Ciencias e Ingeniería Ambientales
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- Diseño de un sistema de humedales artificiales para la recuperación del arroyo Río Puerta Grande CDMX utilizando parámetros hidrológicos, hidrodinámicos, fisicoquímicos, químicos y biológicos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-11-11) Espejo Montes, Fatima de los AngelesLa contaminación ambiental ha causado daños y esto ha generado problemas, como la degradación de cuerpos de agua, tal es el caso del arroyo Río Puerta Grande ubicado al sur poniente de la Ciudad de México, el cual recibe descargas residuales, por lo que el objetivo de este proyecto consistió en diseñar un sistema de tratamiento con plantas macrófitas. Para lograrlo fue necesario realizar varias etapas de investigación. La primera etapa consistió en muestrear siete sitios a lo largo del arroyo, donde se determinaron parámetros fisicoquímicos y biológicos para conocer con mayor detalle la calidad del agua. En cuanto a los resultados analíticos, considerando la norma NOM-001-SEMARNAT-2021, parámetros como sólidos suspendidos totales, coliformes fecales y principalmente DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y DQO (demanda química de oxígeno), no cumplieron con la normatividad. Mediante análisis in situ y ex situ de la calidad del agua, considerando Índices de Calidad del Agua (ICA's) con los modelos NSF, de Montoya y de León, la evaluación del agua del arroyo fue respectivamente “Muy contaminada” y “Muy mala” en ambos periodos. Por otro lado, fue necesario conocer el comportamiento hidrológico del arroyo en la microcuenca Tarango para determinar el escurrimiento base de las descargas sanitarias y el escurrimiento directo por lluvia. A partir de los datos obtenidos de los parámetros físicos, químicos y biológicos, se modelaron estos con el software ArcGIS, para obtener mapas de interpolación con el fin de interpretar las áreas con mayor concentración de cada parámetro en las dos estaciones, el color rojo representa las mayores concentraciones y el azul las inferiores, esto fue importante principalmente para OD (oxígeno disuelto), DBO, DQO y coliformes fecales, ya que son los parámetros que serán considerados como contaminantes en este arroyo. Para calcular el escurrimiento directo, el primer paso consistió en utilizar el método del polígono de Thiessen; las áreas de influencia de las estaciones vecinas se obtuvieron con base en las que tienen registros de otros años, ya que la referencia de Tarango, no contiene datos completos para el estudio. La precipitación ajustada se determinó con las Funciones de Distribución de Probabilidad (PDF), donde la Log Normal fue la que presentó el mejor ajuste. En este trabajo ha sido importante a través de los índices de Langelier (𝐼𝑠) determinar la naturaleza del agua en las dos estaciones, ya que este índice permite saber si existen mayores o menores cationes y aniones disueltos o relacionados con el material en suspensión. Se obtuvo la relación de iones metálicos disueltos y particulados, así como sus coeficientes de partición para las dos estaciones, lo cual fue necesario para el modelado. Por otra parte, con la modelación hidrodinámica del cuerpo de agua mediante el software Iber, utilizando las variables velocidad, profundidad, número de Froude y, considerando además la modelación de la calidad del agua del cauce, se logró determinar los valores de lo diferentes parámetros físicos, químicos y biológicos en cada uno de los sitios seleccionados a lo largo del cauce. En cuanto a la parte experimental del diseño del prototipo, se concluye que la planta hidrófita Eichhornia crassipes fue la que mejor remoción dio, por esta razón es la que se puede considerar para su uso dadas sus características adaptativas, ya que no requiere mucho mantenimiento y su reproducción es por cortos períodos de tiempo, para lo cual se propuso como la planta alternativa que se utilizó en este trabajo para diseño final del sistema de tratamiento de humedales con el cual se pretende eliminar los contaminantes DBO y coliformes fecales.
