Ingeniera Civil / El arsénico ha sido declarado un contaminante carcinógeno y de elevada toxicidad, que afecta a más de 150 millones de personas en el mundo. En Chile se presentan altos niveles del contaminante en el agua, por causas naturales y antropogénicas, mayoritariamente en la zona centro y norte del país, donde las plantas de tratamiento usan tecnologías costosas y complejas de operación, como oxidación-filtración, osmosis inversa, procesos de membrana, entre otros. Actualmente se desarrolla el proyecto Sol-Arsenic, de remoción de arsénico con nanomateriales desarrollados especialmente. El objetivo de esta investigación, es estudiar la capacidad de adsorción y foto-oxidación de los nanomateriales desarrollados, frente a parámetros hidráulicos que rigen el comportamiento de la tecnología a implementar, en particular número de Reynolds, con el fin de potenciar la eficiencia del sistema y determinar posible desorción del arsénico adsorbido en el nanomaterial. Para esto, se realizan dos sistemas experimentales: el primero, a pequeña escala en reactor batch y el segundo, una maqueta de escala industrial en sistema continuo. De los resultados obtenidos, en ningún caso se observa desorción del contaminante desde los nanomateriales. En batch se alcanza un porcentaje de remoción del 96\%, mientras en sistema prototipo un 86\%. Por otro lado, se concluye que la adsorción de As(III) es más sensible a la velocidad de agitación del medio que la adsorción de As(V) y que el número de Reynolds debe ser turbulento para promover la mezcla. Finalmente se recomienda mejorar el sistema de agitación en tanque y ampliar el foto-reactor. / 18/01/2020

La adición de polvos a la escoria requiere el empleo de un sistema que asegure la disolución completa de éstos, antes que se volatilicen. Para esto, se ha decidido emplear la reacción exotérmica que se genera al mezclar óxidos de arsénico con hidróxido de calcio, permitiendo formar arsenatos/arsenitos de calcio, los cuales podrían disolverse completamente en la escoria. El cemento tiene un importante contenido de óxido de calcio (CaO), llegando incluso a superar el 60% y al combinarse con agua forma hidróxido de calcio (Ca(OH)2). Por esta razón, el cemento puede ser empleado como aglomerante de los polvos antes de adicionarlos a la escoria. Con esto, el cemento podría proteger la liberación y volatilización del arsénico, permitiendo su disolución en la escoria como arsenito y arsenato de calcio. Por otra parte, el cobre contenido en los polvos como sulfato (CuSO4) podría ser reducido, permitiendo su recuperación al sedimentar como inclusiones de Cu2S. La presente investigación busca estabilizar el arsénico contenido en polvos de fundición empleando la vía pirometalúrgica mediante un proceso que incluye: − Mezcla de polvos de fundición con cemento − Adición de la mezcla a la escoria fundida. − Recuperación de cobre contenido en los polvos.

