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Ingeniería ambiental

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Tratamiento de aguas residuales, efluentes y aire al servicio del Medio Ambiente

Tratamiento de las aguas residuales en la industria cárnica

industria cárnicaLa industria cárnica agrupa tanto a los mataderos y salas de despiece como a las fábricas de productos elaborados (frescos, curados o cocidos). Habitualmente, se encuentra por un lado el conjunto matadero-sala de despiece y por otro lado la industria de productos elaborados. Mientras los primeros producen canales, medias canales y piezas de carne para su consumo, la industria de elaborados abastece de productos cárnicos transformados (embutidos, jamón, salchichas, etc.).

Desde la vertiente ambiental, la producción de aguas residuales es muy diferente en función del tipo de instalación. Mientras que la generación de aguas residuales en los mataderos-sala de despiece es considerable, y con una elevada carga orgánica, en la producción de elaborados es más contenida y constante en el tiempo.

Tal y como se describe a continuación, en la mayoría de los diferentes procesos que se llevan a cabo secuencialmente en el matadero se generan aguas residuales:

  • Recepción de los animales vivos/estabulación: los animales llegan a la instalación y se estabulan. Las aguas residuales producidas en la limpieza de estas zonas arrastran orina, heces, pelos, desinfectante, etc.
  • Sacrificio: los animales son lavados externamente mediante chorros de agua a presión y después son sacrificados. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Desangrado: los animales son desangrados. La sangre se recoge para su venta aunque se producen pérdidas que en la limpieza de las instalaciones pasan a las aguas residuales.

A partir de este punto, los siguientes procesos difieren de si el ganado es porcino o vacuno. Para el caso del porcino, los procesos que continúan son:

  • Escaldado: se eliminan las impurezas de la piel al introducir las piezas en recipientes de agua hirviendo. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Chamuscado: mediante unos quemadores se eliminan restos de pelos que han quedado tras el escaldado.
  • Lavado: las piezas se lavan mediante agua a presión para eliminar el residuo que ha quedado después del chamuscado. También se generan aguas residuales en este proceso.

En el caso de tratarse de vacuno, tras el proceso de desangrado, se da lugar el:

  • Desollado: se retira del animal sacrificado la piel, patas y cuernos.

A continuación, las piezas, tanto de porcino como de vacuno, continúan una serie de procesos comunes:

  • Acondicionamiento: se eliminan restos como vísceras de los cuales se obtienen subproductos para la alimentación animal. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Oreo, despiece y venta: las piezas se enfrían a temperatura ambiente, se despiezan y pasan a las cámaras de producto final apto para su venta.

En caso de que se trate de aves, los procesos son similares con las únicas diferencias de que en la estabulación la generación de aguas residuales es mucho más importante y de que entre los procesos de escaldado y de chamuscado exista en proceso intermedio, el desplumado.

Así pues, en la mayoría de los procesos que se llevan a cabo, además de las limpiezas de todas las instalaciones, se generan aguas residuales. El volumen final producido es elevado y se estima del orden de 5 litros de agua por kilogramo de peso de animal vivo. En el caso de aves, el consumo es superior y se sitúa entre 5 y 10 litros de agua por kilogramo de animal vivo. Por lo general, el agua arrastra moderadas cantidades de purines, restos de carne, sangre, pelos, trozos de vísceras y grasa superficial entre otros residuos, que en su conjunto hacen que el agua tenga un elevado contenido de materia orgánica, materias en suspensión, aceites y grasas, nitrógeno (amoniacal y orgánico), fosfatos y detergentes y desinfectantes de las limpiezas. Además, la carga de las aguas residuales varía en gran medida en función del día e incluso hora a hora.