- Determinación de fuentes de PM₂.₅ en la Ciudad de México utilizando modelos de receptor(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-10-11) Millán Vázquez, FernandoEl presente trabajo se enfocó en caracterizar a las especies orgánicas e inorgánicas de los aerosoles atmosféricos PM2.5 colectadas sobre filtros de cuarzo en equipos High Vol en la Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco (UAM) rodeado por una zona industrial, residencial y vías transitadas, en la estación de monitoreo en la Merced (MER) rodeada de actividades comerciales y residenciales con alto tránsito vehicular durante las tres temporadas que se presentan en el año, seca fría de noviembre a febrero, seca caliente de marzo a junio y lluvia de julio a octubre. Las especies carbonáceas se determinaron por la técnica termo-óptica TOT-NIOSH y los iones inorgánicos solubles en agua se obtuvieron por cromatografía líquida en el Instituto de Ciencias y Cambio Climático en la UNAM. El análisis elemental se realizó por espectrometría óptica de plasma acoplado inducido (ICP-OES) y la concentración de los HAPs se determinó mediante cromatografía de gases acoplada a masas (GC-MS). Los estudios realizados son pocos y aislados, por lo que este trabajo tuvo una novedosa aportación en la determinación de la contribución de emisiones contaminantes de los distintos tipos de fuentes de partículas, así como conocer la variación temporal y espacial de las concentraciones de las especies tóxicas presentes en la atmósfera de la Ciudad de México. Con ello, la autoridad ambiental tendrá datos certeros sobre las fuentes que deben ser controladas, finalmente, se tienen resultados independientes del inventario de emisiones de la Ciudad de México.
- Impacto en la calidad del aire por la operación y ampliación del recinto portuario de Veracruz, México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-09-24) González Rivera, Ana IsabelEl puerto de Veracruz es importante porque permite establecer rutas comerciales con países europeos, Estados Unidos y países de América Latina. En contraparte, los problemas de emisiones de contaminantes atmosféricos se incrementan y por consiguiente podrían presentar un riesgo ambiental y a la salud. Se realizó este trabajo de investigación con el objetivo de determinar el impacto ambiental en la calidad del aire debido a la operación y ampliación del Recinto Portuario de Veracruz. La metodología de investigación se realizó de 2019 a 2020, iniciando con la estimación de emisiones aplicando factores de emisión (FE) para CO₂, CH₄, CO, SO₂, PM₁₀, PM₂.₅, PST, NOX y HCNM, provenientes de los buques en etapa de hotelling y maniobra atracados en el puerto. Las emisiones estimadas se reportan en kg/año para CO₂; 31,177 en 2019 y en 2020 de 29,003. Las mayores concentraciones de emisiones estimadas para CO₂, NOx y SO₂ se presentaron en la etapa maniobra; específicamente para los buques portacontenedores, graneleros y tipo tanque. El CH₄ presentó las estimaciones más bajas en el período de estudio 0.294 kg/año en 2019 y 0.273 kg/año en 2020.
- Determinación de compuestos orgánicos potencialmente carcinógenos en PM₂.₅ presentes en dos sitios de la Zona Metropolitana del Valle de Toluca, Estado de México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023) Montes Gorgua, YatziryEntre los componentes orgánicos de las PM₂.₅ se encuentran los HAPs y nitro-HAPs que pueden introducirse al organismo a través de las vías respiratorias, siendo compuestos que incorporan toxicidad a los seres vivos. Tras ser ingresados al organismo estos se distribuyen a lo largo de los tejidos en especial en los que contienen mayor contenido graso, siendo así los pulmones, la piel y tejido adiposo los órganos principalmente afectados por dichos compuestos orgánicos (Agudo, 2010). Entre los efectos de mayor preocupación están las enfermedades cancerígenas y mutagénicas (Meléndez Gálvez et al., 2016). La red de monitoreo de la Zona Metropolitana del Valle de Toluca (ZMVT) ha reportado un incremento considerable en la contaminación atmosférica en las últimas décadas. En el presente trabajo de investigación se monitorearon los niveles de concentración para HAPs y nitro-HAPs asociados a las PM₂.