Los plásmidos en cepas de Acidithiobacillus sp. aislados de aguas ácidas de mina son recursos genéticos que aún no han sido reportado en nuestro país, que podrían usarse en la construcción de vectores y el mejoramiento de cepas bacterianas para su aplicación en biorremediación y biolixiviación. Por ello, el objetivo de esta tesis fue determinar la presencia de plásmidos de Acidithiobacillus aislados de aguas ácidas de zonas mineras, y analizar in sílico genes putativos identificados a partir del secuenciamiento y anotación de dos plásmidos de la cepa At. ferrivorans PQ33. Para la extracción de plásmidos se utilizó el protocolo de PureLink™ Quick Plasmid Miniprep Kit (Invitrogen ™). Los plásmidos de At. ferrivorans PQ33 fueron secuenciados por síntesis química en sistema HiSeq 200 de Illumina. El software Velveth, versión 1.1, fue empleado para el ensamblamiento de novo de las secuencias. Los plásmidos circularizados fueron anotados usando las herramientas Prokka y ORFfinder, las búsquedas de similaridad se realizaron empleando BlastX contra la base de datos del GenBank. Blastn y el software Artemis fueron usados para identificar los orígenes de replicación. De 24 cepas de Acidithiobacillus (10 de Puno, 6 de Huancavelica y 8 de Cerro de Pasco), 17 (70.83%) presentaron plásmidos. El análisis in silico reveló la presencia de genes implicados en la conjugación (TraD, MobA, proteínas de exclusión de entrada y XerD), sistemas toxina-anti toxina (HicA y HicB), proteínas de replicación (RepA y proteínas de union a DNA), reguladores de transcripción y post traducción (CopG y la chaperona DnaJ), así como la destacable presencia de una proteína de virulencia (VapD), además de dos proteínas (Porina fosfato selectiva O y diguanilato ciclasa), implicadas en la resistencia a la falta de nutrientes y producción de biofilm, respectivamente. Es la primera vez que se reporta plásmidos caracterizados de un cepa psicrotolerante de Acidithiobacillus ferrivorans, con capacidad de transferencia horizontal y sistemas de regulación implicados tanto en el mantenimiento del plásmido como en la adherencia a sustratos, característica importante de esta especie para su aplicación en biominería. / Tesis

El objetivo de este trabajo de tesis fue caracterizar el crecimiento y la cinética de oxidación de ion ferroso del microorganismo Sulfobacillus acidophilus. En particular se estudió la influencia del potencial redox sobre la velocidad específica de oxidación de ion ferroso de la bacteria. Se comprobó el crecimiento de Sulfobacillus acidophilus en azufre elemental y en ion ferroso como sustratos, calculándose para este último un rendimiento igual a 3,6·104 (bact/µg Fe2+ oxidado), pero no se pudo verificar el crecimiento del microorganismo con tetrationato como sustrato. Para estudiar la cinética de oxidación de ion ferroso se utilizó como montaje experimental una celda electroquímica que permite regenerar el ion ferroso de la solución y determinar la velocidad de oxidación bacteriana a partir de la medida de corriente que se establece en la celda electroquímica. Los resultados experimentales obtenidos se ajustaron a un modelo cinético que incorpora explícitamente el efecto del Eh de la solución y considera además los efectos de afinidad al sustrato (ion ferroso) y de inhibición por producto (ion férrico). Los resultados muestran que para valores de potencial redox menores a 0,65 (V vs SHE) la velocidad de oxidación bacteriana depende solo de la concentración de ion ferroso, para valores mayores a 0,65 (V vs SHE) la actividad oxidativa bacteriana es claramente inhibida al aumentar la concentración de ion férrico. Para valores mayores a 0,8 (V vs SHE) la cinética de oxidación disminuye abruptamente con el aumento del Eh hasta hacerse nula al alcanzar el valor máximo de Eh para el cual hay actividad bacteriana igual a 0,826 (V vs SHE). Por último se compararon los resultados obtenidos con la cinética de oxidación de ion ferroso de Acidithiobacillus ferrooxidans. Se obtuvo que para cualquier valor de las variables del sistema siempre la velocidad especifica de oxidación alcanzada por Sulfobacillus acidophilus es menor, aproximadamente en un orden de magnitud, que la de Acidithiobacillus ferrooxidans. Independiente de lo anterior, el efecto inhibitorio del Eh sobre la actividad bacteriana es muy similar para ambos microorganismos.

