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Magíster en Bioquímica, área de especialización Bioquímica Ambiental / Memoria de título de bioquímico / No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El sulfato es un contaminante presente en aguas residuales de la industria minera y en drenajes ácidos de minas. En altos niveles genera problemas ambientales, como aumentar la producción de ácido sulfhídrico, un gas tóxico, en las etapas anaerobias del tratamiento de aguas. Existen alternativas fisicoquímicas para reducir los niveles de sulfato en agua, siendo ninguna de éstas lo suficientemente rentable y eficiente. El sulfato puede reducirse a ácido sulfhídrico utilizando bacterias reductoras de sulfato (BRS). Los nutrientes directos para las BRS son de bajo peso molecular como lactato, piruvato o etanol; todos de alto costo, lo que impide que un sistema biológico para la reducción de sulfato sea rentable. En esta investigación, se cultivó un consorcio microbiano reductor de sulfato halotolerante usando fuentes de carbono de alto peso molecular, lo que permite disminuir los costos para el tratamiento de aguas con altos niveles de sulfato. En la literatura se ha reportado que bacterias reductoras de sulfato halófitas presentan una alta tasa de reducción de sulfato, por lo que este consorcio microbiano es una buena alternativa para el desarrollo de un sistema de tratamiento de aguas con altos niveles de sulfato. Los resultados obtenidos indican que este consorcio microbiano reductor de sulfato puede utilizar sustratos orgánicos complejos como espirulina, almidón, celulosa y almidón industrial. Además, este consorcio microbiano, al ser cultivado en medios con espirulina, almidón o celulosa, es capaz de remover el sulfato presente en el medio de cultivo. Por medio de hibridación in situ, se determinó que el consorcio microbiano reductor de sulfato está compuesto por microorganismos pertenecientes a distintos grupos filogenéticos, siendo el más importante el de las Proteobacteria delta, grupo al cual pertenecen la mayoría de las BRS. El pH y la concentración de NaCl son factores determinantes de la capacidad del consorcio microbiano de reducir sulfato, de manera que pH menores que 6 o la ausencia de NaCl inhiben la capacidad de reducción de sulfato. Por otro lado, la presencia de zinc y cobre en el medio de cultivo disminuyen la capacidad del consorcio microbiano de reducir sulfato. El consorcio microbiano se escaló a biorreactores con tres configuraciones distintas: sin material de soporte, con piedras de acuario como soporte y Celite R-635 como soporte. Con los tres biorreactores se observó reducción de la concentración de sulfato durante su operación como lote y semicontínuo. Por último, se logró reducir la concentración de sulfato de un drenaje ácido de mina usando un biorreactor basado en la capacidad de este consorcio microbiano de reducir sulfato y utilizar sustratos complejos, como el almidón industrial. El drenaje ácido de mina utilizado se pretrató con cal y biosorción para disminuir la concentración de metales pesados y aumentar el pH. Por lo tanto en esta tesis se propone una alternativa más rentable para la eliminación del sulfato presente en aguas, en comparación a aquellas que utilizan moléculas de bajo peso molecular. / Sulfate is a pollutant present in the mining waste water and acid mine drainage. High levels of sulfate can generate environmental problems like the increase of the production of sulfhidric acid during the anaerobic waste water treatment. There are physicochemical treatments for reducing the levels of sulfate in the water. However, these treatments are too expensive to be applied at large scale. The sulfate can be reduced to sulfhidric acid using sulfate reducing bacteria (SRB). The substrates used by the SRB are low molecular weight as lactate, piruvate and ethanol; all of them are highly expensive. In this investigation a salt tolerant sulfate reducing consortium has been cultured using high molecular weight substrates. The use of these high molecular weight substrates reduces the cost of the treatment of waters with high sulfate concentration. In the literature, it has been reported that halophilic sulfate reducing bacteria present a high sulfate reduction activity. For this reason this sulfate reducing consortium is a good alternative for the