₅, se estimó su potencial carcinógeno y mutagénico y se determinaron las principales fuentes de emisión de estos compuestos en dos sitios de la ZMVT; San Mateo Atenco (SMA) y San Cristóbal Huichochitlán (SCH). El muestreo se realizó durante las tres temporadas del año; lluvia que corresponde a los meses de junio a octubre, seca fría en los meses de noviembre a febrero y seca caliente de marzo a junio (del 2022 al 2023). La temporada seca fría destacó por presentar las concentraciones más elevadas de PM₂.₅ llegando a tener como mediana de la concentración 43.8 µg/mᶾ (P10: 25.29 y P90: 295.35) en SCH y 33 μg/mᶾ (P10: 22.13 y P90:45.53) en SMA. Al igual que las PM₂.₅ los HAPs presentaron mayor concentración durante la temporada SF donde SMA presento 12.2 ng/mᶾ (P10: 1.45y P90: 26.44) mientras que en SCH 26.86 ng/mᶾ (P10:6.5 y P90: 70.5). Por otra parte, los nitro-HAPs cancerígenos se encontraron en menor concentración con respecto al total en ambos sitios, la mediana de la concentración durante la temporada seca fría fue de 2.2 ng/mᶾ (P10: 1 y P90: 8) donde 12% pertenece a los nitro-HAPs cancerígenos para SCH, para SMA se encontró que la mediana de la concentración fue de 1.7 ng/mᶾ (P10: 0.5 y P90: 2) con 11% para los nitro-HAPs cancerígenos. Se estimó el potencial cancerígeno de los HAPs, encontrando que sobrepasaba al de referencia propuesto por la Directiva del Parlamento Europeo con respecto al benzo[a]pireno equivalente de 1 ng/mᶾ en las tres temporadas en el sitio de SCH, mientras que en SMA se rebasó durante las temporadas seca fría y seca caliente. Se analizaron distintos sectores de la población y se encontró que la población infantil es la más propensa a sufrir enfermedades a causa de las concentraciones de los HAPs. Se realizaron correlaciones con los contaminantes criterio, donde se estimó que las posibles fuentes que contribuyen a la emisión de HAPs en SCH son las fuentes puntuales y móviles mientras que para SMA son las fuentes móviles.
- Evaluación de impactos ambientales de la disposición de pañales desechables(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-01-28) Guzmán Garduño, Saúl DaríoLos pañales desechables usados representan un enorme desafío con el actual sistema de manejo de residuos en México, ya que son catalogados de difícil reciclaje y se generan en grandes cantidades. Con la finalidad de mitigar las repercusiones sobre el ambiente causadas con el actual sistema de manejo de estos residuos, se han propuesto algunas técnicas biológicas como alternativas de aprovechamiento. Entre estas se encuentran: el composteo, la digestión anaerobia y la fermentación oscura. El presente estudio tuvo como propósito evaluar los impactos ambientales utilizando el análisis del ciclo de vida (ACV) de los tres procesos biológicos de tratamiento antes mencionados y la disposición en relleno sanitario, con la finalidad de comparar la repercusión ambiental entre estas técnicas, mediante un ACV enfocado, únicamente, en la etapa de disposición de residuos, utilizando el software SimaPro. Con un enfoque sobre los factores técnicos que intervienen en la disposición final de pañales, se estableció como unidad funcional el tratamiento de 1000 kg de pañales desechables usados, se establecieron los límites del sistema de manera que solo se contemplaron aquellas operaciones unitarias necesarias para el tratamiento de estos residuos conforme a las técnicas estudiadas en el Laboratorio de Tecnologías Sustentables de la UAM Azcapotzalco, en los casos de composteo, digestión anaerobia y fermentación oscura. Por su parte, el escenario del relleno sanitario contempló las entradas para sanitary landfill de la base de datos Ecoinvent 3.0. Se cuantificaron las entradas y salidas de cada sistema de manejo de pañales desechables analizados en este estudio, contemplando todas las operaciones unitarias involucradas, los requerimientos energéticos y de materiales necesarios, así como las emisiones esperadas para cada sistema. Se organizó la información de las entradas y salidas en listas de inventario y se procedió a su registro en el Software SimaPro utilizando la base de datos Ecoinvent 3. Finalmente, la evaluación de los impactos ambientales se realizó mediante el método Recipe midpoint versión jerarquista. Con base a los resultados de la evaluación de impacto ambiental, se determinó que el composteo es el método con menor impacto ambiental para el tratamiento de los residuos de pañales desechables, entre todas las opciones estudiadas.