Ingeniera Civil / El arsénico (As) es un metaloide altamente tóxico y que en ambientes naturales suele encontrarse junto con el hierro (Fe), un metal esencial para la salud humana y que no genera efectos nocivos en concentraciones menores a 2mg/l. Una alternativa de sistema de tratamiento para cursos de agua superficiales, económicamente viable, factible de instalar y operar en localidades aisladas, son los humedales construidos. La efectividad de estos sistemas para remover As ha sido verificada empleando piedra caliza/turba de coco y zeolita (Lizama,2013). Dicha efectividad depende principalmente del tipo de flujo y medio de soporte, del tipo de vegetación y de parámetros hidráulicos, tales como la carga superficial y el tiempo de retención del sistema. El presente trabajo representó las concentraciones del río Azufre, ubicado en la cuenca del río Lluta, que se caracteriza por presentar altas concentraciones de metales y metaloides en fase disuelta, en un sistema de humedales compuesto de seis celdas de acrílico independientes de flujo sub-superficial horizontal para la remoción de As y Fe, construido a escala de laboratorio, usando zeolita como medio de soporte y Phragmites australis en tres de las celdas para analizar el efecto de la vegetación. Además, cada celda operó bajo distintas cargas superficiales (20, 50 y 80 mm/d para la primera etapa y 20, 100 y 200 mm/d para la segunda etapa) para analizar el efecto en la remoción de As y Fe; y mediante pruebas de trazador estimar el tiempo de retención hidráulico real. La eficiencia promedio en la remoción de As en todas las celdas fue > 97,5 % y para el Fe > 63,3 %. Los resultados de la remoción de As indican que esta aumenta para las cargas superficiales menores, lo mismo ocurre para la remoción de Fe, donde la carga superficial y la eficiencia en la remoción están relacionados mediante el pH, dado que a mayor carga superficial disminuye el pH y por ende reduce la remoción de Fe mediante precipitación de óxidos de Fe. La remoción de sulfato también está relacionada con la carga superficial, siendo mayor para las cargas superficiales menores. La presencia de vegetación aumentó la remoción de As para las cargas superficiales menores (20 y 100 mm/d), de igual forma para el Fe, para la carga menor (20 mm/d). En cuanto al efecto de la carga superficial en los tiempos de retención hidráulicos reales, éstos fueron menores al tiempo de retención hidráulico nominal para las cargas menores (20 y 100 mm/d). Al analizar el rol de la vegetación, se concluye que los tiempos de retención hidráulicos reales fueron menores en los humedales, al comparar con respecto a las celdas de control, ésto, debido a que la presencia de raíces que mejora los patrones de contacto. / 04/12/2019

En nuestro país, debido a las condiciones geológicas propias del territorio y a la actividad antropogénica gran parte de los suelos presentan altas concentraciones de arsénico. Por otra parte, la implementación de un plan de recuperación de aguas servidas, está generando grandes cantidades de biosólidos. Por lo tanto, es imprescindible realizar estudios que den cuenta de los efectos de la aplicación de estos biosólidos sobre la disponibilidad, movilidad y especiación de este metaloide, en suelos locales. En este estudio se determina el efecto de la incorporación de biosólido al suelo, sobre la movilidad y disponibilidad de las distintas formas químicas de arsénico evaluando además la influencia del potencial redox sobre ellas. Para ello se seleccionaron dos suelos agrícolas de la zona central de Chile con distinto contenido de As, uno de ellos, “Graneros”, impactado por arsénico debido a su cercanía con la fundición de cobre Caletones (VI Región) y el otro, “Aculeo”, de la Región Metropolitana, con concentraciones bajas de este metaloide. Para evaluar la influencia del biosólido sobre el arsénico en los suelos, se incorporó un biosólido proveniente de una planta de tratamiento de aguas servidas de Santiago en una razón de 15 y 100 Mg ha-1 a los suelos naturales y enriquecidos con este metaloide. El arsénico en los diferentes sustratos fue extraído secuencialmente con un método de cinco etapas que da cuenta del arsénico adsorbido no-específicamente, adsorbido específicamente, adsorbido en los óxidos e hidróxidos de Fe y Al amorfos y pobremente cristalinos, adsorbido en los óxidos e hidróxidos de Fe y Al cristalinos y residual. Encontrándose en el suelo Aculeo con o sin biosólido el predominio de la fracción residual, mientras que para el suelo Graneros en similares condiciones, el As se asoció