treatment of water with high sulfate concentration. The results show that the sulfate reducing consortium can be cultured using complex organic substrates like spirulina, starch, cellulose and industrial starch. Indeed, when this microbial consortium is cultured with spirulina, starch or cellulose, it is able to reduce the sulfate present in the medium. Using fluorescent in situ hybridization it was determinated that the sulfate reducing consortium was composed by phylogentically different microorganisms. However, the most important group is the delta Proteobacteria, which the majority of the SRB belong to. The pH value and the NaCl concentration are determinant factors of the sulfate reducing ability of the consortium. Media with pH values lower than 6 or in the absence of NaCl inhibited the ability of the sulfate reducing consortium to remove sulfate. On the other hand, the sulfate reducing ability was lower in presence of zinc and copper in the culture medium. The sulfate reducing consortium was cultured on three bioreactors with different configurations: without support material, with acuarium stones and with Celite R-635 as support material. Using the three bioreactors it was possible to reduce the sulfate concentration in the culture medium with a batch and semicontinuous operation. Finally, the sulfate concentration present on a acid mine drainage was reduced using a bioreactor with a sulfate reducing consortium able of reduce sulfate and using complex substrates like industrial starch. The acid mine drainage used was pretreated by lime remotion and biosortion in order to reduce the heavy metals concentration and increase the pH This represents a more economic alternative for the remotion of sulfate present on waters rather than the alternatives that use low molecular weight substrate.

En la actualidad los biosólidos generados en las plantas de tratamientos de aguas servidas de la Región Metropolitana, son acumulados en monorrellenos considerados seguros, mientras se estudian alternativas para su reutilización. Una de éstas podría ser, su utilización en agricultura, aprovechando su poder fertilizante y de mejorador de suelos. La aplicación de biosólidos a suelos, podría incorporar una serie de contaminantes orgánicos, incluyendo algunos tipos de surfactantes aniónicos, entre éstos, los sulfonatos de alquilbenceno lineales (LAS), presentes en la mayoría de los agentes de limpieza, detergentes comerciales y por consiguiente en las aguas residuales de uso doméstico. Se estima que el contenido de LAS presente en estos biosólidos, puede encontrarse en el orden de g kg-1, debido a que no son degradados por el proceso biológico anaeróbico, usualmente utilizado en la estabilización de los lodos. Debido a las características estructurales de estos surfactantes y a su degradabilidad en condiciones aeróbicas, podrían incorporar contaminantes orgánicos e inorgánicos a los suelos, al ser utilizados los biosólidos con fines agrícolas. El objetivo del presente estudio fue optimizar un método de extracción de LAS en muestras de biosólido, para ser aplicado a suelos y a mezclas suelo-biosólido. Para determinar el contenido de LAS en los distintos sustratos, hubo que realizar un proceso de derivatización a través de la formación de pares iónicos, con bisulfato de tetrabutilamonio (TBA-H), el que fue extraído con CHCl3 ayudado por un sistema de ultrasonido y posterior alquilación en el inyector (“inyector-port”) del cromatógrafo. Los compuestos de LAS en las distintas muestras fueron identificados y confirmados por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (GC-FID), utilizando como estándar interno la sal sódica del ácido 4-octilbencenosulfónico (C8-LAS). Se consideró la sumatoria total de las áreas de las distintas familias encontradas, las que fueron normalizadas a través de la razón de áreas con el estándar interno. Para su cuantificación, se utilizó una curva de calibración del estándar de la mezcla de LAS, en un rango de concentración de 250 a 4000 mg L-1. Para determinar las condiciones óptimas de extracción de LAS desde los biosólidos, se realizó un diseño factorial (32), obteniéndose una superficie de respuesta, tomando en cuenta dos factores significativos a tres niveles, tres centros y una respuesta. Por tanto, según los resultados obtenidos, las condiciones óptimas de extracción