Ingeniero Civil en Biotecnología / Este trabajo de título se enmarcó en el diseño de un calentador sumergido para en el calentamiento de soluciones con miras a evaluar su utilización para el riego de pilas de biolixiviación. El primer objetivo de este trabajo fue diseñar, construir y poner en marcha un calentador de petróleo Diesel que trabaja en base a una llama sumergida. El segundo objetivo tiene relación con la caracterización del equipo, con el fin de encontrar la ecuación de diseño de éste, en particular, el coeficiente de transferencia de calor en las burbujas (hla). El tercer objetivo tiene relación con la determinación del efecto de los desechos de combustión y el intenso calor que el quemador irradia sobre la solución, sobre la proliferación y actividad de las bacterias que están presentes en las soluciones de biolixiviación. El equipo consistió en un contendedor de agua de 60[cm] de diámetro y 60[cm] de alto, en cuyo centro se encontraba el tubo de llama de 20[cm] de diámetro, sumergido 8[cm] en la solución acuosa. El quemador se ubica en la parte superior de este tubo. Para la evacuación del agua desde el tubo, se utilizó un compresor de aire que se fijó en 3[L/seg]. El equipo, por su parte, tiene la capacidad de de operar con un flujo continuo de agua, además incorpora cinco termocuplas que miden la temperatura de los gases dentro del tubo de llama, en el borde de éste, en la chimenea, en el agua de entrada y de salida. Para realizar pruebas, el equipo se operó con tres flujos continuos de agua 0,5; 1; 1,5 [L/min] donde se registró la temperatura en cada minuto por un periodo de 30 minutos. Se determinó el valor de hla para los tres flujos estudiados, obteniéndose valores similares en cada caso con un valor promedio de [kW/(m3*ºC)]. Se registró una eficiencia máxima del calentador de un 74% y una mínima del 64% en contraste con una caldera que alcanza una eficiencia de 82,5%. No obstante, se demostró que se puede aumentar la eficiencia del quemador sumergido por sobre la de una caldera, a un 90%, si el tubo del quemador se sumerge hasta 12,1[cm]. Por otra parte, se determinó que el uso del quemador sumergido para calentar soluciones conteniendo bacterias lixiviantes resulta en un serio daño de su actividad. El calentamiento directo de una solución conteniendo 4,8 x 105redujo la población a 2,1 x 104bacterias/ml. El efecto más nocivo está relacionado con la incorporación de orgánicos residuales productos de la combustión del Diesel, que se refleja en un aumento del contenido de carbono orgánico de 1,25 a 17[mg/l]. Esta contaminación resultó en una completa inhibición de la actividad oxidativa bacteriana sobre el ión ferroso. Los resultados de este estudio indican que el uso de un quemador sumergido de Diesel para el calentamiento de soluciones de biolixiviación, es atractivo por su buena eficiencia energética, pero se recomienda efectuar el calentamiento indirectamente a través de la generación de vapor de agua, de modo de minimizar la incorporación de orgánicos contaminantes en la solución lixiviante.