mayoritariamente con los óxidos e hidróxidos de Fe y Al amorfos. La incorporación de biosólido incrementó el contenido de As adsorbido no-específicamente en los suelos Aculeo, Graneros y Graneros enriquecido con As. Para la detección y cuantificación de las distintas especies de arsénico, se implementó y optimizó un método analítico basado en espectrofotometría de absorción atómica acoplada a generación de hidruros (EAA-GH), realizando estudios con concentraciones variables de HCl, NaBH4 y L-cisteína (como agente pre-reductor). Se optimizó y validó un método analítico para la determinación de As(III), As orgánico y As total (As(V) se determinó por diferencia), encontrándose límites de detección que fluctuaron entre 0,11 y 0,14 mg L-1, en tanto para la repetibilidad y recuperación se encontraron valores entre 0,7 y 1,2 % y entre 98,8 y 103 %, respectivamente. Desde un punto de vista toxicológico, es fundamental conocer la forma química en que se encuentra el arsénico en las fracciones más lábiles del procedimiento de extracción secuencial y como podrían ser afectadas al aplicar biosólidos. Para tal efecto, se aplicó la metodología analítica desarrollada para la especiación química, sobre las dos primeras fracciones del procedimiento de extracción secuencial, encontrándose sobre un 91 % del arsénico presente en ambas fracciones en la forma de As(V). Por otra parte, la incorporación de una dosis de 100 Mg ha-1 de biosólido originó un incremento significativo en el contenido del arsénico orgánico. Considerando que la especiación, y por tanto la movilidad de arsénico, pueden verse afectadas por cambios en las condiciones redox de los suelos, se realizaron estudios sobre algunos suelos y sobre los mismos enmendados con biosólido a diferentes potenciales de óxido-reducción (-200, 0 y 200 mV), a pH constante. En general, se encontró que bajo condiciones reductoras la razón As(III) / As(V) incrementó, mientras que en condiciones oxidantes ésta disminuyó. De acuerdo a los resultados obtenidos, se podría establecer que la aplicación de un biosólido a suelos con escasos sitios específicos para la adsorción de arsénico, incrementa la retención de este metaloide, con la consecuente disminución de su disponibilidad, lo cual se debe al alto contenido de óxidos de hierro que aporta el biosólido al suelo. Sin embargo, es importante tomar las medidas necesarias para impedir posibles inundaciones de los suelos de manera de evitar que condiciones reductoras den lugar a la movilización de este metaloide.

Magíster en salud pública

Ingeniero Civil / La presencia de arsénico en fuentes de agua para el consumo humano en el norte de Chile obliga a implementar sistemas de tratamiento, lo cual en algunas localidades se ve limitado por factores económicos, técnicos y culturales. De este modo se hace necesario el estudio de sistemas de abatimiento de arsénico utilizando diferentes tecnologías. En este contexto se instaló una planta piloto experimental en una comunidad rural de la comuna de San Pedro de Atacama. El trabajo de título se refiere a un estudio evaluativo de los procesos y la operación de dicha planta, en la cual el arsénico es removido mediante un medio adsorbente agaroso. Entre las actividades realizadas se cuenta el seguimiento en terreno de la puesta en marcha y operación de la planta, así como la evaluación del rendimiento del proceso de adsorción mediante el análisis de arsénico en muestras de agua cruda y tratada con un método colorimétrico, además de otros parámetros complementarios. Los resultados obtenidos fueron analizados mediante el modelo de Thomas para adsorción en columnas, lo cual permitió estimar la capacidad adsorbente del medio agaroso para la matriz de agua natural. Se estimó una capacidad adsorbente del orden de 400 mg. de arsénico por litro de medio agaroso, capacidad muy inferior a la definida por el proveedor. Este efecto se debería a la afinidad del medio con otros iones como sulfatos y calcio presentes en el agua natural, lo cual disminuyó la selectividad del arsénico. También se observó una baja eficiencia en el procedimiento de regeneración propuesto dado que no permitió un desprendimiento superior al 3% de la masa de arsénico fija al medio, provocando una saturación progresiva y pérdida de capacidad adsorbente. Las diferencias entre los rendimientos proyectados y el comportamiento real del medio adsorbente muestran la necesidad de perfeccionar la tecnología. Se recomienda especialmente efectuar un estudio completo de la selectividad del medio y rediseñar el procedimiento de regeneración.