fueron: concentración de TBA-H 0,30 M y 23 minutos de ultrasonido. Se determinaron los límites de detección (LOD) y de cuantificación (LOQ) cuyos valores fueron 51 mg kg-1 y 170 mg kg-1 respectivamente. Se encontró adecuada la metodología propuesta para la determinación de LAS en biosólidos, ya que en muestras de este sustrato enriquecidas con 3 y 7 g kg-1 de LAS, se obtuvo recuperaciones alrededor del 100 %, con coeficientes de variación entre 3,7 y 4,5 %. Se realizó un estudio similar en muestras de suelos enriquecidas con LAS, comprobándose que esta metodología puede ser también, aplicada a la determinación de estos compuestos en suelos. Se encontraron valores de contenido de LAS en los dos biosólidos estudiados similares a los encontrados en biosólidos de otros países, con concentraciones de de 4,0 y 7,9 g kg-1 respectivamente. En los cuatro suelos estudiados: EM, LP, M y CB, se encontraron similares contenidos de LAS (0,6 g kg-1). La incorporación del biosólido seleccionado a los suelos, aumentó significativamente la concentración de LAS y el proceso de incubación originó una disminución del contenido de LAS en todas las muestras, que puede ser atribuido a una reacción de degradación. La degradación de los compuestos de LAS de los suelos tratados con biosólidos fue similar en todas las muestras. En los suelos enriquecidos con LAS, la degradación de estos compuestos fue menor en el suelo de tipo arenoso y con menor contenido de materia orgánica. En los suelos enriquecidos con LAS y tratados con biosólidos, la degradación fue mayor en los suelos con alto contenido de materia orgánica

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Ingeniero Civil / El objetivo general de este trabajo de título es estudiar la variabilidad del consumo máximo diario de oxígeno en el reactor biológico de un sistema de tratamiento de lodos activados para determinar factores de requerimiento de oxígeno máximo horario respecto del medio diario y máximo diario respecto del medio anual, a partir de los datos de seis plantas de tratamiento de origen domiciliario. Para la obtención del factor de carga máxima diaria respecto del medio anual, los datos se ordenan según la carga orgánica afluente para encontrar el día representativo para el diseño de las plantas utilizando como criterio, el día correspondiente al percentil 85. Posteriormente, los datos de caudal se depuran o se modifican según la naturaleza de los antecedentes, ya que existen datos horarios o cada 15 minutos. Adicionalmente se obtiene el factor de caudal máximo horario para cada día dentro del periodo de estudio. Finalmente se realiza una corrección y relleno de los datos para utilizarlos en las simulaciones. Para el cálculo del factor de máximo horario respecto del medio diario, se plantea una fórmula que se puede utilizar en plantas sin sedimentador primario. Para validar los resultados entregados por esta fórmula, se realizan simulaciones en BIOWIN, y se comparan los resultados mediante un análisis de sensibilidad respecto de la temperatura y de la tasa máxima de crecimiento de los organismos autótrofos. Los escenarios planteados corresponden a cuatro edades del lodo (5 (d), 15 (d), 20 (d), 25 (d)), cuatro temperaturas, (5°C, 15°C, 20°C y 25°C), y de tres tasas máximas de crecimiento (0,3, 0,6 y 0,9). Se concluye respecto del factor de carga máxima diaria respecto del medio anual, que su relación con la población y el caudal medio de las plantas de tratamiento es inversamente proporcional similar a un comportamiento logarítmico. En cuanto al factor de consumo máximo horario respecto al medio diario, se concluye que en ningún caso este valor supera el 1,35 y en consecuencia obrando de manera conservadora, es posible aplicar este valor como uno general. El resultado del análisis de sensibilidad el error no superaba el 10%, salvo las condiciones en que es probable que no se produzca nitrificación.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Las zonas áridas de Chile corresponden aproximadamente al 40% del territorio nacional, y están compuestas por suelos potencialmente productivos no utilizados. Las potenciales áreas para la expansión de cultivos energéticos, no representan competencia para los cultivos con fines alimenticios, debido a que son suelos marginales y áridos, subutilizados debido a la degradación que poseen, inviables para la producción agroalimentaria. El uso de aguas servidas para el riego de cultivos energéticos contribuye a la disminución de la demanda de agua de riego frente a la escasez. Las especies del género Atriplex representan una opción para la producción de biomasa para bioenergía. Esta memoria determinó el efecto del riego con aguas servidas tratadas sobre el crecimiento y desarrollo de A. nummularia, A. halimus y A. canescens, con fines bioenergéticos.