Magíster en Gestión para la Globalización / El presente estudio corresponde al plan de internacionalización de AguaMarina S.A., una empresa chilena de biotecnología con foco en la biominería, específicamente, en biolixiviación de pilas. Este plan abarca distintos aspectos para el negocio, como son los análisis estratégicos para la selección del país con mayores condiciones favorables para invertir, los análisis Porter y FODA, las estrategias de entrada al mercado escogido y sus respectivas proyecciones de venta y análisis financiero. Cabe destacar el alto desempeño y reconocimiento que ha tenido AguaMarina en el mercado chileno, donde ha sido premiada por BHP Billiton dentro de su programa Clúster Minero, reconocida como el primer proveedor de servicios en la etapa de Innovación e I&D, lo anterior sumado con el reducido número de competidores internacionales, le ofrece una gran ocasión para su expansión en nuevos mercados. De acuerdo a los distintos parámetros evaluados como índices de inversión en minería, facilidad de hacer negocios, corrupción, ubicación entre otros, el mercado recomendado para invertir es el peruano, el cual entre otras características, es el segundo productor mundial de cobre y posee sobre MUSD$22.000 como inversión estimada en minería hasta el 2017. El análisis de competitividad de Porter muestra que en la biominería en Perú no existen participantes privados locales y solo presencias esporádicas de participantes internacionales y universidades. La estrategia recomendada es asociarse con un local, como por ejemplo Laboratorios Analíticos del Sur (LAS), quién ya tiene una cartera de clientes y una red de contacto que pueden ser futuros clientes. LAS posee los servicios e infraestructura de un laboratorio de minerales y está acreditado al igual que AguaMarina con altos estándares de calidad, como por ejemplo la acreditación en ISO17025.Of2005. Por otro lado, LAS está ubicado en Arequipa, el cual corresponde a una ubicación estratégica por tiempos de respuesta y por poseer el 52% de la producción de cobre de biolixiviación y/o flotación que es el proceso alternativo. Las estrategias recomendadas son mantener su batería de productos, haciendo énfasis en la calidad y las ventajas de estos con respecto a la competencia y a los procesos alternativos. Con respecto a la promoción se recomienda ingresar a una entidad como Promisur, quien se encarga de la participación de sus miembros en ferias, exposiciones, congresos y revistas especializadas. Considerando una intervención de 1/3 del volumen de servicios al quinto año para 3 unidades mineras, se proyectan ventas de MUSD$ 2,5 y los parámetros de análisis VAN con una tasa de 20% de MUSD$ 1,92 y un TIR al quinto año de 296%, lo que refleja la alta rentabilidad de este proyecto. Los valores mostrados corresponden a resultados antes de proyectar una asociación con algún local y el margen de asociación entre estos debe ser menor a 1/3 de los ingresos por venta, con lo cual se alcanza un TIR de 63%.

Ingeniera Civil Química / Ingeniera Civil en Biotecnología / En el presente informe se detalla el estudio desarrollado como trabajo de título, denominado Integración y Optimización del Proceso Químico y Bacteriológico para la Recuperación de Fósforo a partir de Residuos Minerales , el cual se enmarca en el proyecto "Recovery of phosphorous from Vale phosphate ore tailings applying bioleaching with autotrophic microorganisms". Se plantea un sistema compuesto por dos reactores, un reactor de biolixiviación de azufre en el cual se produce ácido sulfúrico por acción de la bacteria Acidithiobacillus thiooxidans, y un reactor de lixiviación de relave mineral en el cual se realiza la lixiviación química del relave por acción de dicho ácido sulfúrico. Ambos operan en conjunto en ciclo cerrado. La base de diseño son 100 ton/día de relave mineral. En base a este sistema se desarrolla un modelo matemático con el fin de simular la extracción de fósforo. Para desarrollar el modelo se plantean los balances de masa de cada especie implicada de cada reactor, así como las ecuaciones estequiométricas de producción y consumo de cada una de ellas. Se selecciona el modelo del núcleo sin reaccionar para modelar la lixiviación de fósforo, debido a lo cual es necesario ajustar manualmente curvas experimentales provenientes de publicaciones externas al