- Selección y evaluación de impactos ambientales de un sistema descentralizado para el tratamiento diferenciado de las aguas residuales domésticas en una vivienda en la Ciudad de México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023) Zaragoza Ayala, Dulce AlejandraEn el presente proyecto se evaluaron diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales descentralizados, preseleccionados para el tratamiento aguas grises generadas en una vivienda de Iztapalapa de tipo “Casa única en terreno con promedio de ocupantes de 4”. Vivienda definida como estudio de caso, tomando como referencia la alcaldía de la Ciudad de México que presenta mayores problemas de disponibilidad de agua entubada y cobertura de tratamiento de aguas residuales. La evaluación de los sistemas se realizó mediante las siguientes fases: Fase 1. Se identificaron y ponderaron indicadores que contribuyen a la sostenibilidad de los sistemas, siendo estos: demanda de área del sistema, así como su robustez, eficiencia de remoción de contaminantes, costos de inversión, requerimientos energéticos, emisión de gases de efecto invernadero, afectación paisajística, emisión de olores y generación de subproductos con valor económico o de reúso. Fase 2. Se preseleccionaron los posibles sistemas a instalar en el estudio de caso: reactor discontinuo secuencial, biológico de membranas, anaerobio de flujo ascendente, humedales artificiales y tanques sépticos. A partir de estos sistemas y los indicadores previamente definidos se realizó una compilación de su información técnica disponible. Fase 3. Se construyó una matriz de decisión constituida por los indicadores, su ponderación y los sistemas preseleccionados. A partir de la información obtenida en la Fase 2, se evaluaron las tecnologías de acuerdo con su cumplimiento en cada indicador. Asentada la evaluación, esta se ponderó para finalmente obtener la calificación por alternativa. Así, el reactor anaerobio de flujo ascendente obtuvo la mayor puntuación (72.4 puntos), seguido del reactor discontinuo secuencial con solo 2.8 puntos por debajo. Dado este resultado, los sistemas se compararon en función de los siguientes criterios: a) Calidad de efluente y gases de efecto invernadero por los productos gaseosos de la operación de los sistemas: donde el reactor discontinuo secuencial presentó efluentes de mejor calidad y menores emisiones de gases de efecto invernadero. b) Impacto ambiental por el tratamiento de las aguas grises del estudio de caso: los resultados mostraron que el reactor discontinuo secuencial fue la opción más sostenible ambientalmente.
- Remediación de suelos contaminados con hidrocarburos pesados utilizando biosurfactantes y surfactantes químicos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-10) Mata Guadarrama, Miguel AngelLa presencia de hidrocarburos en el suelo tiene un impacto negativo tanto en la salud humana como en el crecimiento de las plantas y la microbiota nativa. Con el aumento de la extensión de suelos contaminados por hidrocarburos de petróleo se han hecho esfuerzos para remediar esta contaminación, utilizando diversas alternativas como el bioventeo aerobio, la extracción de vapor, las biopilas, la fitorremediación, la bioaumentación y el lavado de suelos, que son los métodos más comúnmente empleados. Se considera que la remediación con surfactantes es un método eficaz, económico y rápido para la limpieza de suelos contaminados con compuestos orgánicos hidrofóbicos como los hidrocarburos. Este estudio se enfocó en la producción de biosurfactantes (ramnolípidos) por una cepa indígena de Pseudomonas sp. en un suelo impactado por hidrocarburos de fracción pesada, con el objetivo de utilizarlos para la remoción de la fracción pesada de hidrocarburos presentes en dicho suelo. Los ramnolípidos se obtuvieron de un medio de cultivo específico para Pseudomonas sp., utilizando aceite lubricante para motor 20W-50 como única fuente de carbono. De acuerdo con los resultados obtenidos, estos ramnolípidos tienen la capacidad de dispersar aceite en agua y formar emulsiones con un índice del 66% en aceites pesados. Se comparó la capacidad de remoción utilizando el biosurfactante con un surfactante químico (Tween 80) mediante lavado de suelos, evaluando además los efectos posteriores en el suelo después de cada lavado. Se utilizaron soluciones al 0.1% de ambos surfactantes, obteniendo remociones máximas de 32.31% y 42.71% para Tween 80 y ramnolípidos, respectivamente. Después de 15 días, la población de microorganismos incrementó en un 533% al utilizar ramnolípidos, mientras que al emplear Tween 80 disminuyó en un 93%. Además, se realizó una bioaumentación añadiendo el medio de cultivo enriquecido con microorganismos y ramnolípidos al suelo impactado, lo que dio como resultado una remoción máxima del 38.29% en 90 días. En contraste con el uso de ramnolípidos, la bioaumentación resultó en remociones de HFP similares al lavado de suelos, estando un 5% por debajo del lavado.