La contaminación ambiental es una problemática a nivel mundial, particularmente la contaminación del agua que provoca el deterioro del ecosistema acuático. El estudio de los recursos hídricos es uno de los temas más relevantes dentro de la agenda ambiental de todos los países. La perturbación en el ciclo hidrológico y la contaminación incontrolada de los cuerpos de agua superficiales, provoca la atención de diversos organismos nacionales e internacionales para que destinen gran parte de su presupuesto al estudio de los recursos hídricos. Argentina no es ajena a esta problemática mundial y en su territorio existen cuencas hidrográficas con graves problemas de contaminación y escasez hídrica. La cuenca del río Colorado es la primera y única interprovincial de la Argentina que cuenta con un acuerdo de distribución de caudales, altamente significativo. El río Colorado atraviesa cinco provincias, siendo la zona de la cuenca inferior la correspondiente a la provincia de Buenos Aires. Debido a la naturaleza árida de los territorios que recorre, representa un recurso muy valioso para el desarrollo económico y social de la región, sirviendo en muchas ocasiones como única fuente de agua disponible para consumo humano, aseo, riego e industrias. Por ello, este trabajo de Tesis Doctoral está orientado al estudio de las características hidroquímicas y al desarrollo de sistemas embebidos para la determinación de contaminantes, en aguas naturales de la zona del Valle Inferior del río Colorado. La presente Tesis es un trabajo que se encuadra dentro de un Convenio Marco de carácter interdisciplinario (UNS, INTA, CIC-Buenos Aires y CORFO), enfocado a promover el desarrollo de la investigación y llevar a cabo estudios tendientes a mejorar la eficiencia del aprovechamiento del agua y preservación del recurso hídrico en el Valle Bonaerense del río Colorado. En tal sentido, los trabajos se desarrollan teniendo en cuenta los lineamientos de dicho Convenio: ✓ Caracterización y evaluación hidroquímica en la zona del Valle Bonaerense del río Colorado, con la finalidad de realizar una evaluación estadística hidrológica temporal que permita establecer las características actuales del sistema. ✓ Desarrollo de nuevas metodologías analíticas basadas en adquisición de datos de segundo orden provenientes del empleo de imágenes digitales, para la determinación de arsénico en muestras de aguas del Valle Bonaerense del río Colorado. ✓ Estudio de bioacumulación de cadmio y plomo en peces Cyprinus carpio, especie predominante en la región, que actúan como bioindicadores de contaminación. Las determinaciones de estos metales se realizan empleando un sistema automático Flow-batch y voltamperometría de redisolución anódica de onda cuadrada con un electrodo de film de bismuto como técnica de detección

En el distrito de Puente Piedra se evaluó el grado de contaminación de arsénico, especialmente por tratarse de un distrito con escaso control sanitario sobre la calidad de agua de consumo humano. Para llevar a cabo este estudio se tomaron 38 muestras de agua de consumo humano, 13 provenían de SEDAPAL, 13 de agua de cisterna y 12 de agua de pozo, se usó el método espectrofotométrico de absorción atómica con horno de grafito. Se encontró que la concentración promedio de arsénico del total de muestras provenientes de SEDAPAL fue de 9.13 μg As/L y el total de muestras provenientes de cisterna fue de 5.04 μg As/L, los cuales no exceden la concentración máxima permisible dada por la Norma Técnica Peruana 214.003.87 (50 µg As/L) y la Organización Mundial de la Salud (10 µg As/L). También se halló que la concentración promedio de arsénico en el agua de consumo humano proveniente de pozo fue de 22,40 μg As/L, la cual está por encima del límite permisible establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y por debajo del límite permisible dado por la Norma Técnica Peruana (NTP 214.003.87). Se observa que el 100% de las muestras supera el límite permisible establecido por la OMS. Se recomienda realizar este tipo de estudios en otros distritos de Lima Metropolitana para poder hacer un seguimiento de la calidad del agua de consumo humano que abastece a los habitantes. / -- In the district of Puente Piedra assessed exposure levels of contamination of arsenic, in particular because it is a district with little health control over the quality of drinking water. To carry out this study were taken 38 samples of drinking water, 13 were from SEDAPAL, 13 water tankers and 12 water wells, and we used the spectrophotometric method with graphite furnace atomic absorption. It was found that the average concentration arsenic of total samples from SEDAPAL was 9.13 μg As/L and total samples from Tank was 5.04 mg As/L which does not exceed the maximum permissible concentration given by the NTP 214.003.87 (50 µg As/L) and the World Health Organization (10 µg As/L). It also found that the average concentration of arsenic in drinking water from wells was 22,40 μg As/L, which is above the allowable limit set by the World Health Organization (WHO) and below the permissible limit set by the NTP 214.003.87. It is noted that 100% of the samples exceeded the permissible limit set by WHO. It is recommended that such studies in other states of Lima in order to monitor water quality for human consumption that caters to the residents.