En la siguiente tabla se resumen los valores típicos de los parámetros relacionados con el contenido de materia orgánica y nutrientes del efluente generado en un matadero con sala de despiece.

aguas residuales industria cárnica

Para tratar adecuadamente estas aguas residuales, la opción más recomendable y ventajosa es un diseño que incluya un pretratamiento del agua, que elimine los sólidos gruesos y finos, elimine también los aceites y grasas y amortigüe las fluctuaciones de caudal y/o carga; y a continuación, un tratamiento biológico, el cual será el responsable de eliminar la materia orgánica y el nitrógeno. A continuación se describen con mayor detalle estas etapas:

  • Pretratamiento: el primer proceso necesario consiste en un desbaste de gruesos y finos, mediante tamices de 10 mm y 4 mm de tamaño de paso respectivamente. A continuación, también es conveniente separar los aceites y grasas del agua antes del tratamiento biológico, puesto que éstos tienen una demanda de oxígeno elevada. Una forma efectiva de separarlos es mediante flotación. Finalmente, debido a las fluctuaciones de caudal y carga contaminante a lo largo del ciclo productivo, es conveniente incluir una etapa de homogenización y laminación del caudal, que amortigüe los picos que se producen a lo largo del tiempo.
  • Tratamiento biológico: éste puede estar basado en tecnologías muy diferentes, de las cuales la más favorables son:
    • Lodos activos de baja carga: mediante un proceso de biomasa en suspensión de baja carga, en la que la parrilla de difusores del sistema de aireación no ocupe la totalidad del biorreactor, es posible tanto eliminar la materia orgánica disuelta como conseguir la desnitrificación. En función de la disposición de los difusores de aire, se establecen zonas aerobias y zonas anoxias en el reactor, y su alternancia permite la eliminación del nitrógeno.
    • SBR: mediante en un proceso discontinuo secuencial se pueden eliminar tanto la materia orgánica como los nutrientes. En el caso de un reactor SBR todos los procesos se dan lugar en el mismo reactor, pero de forma secuencial en el tiempo. Para trabajar de forma discontinua, es indispensable disponer de un depósito que acumule previamente el agua residual que va llegando al sistema de tratamiento.
    • Proceso anaerobio: mediante un tratamiento anaerobio de las aguas residuales se puede eliminar tanto la materia orgánica como el nitrógeno, sin consumo de oxígeno. Como producto de la secuencia de transformaciones que se producen en el interior del proceso, parte del carbono del agua residual acaba en forma de biogás, una mezcla revalorizable de dióxido de carbono y metano.

Las tres alternativas de tratamiento biológico son eficientes, robustas y cada una con sus ventajas y restricciones. No obstante, se debe destacar que la opción del tratamiento biológico anaerobio es la que conlleva unos costes de operación inferiores por el menor consumo energético a la vez de la generación de biogás.

Así pues, los mataderos/salas de despiece generan grandes cantidades de efluentes con una elevada carga orgánica, tanto disuelta como en suspensión, además de nitrógeno, fósforo, aceites y grasas y patógenos. El sistema de tratamiento más recomendable se basa en el diseño de un sistema completo formado por un pretratamiento del agua, en el que se eliminen sólidos gruesos y finos, además de aceites y grasas, y un tratamiento biológico que elimine la carga orgánica y los nutrientes del agua. Si el tratamiento biológico es anaerobio, el biogás generado puede ser aprovechado para la producción de energía eléctrica, la cual reducirá le consumo global de la instalación.

Concienciación ambiental industrial

industria y medio ambienteLa amenaza que supone el cambio climático, así como la contaminación de las grandes urbes, ha hecho que la ciudadanía esté concienciada y preocupada por las consecuencias del trato que se le da al medio ambiente, por los excesos que se le infringen y por la posibilidad de que éstos nos conduzcan a situaciones difíciles e irreversibles.

Cada vez se halla más consenso sobre la necesidad de poner en práctica procesos industriales que no pongan en riesgo ni comprometan las capacidades del futuro para satisfacer nuestras necesidades, actuales y futuras. Así, el desarrollo sostenible es totalmente necesario y los gobiernos de la mayoría de países intentan poner en práctica medidas para que su implantación sea una realidad.

La sostenibilidad de un proceso industrial se fundamenta en cuatro pilares fundamentales, que son la gestión de los residuos que produce, la gestión del agua que consume, la gestión de las emisiones gaseosas que origina y la optimización de los requerimientos energéticos.

Gestión de los residuos producidos

La gestión óptima de los residuos es aquella que conduce a la no generación de residuos. Y, en su defecto, la que posibilite la generación de la mínima cantidad posible. La prevención y minimización de la producción de residuos es el objetivo básico a alcanzar como primera opción, puesto que minimizar la cantidad de residuos generados es la mejor vía para reducir el impacto ambiental.