proyecto, con el fin de determinar la etapa controlante de la lixiviación. También se selecciona la expresión cinética bacteriana a utilizar en la biolixiviación de azufre, escogiendo una que depende únicamente del pH del reactor. Se utilizan 17 parámetros, de los cuales 3 son variables: el pH del reactor de lixiviación cuyo valor varía entre 1 y 5; el parámetro p_(sólido/sol) (masa sólido dividida por masa de la solución del reactor de lixiviación) cuyo valor es 0,1-0,25-0,4; y el parámetro ε (volumen de azufre dividido por volumen del reactor de biolixiviación) cuyo valor es 0,01-0,05-0,1. Se obtuvo que lo óptimo es trabajar con un valor de porcentaje p/p de sólido versus solución (en el reactor de lixiviación química) de 25%; con un valor de volumen de azufre versus volumen del reactor de biolixiviación de 0,05 (equivalente a 10% de p/p de azufre versus solución del reactor), y de pH de operación del reactor de lixiviación química entre 1,4 y 1,5; con lo cual se obtiene un pH de operación del reactor de biolixiviación entre 1,1 y 1,2; un volumen para el reactor de lixiviación de 5 [m3], y un volumen para el reactor de biolixiviación de 17 [m3] aproximadamente. Los tiempos de residencia obtenidos para cada reactor son de aproximadamente 33 [min] y 21 [min], respectivamente.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 30/9/2020. / Ingeniero Civil de Minas / Se ha desarrollado el modelamiento fenomenológico de la fluidodinámica de la fase gaseosa y del balance de oxígeno, en una dimensión, al interior de una pila de biolixiviación. Estos modelos pueden igualmente ser aplicados a columnas y botaderos. Los modelos fueron integrados a un modelo general de biolixiviación, ya existente y desarrollado por la empresa BioSigma. Se utilizaron las ecuaciones de conservación de masa y conservación de movimiento en los modelos de balance de oxígeno y fluidodinámica del aire, respectivamente. Para la discretización y resolución numérica de estas ecuaciones se empleó el método de volumen de control, el algoritmo SIMPLER y el algoritmo de Thomas. Se introdujo una modificación en la ecuación de movimiento para considerar el régimen de movimiento del aire por convección natural. También se desarrolló una expresión matemática para determinar el coeficiente global volumétrico de transferencia de oxígeno, a partir de la tasa de riego, el contenido de humedad, el tamaño promedio de partícula y la temperatura de la pila. Se realizó una calibración del modelo general con datos experimentales de una pila de biolixiviación, proporcionados por BioSigma. Al contrastar los resultados del modelo con las mediciones experimentales, se pudo verificar que la simulación generó una buena reproductibilidad de los datos reales. Una vez obtenidos los parámetros de ajuste, se realizaron estudios de sensibilidad del modelo general (considerando como caso base los parámetros de entrada y de operación de la pila de BioSigma) respecto a la tasa de aireación, temperatura, granulometría, ciclos de riego y reposo, y a los tamaños de pila, para analizar los cambios en los valores de recuperación de cobre, temperatura, actividad bacteriana, y tasa de transferencia de oxígeno y flujo de aire (en convección natural) al interior de la pila. Como principales conclusiones, los resultados del modelo general muestran que: 1) La tasa de aireación utilizada en la pila de BioSigma está sobredimensionada, dado que el modelo indica que al utilizar una inyección de aire 100 veces menor se lograría una recuperación de cobre similar; 2) El aumento de la tasa de aireación incrementa la temperatura promedio de la pila; 3) Un leve incremento de la tasa de aireación, en una pila sin inyección de aire, puede generar un mayor aumento de la recuperación de cobre en comparación a una pequeña alza de la temperatura del lecho; 4) El flujo de aireación al interior de la pila afecta de forma importante la actividad bacteriana; 5) El aumento de la tasa de transferencia de oxígeno es más significativo cuando se incrementa el flujo de aire que aumentando el valor del coeficiente global volumétrico de transferencia en la pila; 6) El coeficiente de transferencia de oxígeno es muy sensible a la tasa de riego; 7) Y para pilas de pequeñas dimensiones, en convección natural, el control de oxigenación del lecho mediante ciclos de riego y reposo no es efectivo.