Tesis entregada a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al grado de Magíster en Ciencias Biológicas. / El Desierto de Atacama es un ambiente extremo para los seres humanos por su alta radiación UV, zonas de hipoxia y altos niveles de arsénico en esenciales recursos de agua. El arsénico es reconocido por ser carcinogénico y por aumentar la mortalidad infantil al provocar abortos espontáneos. La población de Quebrada Camarones tiene la mayor exposición al arsénico en América (1000 μg/L), superando la norma segura de la OMS (10 μg/L). Sin embargo, esta población ha subsistido bajo tales condiciones los últimos 7.000 años, sin evidencias de los efectos tóxicos antes mencionados en tiempos recientes. Nuestro objetivo fue identificar procesos adaptativos locales en la población de Camarones mediante la búsqueda de señales genómicas de selección positiva. Analizamos muestras de Camarones (n=26), Puno (n=30) y Sur de Chile (n=39), siendo las dos últimas los controles. Las muestras se genotipificaron con dos Arrays de SNPs (Axiom LAT1 y Mega), y posteriormente, imputadas usando dos paneles de referencia (población Aymara y de 1000Genomas). Luego, caracterizamos su estructura genética e identificamos las señales de selección a través de los métodos de PBS y los basados en LD. Hemos encontrado diferentes señales de selección en Camarones, mayoría en genes cercanos a la región de HLA o de genes relacionados con el arsénico y el estrés de hipoxia. Respecto a la adaptación al arsénico, nuestros resultados sugieren que Camarones y Puno comparten una misma señal de selección, sobre el gen CNNM2 en el cromosoma 10, el cual esta muy cerca al gen AS3MT. Por otra parte, procesos biológicos sobrerepresentados en Camarones están relacionados con la regulación muscular y presión arterial con genes involucrados en la homeostasis del oxigeno (ACE y NOX4). En conclusión, nuestros resultados sugieren un complejo escenario adaptativo entre las poblaciones del altiplano y el Desierto de Atacama, en que algunas señales son únicas en Camarones, pero otras como el arsénico han mostrado estar compartidas con otras poblaciones andinas. / The Atacama Desert is an extreme environment for humans due to high UV radiation, hypoxia and high arsenic levels in essential water sources. Arsenic is widely recognized to be carcinogenic and to increase child mortality rates by causing spontaneous abortions. People from Quebrada Camarones have the highest exposure to arsenic in the Americas (1000 μg/L), surpassing the WHO’s safe norm (10 μg/L). However, these people have subsisted under these conditions over the last 7,000 years, and without showing the aformentioned toxicological effects in recent times. The aim of this study was to identify unique local adaptations in Camarones people by searching for genomic signatures of positive selection. We used samples from Camarones (n=26), Puno (n=30) and South of Chile (n=39), the last two populations being used as controls. Those samples were genotyped by two SNPs arrays (Axiom LAT1 and Mega) and subsequently imputed by using two reference panels (Ayamra population and 1000Genomes). Then, we characterized their genetic structure, and searched for selection signatures by using PBS and LD-based methods. We have found different positive selection signatures in Camarones, most of which are genes over HLA region or genes related to arsenic and hypoxic stress. Regard to arsenic adaptation, our results suggest that Camarones and Puno have similar selection signals, especially over the CNNM2 gene in chromosome 10, which is closely to the AS3MT gene. On the other hand, the biological processes overrepresented in Camarones were found in muscle and arterial pressure regulation with genes involved in oxygen homeostasis (ACE and NOX4). Therefore, our results suggest a more complex adaptative scenario between highlands and the Atacama Dessert, where some signals are unique in Camarones people, but others like arsenic have shown to be shared with other Andean populations. / Beca Conicyt para estudios de Magíster en Chile, Proyecto Fondecyt 1140544, Vicerrectoría de Asuntos Académicos, Departamento de Postgrado y Postítulo de la Universidad de Chile, FONDEF D10I1007 de ChileGenomico, Proyecto Conicyt USA2013-0015.