- Fitorremediación de suelo contaminado con cromo hexavalente empleando las especies Portulacaria afra y Cynodon dactylon(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-09-12) Reyes Lomelí, Karla PatriciaEl presente trabajo de investigación trata una propuesta biotecnológica factible para atender una problemática ambiental prioritaria como lo es la contaminación del suelo por cromo hexavalente (Cr(VI)), el cual es considerado altamente toxico. La fitorremediación es un tratamiento que brinda la oportunidad de identificar especies vegetales que son capaces de remediar los suelos y se basa en una tecnología económica y pasiva impulsada por la energía solar, en contraste con los tratamientos fisicoquímicos tradicionales, los cuales son costosos, alteran las propiedades del suelo y promueven la contaminación secundaria. Se evaluó la capacidad de fitorremediación de Cr(VI) de un suelo industrial contaminado empleando las especies vegetales Portulacaria afra (P. afra) y Cynodon dactylon (C.dactylon) durante 192 días de tratamiento. La concentración de Cr(VI) en el suelo al final del tratamiento con ambas especies fue menor que los límites establecidos por las regulaciones mexicanas para suelos de uso agrícola, domestico, comercial e industrial.
- Diseño y evaluación de un tanque séptico de flujo ascendente, con un filtro de zeolita para el tratamiento descentralizado de bajo costo de aguas residuales municipales(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-06) Santiago Díaz, Angel LuisActualmente, el tanque séptico convencional sigue siendo utilizado como alternativa para tratar las aguas residuales domésticas en viviendas individuales y zonas sin conexión al sistema centralizado de tratamiento de recolección de aguas residuales (AR). Sin embargo, la baja calidad del efluente de los tanques sépticos los convierte en una fuente de contaminación del ambiente y un contribuidor potencial de la eutroficación de los recursos acuáticos. En la búsqueda de preservar la calidad de los recursos acuáticos se diseñó un tanque séptico de flujo ascendente (TSFA) con tres compartimientos al cual, a su vez, se le instaló un filtro de zeolita con el objetivo de mejorar su desempeño en la remoción de materia orgánica y amonio y producir un efluente de mejor calidad. Para evaluar el desempeño se construyeron dos TSFA de las mismas dimensiones y a uno se le instaló un filtro de zeolita en el último compartimiento. Esta configuración del TSFA se identificó como tanque séptico de flujo ascendente hibrido (TSFAH). Para evaluar el efecto del cambio en la configuración, al instalar el filtro, se analizó el comportamiento hidráulico del TSFA a través de pruebas con trazadores y modelado matemático utilizando los modelos de dispersión axial y tanque en serie (TIS) bajo diferentes TRH (12 h, 18 h y 24 h) y configuraciones (TSFA solo, TSFA con lodo y TSFAH con lodo) y la eficiencia del tratamiento bajo cinco TRH diferentes (48 h, 36 h, 24 h, 18 h y 12 h) utilizando modelos cinéticos que correlacionaron la eficiencia del proceso con la tasas de carga hidráulica y orgánica utilizando agua residual doméstica sintética. De acuerdo con el modelo TIS y la curva de distribución de los tiempos de residencia (RTD), el TSFA tiene un patrón de flujo no ideal intermedio entre flujo pistón y flujo completamente mezclado. El TRH no tiene influencia significativa en el patrón de flujo del sistema. Por el contrario, la configuración del sistema tiene un efecto significativo en el flujo induciendo el comportamiento hacia flujo pistón con la adición del lodo y el filtro de