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Químico Ambiental. / Este seminario consiste en la propuesta de un Programa de Gestión Ambiental (PGA) basado en los requisitos de la norma ISO 14.001/04 para el manejo y almacenamiento de insumos peligrosos utilizados en el proceso de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS) “modelo”, la cual es capaz de tratar las aguas servidas de una población aproximada de 2 millones de habitantes con un caudal aproximado de 6,8 m3/s. Este modelo de PTAS cuenta con cuatro sistemas: pretratamiento; tratamiento primario; tratamiento secundario para digestión por lodos activados; y por último la desinfección como tratamiento terciario. Esto con el objetivo de plantear una propuesta de elaboración de un Programa de Gestión Ambiental, el cual permita abordar en forma adecuada el uso y almacenamiento de los insumos peligrosos utilizados en las plantas de tratamiento de aguas servidas. Para ello se identificaron y clasificaron los insumos peligrosos utilizados en las plantas de tratamiento y se elaboró una Matriz de Aspectos Ambientales Significativos con la cual se identificaron aquellos aspectos con mayor riesgo ambiental. En la Matriz de Aspectos Ambientales se analizaron 52 Aspectos Ambientales de los cuales 10 resultaron ser Medianamente Significativos, y 7 fueron Aspectos Altamente Significativos. Entre estos destaca el derrame de Clorito de Sodio debido al mal manejo por parte del personal y el derrame de Petróleo Diésel ya sea por mal manejo del personal ó por una falla en el contenedor. En base a esto, los objetivos del PGA son el cumplimiento de la legislación ambiental aplicable a la PTAS, disminuir el número de incidentes provocados por falta de mantención de la maquinaria utilizada (contenedores, válvulas, digestores, etc.) y disminuir el número de incidentes debido a un mal manejo de materiales peligrosos por parte del personal mediante programas de capacitación para este. / This seminar consist in the proposal of an environmental management program (EMP) based on the requirements of ISO 14.001/04 norm for the management and storage of hazardous inputs for a Wastewater Treatment Plant (WWTP) model, which is capable of treating wastewater from an approximate population of 2 million habitants with an approximate flow of 6,8 m3/s. This model of WWTP has four types of sewage treatment. These are pre-treatment; primary treatment, the secondary treatment used is digestion by the activated sludge and lastly the disinfection as a tertiary treatment. This is done with the objective of making a proposal of an Environmental Management Program, which allows to adequately address the use and storage of hazardous inputs used in sewage treatment plants. To do this, the hazardous inputs used in the treatment plants will be identified and classified, and a matrix of significant environmental aspects will be generated to identify those with the highest environmental risk. In the Matrix of Environmental Aspects we analyzed 52 Environmental Aspects of which 10 turned out to be Medium Significant, and 7 were Highly Significant Aspects. Among these highlights is the Sodium Chlorite spill due to mismanagement by personnel and the Diesel Oil spill both for the mismanagement of the personnel and by a failure in the container. Based on this, the objectives of the EMP are to comply the applicable environmental legislation, reduce the number of incidents due to lack of maintenance of the machinery (containes, valves, digesters, etc.) used, and reduce the number of incidents due to mismanagement of hazardous materials by the personnel, through the implementation of training programs.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo Mención: Manejo de Suelos y Aguas