Ingeniera Civil Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / El agua es un recurso básico para el desarrollo de la vida y su escases y contaminación es un problema a nivel mundial. En especial, el arsénico, un contaminante altamente toxico a su consumo, abarca el interés científico por desarrollar nuevas tecnologías de bajo costo, alta eficiencia, simples de operar y con bajo impacto ambiental. La propuesta de este trabajo, se basa en el desarrollo de adsorbentes de arsénico, basados en carbón activado(CA) sintetizado a partir de residuos agroindustriales. La síntesis de CA se realizó a partir de dos precursores, aserrín de pino y cascara de arroz síntesis, bajo métodos de activaciones físicas, bajo flujo de N2 y CO2, y activaciones químicas por impregnación de ZnCl2 y H3PO4. Y posteriormente, fueron modificados con hierro por un método hidrotermal con microondas, con o sin etapa previa de oxidación con KMnO4. Los precursores y CA fueron caracterizados por análisis próximo, contenido de cenizas, espectroscopia infrarroja, pH superficial (pHPZC), área superficial BET y difracción de rayos X (XRD). Adicionalmente, se les realizó pruebas de adsorción de As(V) a diferentes condiciones de pH. El estudio sobre los precursores, arrojo un alto nivel de cenizas en la cascara de arroz, por lo que se seleccionó el aserrín de pino, en base a su alta pureza. Los CA físicas exhibieron grupos funcionales básicos (cetonas, quinonas) y pHPZC entre 7,8 y 9,5, mientras que, los CA químicos, grupos ácidos (lactonas y ác. carboxílicos) con pHPZC entre 3,0 y 6,8. Se seleccionó la activación física con CO2 y química con ZnCl2, basado en sus pHPZC. Los carbones CAP-CO2 y CAP-Zn mostraron bajos niveles de adsorción, por lo que se mejoraron bajo el método de impregnación de hierro, metal que tiene gran afinidad por el arsénico. Los carbones oxidados e impregnados, mostraron una mayor remoción de As(V), debido a que la oxidación propicia el desarrollo de grupos carboxílicos y fenólicos que favorecen una mayor dispersión y deposición de hierro. El análisis XRD de los carbones oxidados mostraron dos fases cristalinas, β-FeOOH y Fe3O4, ambas capaces de adsorber arsénico. En las pruebas de adsorción el CAP-CO2-Oxi-Fe, mostró niveles de adsorción de 4,5 mg/g, en un rango de pH entre 4 y 7, y bajo a 3,55 mg/g para pH 9. Mientras que el CAP-Zn-Oxi-Fe no mostró adsorción. Esto se debió principalmente a la importancia del pHPZC, sobre la adsorción de arsénico. Finalmente, se logró desarrollar un carbón físico con hierro de capaz de remover As(V), en un amplio rango de pH, el CAP-CO2-Oxi-Fe. / Este trabajo ha sido financiado por FONDEF