Realiza pruebas de biolixiviación aplicada hacia minerales sulfurados refractarios de cobre mediante cepas bacterianas aisladas de drenajes ácidos de mina. / Tesis

En el presente Trabajo se ha investigado la biosorción de Cu(II) a partir de soluciones diluidas mediante la utilización de las perlas alginato de calcio obtenidas a partir de un gel de alginato de sodio. Los experimentos sobre el efecto del pH en el proceso de biosorción de Cu(II) por las perlas de alginato de calcio, mostraron que el rango óptimo de pH se encontraba entre 4.5-5.1. Del estudio de la cinética de biosorción de Cu(II) por las perlas húmedas y secas de alginato de calcio, se determinó que el equilibrio se alcanzó más rápidamente con las perlas húmedas que con las perlas secas; pues las perlas húmedas se saturaron a las tres horas del inicio del proceso de biosorción y sólo lograron un porcentaje de remoción de Cu(II) del 18.03%, mientras que las perlas secas se saturaron a las veinticuatro horas del inicio del proceso de biosorción logrando un porcentaje de remoción de Cu(II) del 87.79%. Por esta razón en los estudios siguientes se utilizaron las perlas secas de alginato de calcio. Los resultados de los experimentos en batch se procesaron con la ayuda de las ecuaciones de Langmuir y Freundlinch. La máxima capacidad de biosorción de Cu(II) de las perlas secas de alginato de calcio (Qmáx) fue de 80.645 mg/g. También se estudió el proceso de biosorción de Cu(II) en una columna empaquetada con perlas de alginato de calcio. El análisis de los resultados preliminares demostró que las perlas de alginato pueden ser usadas para la purificación de las aguas de efluentes industriales, además la columna puede ser regenerada múltiples veces con una concentración adecuada de HCl(ac). / --- In the present work the biosorption of Cu(II) from diluted solutions by using calcium alginate beads obtained from sodium alginate gel has been investigated. The experiments about the effect of pH on the biosorption process of Cu(II) by Calcium alginate beads showed that the optimun pH was between 4.5-5.1. From the study of biosorption Kinetic of Cu(II) by calcium alginate weat beads and calcium alginate dry beads, was determined that the equilibrium was obtained faster by calcium alginate wet beads than by calcium alginate dry beads, because calcium alginate wet beads got saturation first at three hours from the beginnnig of biosorption process and they only removed 18.03% of Cu(II), while calcium alginate dried beads got saturation at twenty four hours from the beginning of biosorption process and they removed 87.79% of Cu(II). For this reason in the next studies calcium alginate beads were used. The results of batch experiments were processed by the help of Langmuir and Freundlinch ecuations. The maximun biosorption capacities for Cu(II) of calcium alginate dry beads was 80.645 mg/g. The biosorption process of Cu(II) was also studied in a column packed with calcium alginate beads. The analysis of preliminar results showed that calcium alginate beads can be used to purify the industrial wastewater, furthermore the column can be regenerated many times with an adequate concentration of HCl(ac).