zeolita. El número de Peclet mostró que la advección fue el factor predominante en el transporte de masa. El modelo de dispersión axial se ajustó adecuadamente a los datos experimentales para 12 h TRH (R2=0.9262). Mientras, el modelo TIS (N=4) basado en ⱷ mostró un mejor ajuste para 18 h (R²=0.9911) y 24 h TRH (R2=0.9833) y fue más adecuado para determinar el comportamiento hidráulico del TSFA. El TSFA y la configuración TSFAH alcanzaron remociones de materia orgánica y sólidos que indican un buen desempeño y robustez; aunque, la eficiencia del tratamiento disminuyó notablemente cuando el reactor operó bajo TRH por debajo de las 24 h. La evaluación de los modelos cinéticos demostró que el modelo modificado de Stover-Kincannon se ajusta mejor a ambos sistemas dado los datos experimentales, con un R² superior al 98% en el análisis de regresión lineal. Además, los valores de DQO predichos con este modelo se ajustaron adecuadamente a los datos experimentales, ya que el porcentaje de error medio fue del 7.97 %. La adición del filtro de zeolita demostró la viabilidad de su aplicación para la remoción de amonio del agua residual alcanzando remociones de hasta el 98% de amonio y aumentando la capacidad de pulimento del sistema y de remoción de DQO. Sin embargo, a medida que pasa el tiempo el filtro de zeolita se va saturando y la remoción de amonio disminuye significativamente.
- Conversión de CO₂ a metanol mediante hidrogenación catalítica selectiva(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-05) Santa Cruz Navarro, DaliaEntre las actividades humanas que generan gases de efecto invernadero (GEI), el sector energético es la mayor fuente de emisiones, siendo el dióxido de carbono (CO₂) el principal gas emitido. Se ha demostrado que el incremento de la concentración atmosférica de GEI de origen antropogénico, en especial de CO₂, contribuye a las variaciones climáticas globales, las cuales ocasionan fenómenos naturales extremos, cambios en los patrones de precipitación, derretimiento de glaciares, bajo rendimiento agrícola, acidificación de los océanos, entre otras, las cuales deterioran la calidad de vida de la población mundial y ponen en riesgo la supervivencia de muchas especies. Debido a este escenario, cada día gana mayor interés el desarrollo de tecnologías de control de las emisiones de CO₂ pero, además del control de emisiones se ha propuesto utilizar el CO₂ como materia prima para la obtención de productos de interés industrial como son los combustibles líquidos. Con base en lo anterior, en este proyecto de investigación se propuso la conversión de CO₂ a metanol mediante hidrogenación catalítica selectiva utilizando catalizadores Cu/zeolita ZSM-5 de dos relaciones molares SiO2/Al2O3. El objetivo del proyecto fue generar un producto con valor agregado a partir de la captura y conversión de CO₂, como una alternativa de control de las emisiones de este GEI, el proceso está enfocado en la economía circular del carbono y además contempla principios de la química verde. Los catalizadores híbridos permitieron obtener dos productos de valor agregado a partir de la conversión de CO₂, metanol y DME, ambos con gran potencial energético, ya sea como combustibles o materia prima para la obtención de productos químicos, lo cual puede ser de interés y beneficio social, económico y ambiental. Sin embargo, quedan retos por cubrir para que esta alternativa de conversión resulte viable, en especial, se debe incrementar la conversión de CO₂ para considerarse con una alternativa potencial de reducción de las emisiones de este gas de efecto invernadero.