No obstante, es muy difícil evitar completamente la producción de residuos. En este caso, se deben buscar alternativas que permitan su reutilización. De este modo se reduce el consumo de algunas sustancias primas a la vez que se le da una salida eficiente a los residuos.

En el caso de no poder reutilizar los residuos generados, el paso siguiente es intentar su reciclaje, es decir, que puedan ser de utilidad para cualquier otra aplicación. Si todas estas opciones resultan fallidas, antes de la disposición final del residuo, es conveniente intentar recuperar toda la energía posible, mediante procesos tales como la gasificación, la pirolisis o la incineración.

Gestión del agua consumida

Otro aspecto clave a la hora de promover el desarrollo sostenible de un proceso industrial atañe a la gestión del agua. Igual que en el caso de los residuos sólidos, la opción más satisfactoria pasa por no generar aguas residuales. Sin embargo, a menudo este extremo no es factible. Entonces, será prioritario generar el mínimo volumen de aguas residuales. Por lo que se refiere a las aguas residuales producidas, la opción más sostenible consiste en un tratamiento exhaustivo que permita alcanzar una calidad suficiente como para que éstas sean reutilizadas. Recuperando el agua del efluente para su reutilización también se minimiza el consumo de agua externa al proceso. Actualmente el estado del arte de numerosas tecnologías hace realmente posible esta alternativa de gestión. Pero, si no se reutilizan sea cual sea el motivo, se deben someter necesariamente a un tratamiento que elimine los contaminantes, como paso previo a su descarga. Así, su vertido no producirá ningún tipo de impacto ambiental.

Gestión de emisiones gaseosas

El proceso industrial debe evitar cualquier situación que suponga la emisión de gases contaminantes a la atmósfera. La alternativa más sostenible, y a menudo más económica, es la modificación del proceso con la finalidad de evitar, o al menos reducir, la producción de gases contaminantes. No obstante, esta opción no es siempre viable.

Cuando no es posible evitar completamente la generación de gases contaminantes, se deben concentrar los esfuerzos en su tratamiento. Afortunadamente, existen técnicas muy competitivas que permiten convertir los gases contaminantes en gases inocuos.

Optimización del consumo energético

La sostenibilidad y la economía van estrechamente de la mano en cuanto al consumo de la energía. Todas las estrategias de optimización conducen al mismo objetivo, que no es otro que reducir tanto como sea posible el consumo neto de energía. Este objetivo global se puede alcanzar trabajando en aspectos diferentes. Por un lado, modificando los procesos que no sean eficientes desde el punto de vista energético e incluso sustituyéndolos por otros diseños más eficientes. Por otro lado, también se puede actuar a nivel de combinar los diferentes procesos que tienen lugar en la misma industria con la finalidad de aprovechar sinergias. La energía que hace falta disipar en un proceso, puede que sea de utilidad en otra operación donde sea preciso aportar energía. También deben ser exploradas las opciones posibles de cogeneración, donde un residuo con suficiente poder calorífico o una fuente residual de energía pueden ser aprovechados para generar energía eléctrica. El funcionamiento de un sistema de cogeneración redunda en un menor consumo energético neto.

Así pues, la adopción de medidas que supongan economizar recursos, ya sean materiales o energéticos, suponen incrementar la productividad del proceso industrial, además de hacerlo ambientalmente más sostenible. Este hecho aúna el intangible del respeto por el medio ambiente con un probable ahorro económico. Asimismo, la legislación que la mayoría de gobiernos van aprobando va en la línea de fomentar que la opción más económica acabe resultando ser la más sostenible ambientalmente.

Tratamiento de aguas residuales en la industria papelera

Aguas residuales Industria papelera

El papel, material tan utilizado en nuestro día a día, consiste en un entramado de fibras vegetales con un elevado contenido de celulosa que han sido tratadas mediante diferentes procesos basados en el uso del agua, dispuestas sobre un tamiz y finalmente secadas. Estas fibras pueden provenir de diferentes plantas y árboles, pero la fuente mayormente empleada es la de madera de coníferas, por la elevada longitud y resistencia de sus fibras. Un tercio de toda la madera procesada en el mundo tiene como finalidad la producción de papel y de pulpa.

