrosistemas. Se ha formado un grupo importante de estudiantes de maestría y pregrado en Ingeniería Ambiental en el tema de caracterización, modelación, análisis y sostenibilidad de hidrosistemas y ecosistemas. Esto se ha hecho por medio de asesorías de tesis de maestría y proyectos de grado (más de cincuenta), por medio de la participación activa de estudiantes en proyectos de investigación, y por el desarrollo de cursos universitarios en temas relacionados. Actualmente esta línea tiene cinco artículos publicados en revistas ISI internacionales, diez en otro tipo de revistas arbitradas, y se han presentado más de 40 ponencias en congresos científicos internacionales y nacionales. Se han desarrollado más de diez proyectos de investigación financiados por entes nacionales públicos y privados.

Efectos de la línea: De estas investigaciones, la modelación de la calidad del agua del Río Bogotá y la modelación del Río Grande de Tárcoles (Costa Rica) tocaron directamente el tema de la capacidad de autopurificación de ríos de montaña colombianos. Se ha desarrollado la base técnica para la generación de normas como los objetivos de calidad y metas de reducción para los ríos de la ciudad de Bogotá.


Caracterización, modelación, análisis y control de la contaminación atmosférica

Objetivos de la línea: La línea de caracterización, modelación, análisis y control de la contaminación atmosférica está enfocada a entender las causas y fenómenos que determinan la generación, emisión, concentración y distribución en el aire de distintos contaminantes y olores; cómo se da la distribución de contaminantes del aire a nivel urbano y rural; y cuáles son los niveles de exposición de la población a estos contaminantes. Se analizan también fenómenos ambientales globales, como el cambio climático, y la meteorología como factor determinante de la calidad del aire.

Logros de la línea: En esta línea hay cuatro publicaciones en revistas indexadas ISI internacionales, especialmente en temas de caracterización del material particulado a nivel urbano, y cerca de cinco tesis de maestría y pregrado. Se han presentado más de 5 ponencias en congresos científicos internacionales y nacionales.

Efectos de la línea: Se ha contribuido en el entendimiento de los distintos constituyentes del material particulado, lo cual es importante para comprender sus posibles implicaciones en problemas de salud de la población; se han puesto a punto técnicas para determinación de emisión de olores como fuentes difusas y técnicas de laboratorio para determinación de olores no convencionales; se han desarrollado y aplicado modelos de dispersión de olores y contaminantes; se han probado diferentes alternativas tecnológicas para el control y la dispersión de olores a escala piloto. Después de pasar por el proceso de revisión de pares y de publicación, estos resultados han sido divulgados en distintas entidades privadas para contribuir a la solución de problemas específicos de contaminación.


Manejo sostenible de sistemas de abastecimiento, aguas residuales y pluviales

Objetivos de la línea: El ciclo del uso del agua empieza y termina en la fuente y su manejo debe enfocarse en todas las etapas con el fin de garantizar la sostenibilidad del sistema. En consecuencia, el manejo integral del agua incluye aspectos tales como: (a) la gestión de fuentes de abastecimiento, (b) la captación de agua en cantidades suficientes para suplir las necesidades de las zonas de influencia, (c) el tratamiento eficiente del agua cruda para lograr la calidad apta para el consumo de los usuarios finales, (d) la distribución segura, continua y controlada del agua tratada a los usuarios finales, (e) el uso del agua por los consumidores, (f) la recolección y manejo de las aguas residuales y la escorrentía urbana, (g) el tratamiento de las aguas residuales y de escorrentía urbana para su re-uso y/o descarga, (h) el manejo y/o valoración de los residuos de los procesos de tratamiento, y (i) la extracción de bienes y servicios útiles tales como calor, energía, materia orgánica y nutrientes.

Actualmente están emergiendo nuevas oportunidades para aplicar conceptos de sostenibilidad al manejo del agua debido a la creciente necesidad de adecuar y mantener la infraestructura existente y construir nuevos sistemas, teniendo en cuenta la variabilidad climática. Los objetivos de esta línea de investigación son por lo tanto:

•    Identificar alternativas de gestión de las fuentes de abastecimiento de agua cruda que optimicen la calidad y cantidad del recurso, evaluado con base en parámetros de calidad tales como materia orgánica, metales, presencia de algas, pesticidas y fármacos, entre otros.
•    Evaluar y promover el uso de fuentes alternativas de agua cruda que sustituyan parcialmente la demanda actual de agua potable (e.g. agua subterránea, recolección de aguas lluvias, re-uso de la escorrentía urbana y recirculación de aguas grises).
•    Optimizar los procesos de tratamiento de agua (e.g. tratamientos alternativos y desinfección) para consumo incluyendo el control de contaminantes emergentes (e.g. subproductos de desinfección (SPD)).
•    Cuantificar, modelar y controlar los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en los sistemas de distribución y su efecto sobre la calidad del agua (e.g. formación de SPD, agregados inorgánicos y biopelículas).
•    Evaluar mecanismos que promuevan el uso eficiente y adecuado del agua (e.g. reducción voluntaria de consumo, uso de equipos de consumo eficiente, políticas de precios e incentivos y manejo de líneas residenciales – tanques y filtros).
•    Cuantificar, modelar y controlar los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en los sistemas de recolección de aguas residuales y de escorrentía urbana.
•    Evaluar y promover mecanismos para la reducción y/o el re-uso de la escorrentía urbana (i.e. maximización del uso de la infraestructura verde urbana tanto natural como construida).
•    Optimizar los procesos de tratamiento de aguas residuales incluyendo sistemas convencionales y no convencionales.
•    Evaluar y optimizar el manejo de los residuos de los procesos de tratamiento promoviendo la extracción y recuperación de elementos útiles (e.g. calor, energía, materia orgánica y nutrientes).
•    Optimizar el manejo de la infraestructura física del agua urbana (e.g. desarrollar herramientas que propendan por el mantenimiento preventivo y la reducción de costos operativos de sistemas de recolección de agua, transporte y tratamiento).
•    Estructurar propuestas normativas para hacer viable la implementación de todos los objetivos antes descritos.

Logros de la línea: A partir del desarrollo de las temáticas ligadas a sistemas de abastecimiento se han formado 24 estudiantes de pregrado, maestría y doctorado, fortaleciendo la capacidad de análisis de los investigadores. Los resultados obtenidos por el desarrollo de estas investigaciones se han presentado en 9 eventos a nivel internacional, dando visibilidad al grupo e incorporando nuevos objetivos de investigación a la línea.

Efectos de la línea: Se ha aportado al entendimiento de los procesos dentro de los sistemas de abastecimiento y sobre todo al de las redes de distribución; se han desarrollado diferentes métodos analíticos exclusivos a nivel nacional lo que ha permitido formular nuevos objetivos de investigación para incrementar el conocimiento del funcionamiento y operación de los sistemas de abastecimiento las aguas residuales y pluviales. Se ha desarrollado la base técnica para la generación de normas como los estándares de vertimiento a cuerpos de agua y sistemas de alcantarillado para la ciudad de Bogotá.


Gestión y manejo de residuos sólidos y peligrosos y sitios contaminados

Objetivos de la línea: La línea de gestión y manejo de residuos sólidos y peligrosos y sitios contaminados evalúa las diferentes estrategias para: (a) la gestión integral sostenible de los residuos sólidos y peligrosos, (b) la prevención y la reducción en la fuente de generación de residuos sólidos y peligrosos,  (c) el  transporte y almacenamiento adecuado de los residuos sólidos y peligroso, (d) la valorización y el aprovechamiento material, biológico y energético de residuos sólidos, (e) el pretratamiento térmico, mecánico, biológico y fisicoquímico de los residuos sólidos y peligrosos previos a su disposición final, (f) la disposición final de residuos sólidos y peligrosos, (g) la identificación de sitios con potencial contaminación de suelos, (h) las herramientas de monitoreo y analíticas para caracterizar adecuadamente un residuo peligroso y un sitio contaminado, y (i) las diferentes alternativas para el tratamiento de residuos peligrosos y la remediación  de sitios contaminados. Uno de los objetivos fundamentales de esta línea es la generación y difusión de conocimiento que apoye el desarrollo de políticas públicas y regulaciones ambientales orientadas a la gestión y manejo sostenible de los residuos sólidos y peligrosos.

Logros de la línea: Se ha formado un grupo importante de estudiantes de maestría y pregrado en Ingeniería Ambiental en el tema de gestión y manejo de residuos sólidos y peligrosos y sitios contaminados. Esto se ha hecho por medio de asesorías de tesis de maestría y proyectos de grado, por medio de la participación activa de estudiantes en proyectos de investigación, y por el desarrollo de cursos universitarios en temas relacionados. Actualmente esta línea tiene dos artículos publicados en revistas ISI internacionales, dos en revistas arbitradas de otro tipo, y se han presentado cerca de 5 ponencias en congresos científicos internacionales y nacionales.

Efectos de la línea: Se ha contribuido en el entendimiento de los distintos constituyentes de los sistemas de gestión de residuos sólidos y peligrosos; se han puesto a punto técnicas analíticas para determinación de residuos peligrosos; se han adaptado y aplicado métodos de muestreo específico para residuos sólidos, peligrosos y sitios contaminados; se han probado diferente tipo de alternativas tecnológicas para la valorización, estabilización y disposición final de residuos sólidos y peligrosos. Después de pasar por el proceso de revisión de pares y de publicación, estos resultados han sido divulgados en distintas entidades públicas a nivel nacional y distrital para contribuir al desarrollo de políticas públicas. Específicamente se han desarrollado la base técnica para la determinación analítica de residuos peligrosos, guías técnicas para el tratamiento térmico y la disposición en rellenos de seguridad de residuos peligrosos, y lineamientos para los planes posconsumo de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos, todo esto a nivel nacional.