El objetivo de este trabajo de título fue evaluar el comportamiento del Sedimentador Secundario en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAS) de Lodos Activados con modalidad de Aireación Extendida, en condiciones de aumentos en las cargas y flujos afluentes, considerando diferentes escenarios. Se utilizó el software Biowin para simular el comportamiento de la PTAS Santiago Poniente, la cual en su línea de lodos está compuesta por un Espesador Gravitacional y un Deshidratador Mecánico, ambos con retornos al afluente del Reactor. La situación base se definió a partir de datos de caudales instantáneos capturados cada una hora durante siete días y las cargas orgánicas medias durante el mismo periodo. Luego, la situación base se modificó para generar cuatro diferentes escenarios, los que corresponden a distintas distribuciones de la carga afluente a la planta durante diferentes lapsos de tiempo. El tiempo de simulación en cada caso fue de un mes aproximadamente. Los cuatros escenarios considerados son: Carga Constante: aplicación de coeficientes de incremento a la carga base (variando entre 5% hasta 50%, con incrementos de 5%) Aumento por un día: incremento porcentual de la carga base durante un día a la semana (similar rango anterior). Aumento por una semana: incremento porcentual de la carga base durante una semana por medio. Una semana con incremento y la siguiente con la carga base. Aumento gradual: durante un día la carga es igual a la base, el siguiente día se incrementa la carga en un 5% de la carga base, y el siguiente un 10%, hasta alcanzar un máximo determinado; para luego disminuir a la misma tasa diaria hasta alcanzar la situación base nuevamente. Cada escenario se simuló utilizando dos edades de lodos (25 y 33 días), dos condiciones diferentes de sedimentabilidad del lodo (sedimentación buena y pobre), y dos formas de operar la PEAS a la entrada de la planta (utilizando un regulador de flujo y sin él). En cada simulación se registró la concentración de SST efluente del Sedimentador Secundario durante el periodo simulado. A partir de los resultados obtenidos se desprende que el sedimentador muestra mayor tolerancia a un aumento de carga y caudal para situaciones en las que el incremento corresponde a periodos cortos y graduales que para incrementos sostenidos o de mayor duración. Adicionalmente, las variaciones en el caudal afluente a la PTAS no producen mayor efecto en la calidad del efluente generadote esta unidad. Se concluye que el comportamiento del Sedimentador Secundario no se ve significativamente afectado por la operación de la PEAS; los aumentos abruptos en la carga afluente deterioran más la calidad del efluente que los aumentos graduales; los aumentos aislados de carga afectan más el funcionamiento del Sedimentador cuando su duración y frecuencia son mayores.

Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al Grado de Doctor en Química / Los biosólidos son residuos del tratamiento de aguas servidas, que al ser tratados y procesados, pueden ser reciclados y aplicados como co-fertilizantes en suelos. También pueden ser una fuente de contaminación de diversos tipos de compuestos orgánicos. Triclocarbán (TCC) ha sido utilizado ampliamente desde 1970 como agente antimicrobiano en jabones, enjuagues bucales y pastas dentales. Este compuesto, es apolar, por lo que se une a la materia orgánica de los biosólidos. La determinación de la fracción biodisponible implica el uso de plantas o animales y un tiempo prolongado de estudio. Por lo tanto, es necesario desarrollar metodologías simuladoras, para obtener una determinación rápida y simple de la biodisponibilidad de TCC en suelos tratados con biosólido. Dos métodos de extracción podrían ser adecuados: el empleo de una solución acuosa de hidroxipropil-β-ciclodextrina (HP-β-CD) y la extracción acuosa con CaCl2 seguida de una extracción con disco rotatorio en dos disposiciones, horizontal y vertical (EA/RDSE), utilizando como tejido vegetal plantas de trigo. En los cultivos realizados en sistemas suelo-biosólido, TCC fue detectado en las raíces de las plantas de trigo. En cambio, para los tratamientos con biosólido enriquecido y con biosólido con alta concentración “nativa” de TCC, fue detectado tanto en la raíz como en la parte aérea. Los valores de los factores de translocación son menores a 1, indicando que TCC permanece preferentemente en la raíz de la planta. Los factores de bioconcentración (FBC) es la razón entre la concentración de TCC en el tejido