La fabricación de papel consume una gran cantidad de recursos, especialmente agua y energía, aunque también precisa en gran cantidad de materia prima y de productos químicos. Aproximadamente se necesitan entre 2 y 18 m3 de agua (depende del sistema de gestión de los efluentes y de si se recupera el agua) y entre 2 y 2,5 toneladas de madera para producir una tonelada de papel.

En el proceso de fabricación de papel el agua sirve de medio de desintegración de la materia prima, transporte de las fibras y formación del papel. El proceso empieza con la separación de la celulosa del resto de sustancias (lignina, aceites, resinas, etc.), la cual supone el 50% en peso. Para la extracción de las fibras de celulosa, primero se debe moler la madera (pulpa mecánica), o bien someter las astillas de madera a un tratamiento químico (pulpa química). En este segundo caso, el tratamiento puede ser, o bien mediante la utilización de un producto alcalino (sulfato o sosa caústica), o bien mediante el uso de sulfito. En ambos casos se busca solubilizar la lignina para que las fibras de celulosa se liberen. Los dos tratamientos presentan diferencias importantes. En el método alcalino se generan unos efluentes de color negro muy contaminantes los cuales son tratados para recuperar el sulfuro de sodio y la sosa caústica. En el método del sulfito también se pueden recuperar parte de los productos químicos utilizados, como es el caso del ácido sulfúrico. Pero los productos químicos que no pueden ser recuperados se pierden con los efluentes residuales, además de restos de celulosa que no ha sido retenida y que confiere una elevada DQO al efluente. Si la pulpa se obtiene mecánicamente, la calidad de la pasta obtenida es menor pero no se producen tantos residuos líquidos. A la práctica, sólo el 30% de toda la pulpa producida a nivel mundial se obtiene mediante el proceso mecánico.

Los restos de lignina que quedan junto a las fibras de celulosa le proporcionan color a la pasta, especialmente en el caso de la pulpa mecánica. Para la obtención de pulpa blanca es necesario someter la pulpa a un proceso de blanqueo, el cual puede ser llevado a cabo de diferentes maneras. Una alternativa consiste en el uso de peróxido de hidrógeno que, aunque no elimina la lignina, sí que este oxidante le sustrae el color. Otras tecnologías de blanqueo, mucho menos sostenibles ambientalmente, se basan en la utilización de cloro gas o de dióxido de cloro, los cuales oxidan la lignina con una elevada eficacia. No obstante, al tratarse de agentes muy reactivos, inevitablemente también reaccionan con compuestos orgánicos presentes en la pulpa y generan una gran cantidad de compuestos organoclorados, incluyendo dioxinas y furanos. Otra opción para blanquear la pulpa que no genera subproductos consiste en la utilización de ozono, el cual ha desplazado el uso de cloro al no producir contaminantes.

La mezcla de diferentes tipos de pulpa húmeda con sustancias de relleno (carbonato de calcio, caolín, dióxido de titanio, etc.) y con otros aditivos (sulfato de aluminio, colorantes, almidón, látex, etc.) se extiende uniformemente sobre un soporte metálico y se seca, obteniéndose el papel. Para la obtención de papel para escritura o impresión, la superficie de papel se alisa posteriormente mecánicamente.

En todos estos procesos se consume un elevado volumen de agua, la cual debe de ser además de gran calidad. Estas características singularizan a la industria papelera. Como resultado de la producción de papel y de pasta, los efluentes generados contienen una elevada contaminación debida a más de 250 compuestos diferentes. Algunos son de origen natural, proceden de la madera (lignina, taninos, etc.), otros son sintéticos, incorporados al efluente en los procesos de fabricación y blanqueo de las pastas de celulosa, como es el caso de fenoles, dioxinas y furanos.

Para evitar el impacto ambiental que supondría el vertido directo de estos efluentes al medio ambiente, existen dos estrategias diametralmente opuestas. La opción más sencilla consiste en tratar adecuadamente los efluentes y descargar el caudal tratado al medio ambiente. No obstante, existe una alternativa más sostenible y en la mayoría de los casos también más económica, que se basa en tratar los efluentes con la finalidad de recuperar el agua para su reutilización. Así, se desea alcanzar un doble objetivo: la minimización del agua consumida y la minimización de los residuos líquidos. Este modelo de gestión es denominado «ciclo cerrado» o lo que es equivalente, un sistema de vertido cero.

Tratamiento de las aguas sin reutilización (ciclo abierto)

En este caso, el objetivo del tratamiento es la reducción de la contaminación de los efluentes en grado suficiente para que puedan ser vertidos cumpliendo la normativa y así evitar cualquier impacto ambiental.

Los efluentes a tratar incorporan valores extremos de pH, elevado contenido de materia orgánica, sólidos en suspensión, compuestos organohalogenados (AOX), nitrógeno y fósforo entre otros contaminantes.
Un tratamiento satisfactorio de los efluentes comprendería etapas como una homogeneización y neutralización de pH, una coagulación-floculación previa a una decantación y finalmente la eliminación de la materia orgánica mediante un proceso biológico (anaerobio o aerobio) o mediante una oxidación avanzada (con ozono, Fenton o foto-Fenton). Posteriormente a todas estas etapas el efluente podría ser vertido al medio ambiente.

Tratamiento mediante un sistema de vertido cero (ciclo cerrado)

La implantación de un sistema de vertido cero no es meramente una tecnología de tratamiento de los efluentes, sino que representa un concepto mucho más amplio. Se trata de un sistema de gestión ambiental que persigue el menor impacto ambiental del proceso en su conjunto. Así, se minimiza tanto la generación de vertidos líquidos como el consumo de agua potable mediante la reutilización del agua recuperada de los efluentes.

Para conseguir tratar los efluentes hasta conseguir una calidad suficiente que permita la reutilización del agua recuperada, se deberían diseñar un tratamiento más exhaustivo que en el caso anterior. Inicialmente es necesaria una etapa de homogeneización y neutralización de pH y una decantación para sedimentar los sólidos en suspensión de mayor tamaño de partícula. A continuación, continua el tratamiento con una oxidación avanzada (ozonización preferiblemente) para destruir los moléculas orgánicas de gran tamaño y que pueden ser refractarias en un posterior proceso biológico, un tratamiento biológico anaerobio, en el que se reduzca el contenido de materia orgánica disuelta en el líquido a la vez que se genera biogás y una filtración del efluente de la digestión, primero mediante filtros de arena y posteriormente con membranas de ultrafiltración. Finalmente un proceso de ósmosis inversa finaliza el tratamiento. El permeado de la ósmosis inversa tiene la calidad necesaria para poder ser reutilizado dentro del proceso de fabricación de papel, mientras que los rechazos se tratan mediante un proceso de evaporación al vacío para reducir todo lo posible su volumen. El agua recuperada en la evaporación también puede ser reutilizada mientras que el concentrado, un volumen mínimo, se debe gestionar como un residuo. Los lodos generados en el proceso de digestión anaerobia, conjuntamente con residuos vegetales como cortezas de árboles, serrín, etc. que se generan en la preparación inicial de la madera, se queman en una caldera. Y tanto el calor producido en la caldera, como el generado en el aprovechamiento del biogás, sirven para satisfacer los requerimientos energéticos del evaporador al vacío.
Así de este modo, se recupera la mayor parte del agua utilizada en el proceso, se genera una cantidad mínima de residuo a gestionar externamente, energéticamente se producen grandes sinergias entre diferentes procesos, por lo que a nivel global, se dispone de un sistema de gestión ambiental muy sostenible.

Cabe destacar que la implantación de un sistema así es más compleja cuanto mayor es la contaminación de les efluentes. Para garantizar el éxito de la implantación es fundamental introducir en el proceso de fabricación de papel y pulpa todas las mejoras posibles que permitan generar menos compuestos contaminantes. Es el caso de la sustitución del cloro y sus derivados, en el proceso de blanqueo de la pasta, por compuestos de oxígeno (peróxido de hidrógeno u ozono).

Los países más contaminantes y los más sostenibles del mundo

En las últimas décadas han habido numerosas iniciativas para hallar un método preciso que permita cuantificar y comparar el esfuerzo de los diferentes países en relación a su política ambiental y a las actuaciones realizadas con la finalidad de mitigar el impacto ambiental. De todos los métodos ideados, el Índice de Desempeño Ambiental es el que más consenso reúne y ha sido adoptado por un mayor número de universidades e instituciones públicas.