vegetal y el suelo. Para las raíces y parte aérea, se obtiene que los suelos tratados con biosólido no acumulan TCC, ya que FBC <1, a excepción de las raíces del suelo tratado con biosólido con una alta concentración “nativa” de TCC (FBC: 1,7). Los factores de concentración (FC) fueron calculados para los métodos simuladores. Para la extracción con HP-β-CD, los FC < 1, lo que indica que esta metodología no sobreestima la fracción biodisponible, sino que se comporta muy similar a ella. Para la extracción con EA/RDSE, se obtienen FC del orden de 10-4, corroborando una característica de TCC como su baja solubilidad. Para validar los métodos como biosimuladores, se realiza un modelamiento a través de una correlación simple entre las concentraciones de TCC en el tejido vegetal y las concentraciones determinadas a través de los métodos (HP-β-CD y EA/RDSE, significativas al 95%). Para la ciclodextrina, se obtienen correlaciones significativas y explican entre 37 y 95% de la variabilidad de los datos para las raíces y la parte aérea. Para el modo vertical de EA/RDSE, las correlaciones son significativas y explican entre el 26 y 57% de la variabilidad, para las raíces y la parte aérea, respectivamente. Para el modo horizontal, la correlación es significativa para las raíces, con una explicación del modelo de un 81%. Se puede concluir que los dos métodos desarrollados, la extracción con HP-β-CD y la EA/RDSE, son biosimuladores de la fracción biodisponible de TCC en las raíces de planta de trigo cultivadas en suelos tratados con biosólido / Biosolids are a residue of water treatment, which when are treated and/or processed, can be recycled and used as co-fertilizing agents in soils. They are also a pollution focus of organic compounds. Triclocarban (TCC) has been widely used since 1970, as antimicrobial agent in soaps, mouthwashes and toothpastes. This compound, is non-polar, reason why it binds with organic matter of the biosolids. The determination of the bioavailable fraction involves the use of plants or animals and prolonged study time. Therefore, it is necessary to develop simulating methodologies for a rapid and simple determination of the bioavailability of TCC in soils amended with biosolids. Two extraction methods may be suitable: the use of an aqueous solution of hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) and the aqueous extraction with CaCl2 followed by an extraction with the rotating disk in two orientations, horizontal and vertical (EA/RDSE), using as vegetal tissue wheat plants. In crops of wheat plants in soil-biosolid systems, TCC was detected in the roots. On the other hand, in plants grew with spiked biosolids and biosolids with high “native” concentration of TCC, it was detected in roots and shoots. Translocation factor are lower than 1, showing that TCC remains preferentially in the root. Bioconcentration factors (BCF) is the ratio of the concentration of TCC in plant tissue and soil. For the roots and shoots, is obtained that soils treated with biosolids do not accumulate TCC, cause FBC <1, with exception of the soil treated with biosolids with a high concentration of “native” TCC (FBC: 1,7). Concentration factor (CF) were calculated for the simulator methods. For the extraction with HP-β-CD, FC<1 indicating that this methodology does not overestimate the bioavailable fraction, but behaves very similar to it. For the EA/RDSE method, FC of 10-4 are obtained, corroborating TCC characteristic such as low solubility. To validate the methods as biosimulators, a modeling through a simple correlation between TCC concentration in plant tissue and concentrations determined by simulator methods is used (HP-β-CD and EA/RDSE, 95% significant). For the cyclodextrin, significant correlations are obtained and explain between 37 and 95% of the variability for roots and shoots. For the vertical mode of EA/RDSE, correlations are also significant explaining between the 26 and 57% of the variability for roots and shoots, respectively. For the horizontal mode, correlation is significant to the roots, with a model explanation of 81%. It can be concluded that, the two developed methodologies (HP-β-CD and EA/RDSE) are biosimulators of the TCC bioavailable fraction in the roots of wheat plants cultured in soils treated with biosolids / Fondecyt; Conicyt; NIFA Multi-State FLA-SW-005368 / 2020