El Índice de Desempeño Ambiental (EPI, Environmental Performance Index) es un método de cálculo que permite cuantificar el desempeño ambiental de un país en base a sus políticas en materia de medio ambiente. Este índice lo ha desarrollado la Universidad de Yale (USA) y se publica desde 1999 cada dos años (aunque de 1999 a 2005 se calculaba ligeramente diferente y se denominaba Índice de Sostenibilidad Ambiental, ESI). Paulatinamente se van añadiendo más países objeto de análisis y en la última edición del informe, publicado en 2012, se presentan datos de 178 países.

El EPI se obtiene mediante el cálculo y la agregación ponderada de 20 indicadores que reflejan la situación ambiental a nivel nacional. Estos indicadores se agrupan en nueve categorías diferentes, que a su vez, se concentran en dos grandes objetivos: el primero, salud ambiental, el cual mide la protección de la salud humana en relación a daños ambientales, y el segundo, vitalidad de los ecosistemas, que evalúa la protección de los ecosistemas y la gestión de los recursos naturales. El primer objetivo engloba tres categorías de indicadores: (1) el impacto del medio ambiente en la salud, (2) los efectos de la calidad del aire en la salud, y (3) agua potable y saneamiento. El objetivo que analiza la vitalidad de los ecosistemas aglutina seis categorías de indicadores: (1) recursos hídricos, (2) recursos agrícolas, (3) recursos forestales, (4) recursos pesqueros, (5) biodiversidad y hábitat y, por último, (6) cambio climático. Esta batería de 20 indicadores establece una imagen representativa de los diferentes aspectos ambientales del país.

Los cálculos se inician transformando la información preliminar en indicadores de desempeño estandarizados y comparables, mediándose de datos de población, de producción industrial, etc. Para el cálculo de los indicadores EPI se utiliza una tecnología denominada “proximidad al objetivo”, la cual evalúa cómo de cercano está el país del objetivo fijado por una norma determinada. Los objetivos son previamente determinados por las políticas nacionales o internacionales o por los umbrales científicos establecidos y comúnmente aceptados. Los indicadores reciben una puntuación comprendida entre 0 y 100, siendo 0 la posición más alejada a la consecución del objetivo y 100 la puntuación más cercana posible al objetivo.

La cuantificación de los indicadores permite un doble propósito: por un lado es posible la comparación de distintos países entre sí e incluso realizar un ranking de países en función de un aspecto ambiental elegido. Por otro lado, los indicadores permiten analizar, para un país determinado, la evolución que ha seguido en los últimos años respecto a un indicador concreto.

Por tanto, una vez calculados los EPI para 2012, se pueden contestar preguntas del tipo ¿Cuál es el país que más contamina? ¿Cuál es el país industrializado más sostenible a nivel ambiental? ¿Qué país latinoamericano es el que más ha mejorado a nivel ambiental en los últimos 10 años? A continuación se muestran diferentes resultados obtenidos mediante el cálculo y el posterior análisis de los indicadores:

1. Gráfica sobre el acceso al agua potable limpia

Mapa agua potable y limpia2. Ranking de los 30 países más sostenibles a nivel ambiental

Países más sostenibles3. Ranking de los 10 países que peor tratan al medio ambiente

Países más contaminantes4. Ranking de los países latinoamericanos que más han mejorado en cuanto a sostenibilidad ambiental

Contaminación latinoaméricaAsí pues, el EPI es una excelente herramienta que permite analizar y comparar la situación de un país en función de las actuaciones realizadas con la finalidad de cumplir sus objetivos ambientales fijados. Constituye un método de cálculo que ha sido validado por numerosos investigadores de distintas universidades e instituciones públicas. No obstante, también se debe tener en cuenta que existen aspectos ambientales que aún no se tienen en cuenta a la hora de calcular los indicadores. Es el caso de información como la calidad del agua dulce, la gestión de los residuos sólidos urbanos, la seguridad nuclear, la pérdida de zonas húmedas, los porcentajes de reciclaje de los diferentes tipos de residuos y la adaptación y la vulnerabilidad al cambio climático entre otra. No obstante, a pesar de no incorporar esta información, la imagen resultante de la batería de indicadores ambientales que integran el EPI resulta muy representativa de la situación ambiental del país.