En el presente Trabajo se ha investigado la biosorción de Cu(II) a partir de soluciones diluidas mediante la utilización de las perlas alginato de calcio obtenidas a partir de un gel de alginato de sodio. Los experimentos sobre el efecto del pH en el proceso de biosorción de Cu(II) por las perlas de alginato de calcio, mostraron que el rango óptimo de pH se encontraba entre 4.5-5.1. Del estudio de la cinética de biosorción de Cu(II) por las perlas húmedas y secas de alginato de calcio, se determinó que el equilibrio se alcanzó más rápidamente con las perlas húmedas que con las perlas secas; pues las perlas húmedas se saturaron a las tres horas del inicio del proceso de biosorción y sólo lograron un porcentaje de remoción de Cu(II) del 18.03%, mientras que las perlas secas se saturaron a las veinticuatro horas del inicio del proceso de biosorción logrando un porcentaje de remoción de Cu(II) del 87.79%. Por esta razón en los estudios siguientes se utilizaron las perlas secas de alginato de calcio. Los resultados de los experimentos en batch se procesaron con la ayuda de las ecuaciones de Langmuir y Freundlinch. La máxima capacidad de biosorción de Cu(II) de las perlas secas de alginato de calcio (Qmáx) fue de 80.645 mg/g. También se estudió el proceso de biosorción de Cu(II) en una columna empaquetada con perlas de alginato de calcio. El análisis de los resultados preliminares demostró que las perlas de alginato pueden ser usadas para la purificación de las aguas de efluentes industriales, además la columna puede ser regenerada múltiples veces con una concentración adecuada de HCl(ac). / In the present work the biosorption of Cu(II) from diluted solutions by using calcium alginate beads obtained from sodium alginate gel has been investigated. The experiments about the effect of pH on the biosorption process of Cu(II) by Calcium alginate beads showed that the optimun pH was between 4.5-5.1. From the study of biosorption Kinetic of Cu(II) by calcium alginate weat beads and calcium alginate dry beads, was determined that the equilibrium was obtained faster by calcium alginate wet beads than by calcium alginate dry beads, because calcium alginate wet beads got saturation first at three hours from the beginnnig of biosorption process and they only removed 18.03% of Cu(II), while calcium alginate dried beads got saturation at twenty four hours from the beginning of biosorption process and they removed 87.79% of Cu(II). For this reason in the next studies calcium alginate beads were used. The results of batch experiments were processed by the help of Langmuir and Freundlinch ecuations. The maximun biosorption capacities for Cu(II) of calcium alginate dry beads was 80.645 mg/g. The biosorption process of Cu(II) was also studied in a column packed with calcium alginate beads. The analysis of preliminar results showed that calcium alginate beads can be used to purify the industrial wastewater, furthermore the column can be regenerated many times with an adequate concentration of HCl(ac).

El presente trabajo de título tiene por objetivo el estudio de la biolixiviación de pirita por un cultivo puro de Acidithiobacillus ferrooxidans y por un consorcio de cepas nativas provenientes de la solución lixiviante de la pilas de biolixiviación de Minera Escondida (PLS). El estudio se efectuó con una muestra de pirita purificada y de fina granulometría proveniente de relaves de Minera Escondida, la cual fue lixiviada en reactores de frascos agitados. El porcentaje de disolución del mineral se determinó a partir del monitoreo del hierro disuelto desde el mineral, cuantificado como la suma del hierro en solución más el hierro precipitado como jarositas. Los resultados de conversión del mineral en el tiempo se analizaron según el modelo del núcleo sin reaccionar. Se comparó también la eficiencia de la adherencia a pirita y la capacidad de oxidar azufre de ambos tipos de microorganismos. Los resultados indicaron que la cinética de biolixiviación de pirita con At. ferrooxidans en soluciones con 2,4g/l de férrico se comporta de acuerdo a un control por difusión. El tiempo para alcanzar disolución total del sulfuro, τ, en estas condiciones es de 833 días. Al aumentar la concentración de ion férrico a 5g/l la cinética de disolución de la pirita con este microorganismo pasa a ser controlada por reacción química y el valor de τ se reduce a 141 días. Por otra parte la cinética de biolixiviación de pirita con las cepas nativas en soluciones con 1,8g/l de férrico se comporta de acuerdo a un control por reacción química y el valor de τ en estas condiciones es de 122 días. Los experimentos de adherencia mostraron que el 100% de las cepas nativas se adhiere a pirita mientras que la adherencia máxima de At. ferrooxidans alcanza a solo un 30% de los microorganismos presentes. Por otra parte la capacidad oxidativa de azufre a sulfato en las cepas nativas se registró de forma inmediata en los experimento de oxidación de azufre, mientras que para At. ferrooxidans la actividad se observó posterior a la semana de monitoreo. Los resultados indican que la velocidad de biolixiviación de la pirita con los microorganismos nativos es mucho mayor que con la cepa pura de At. ferrooxidans. Este resultado parece estar determinado por la mayor capacidad de adherencia y de oxidación de azufre de los microorganismos nativos, lo que posibilita una eficiente disolución de subproductos pasivantes desde la superficie de la pirita. Sin embargo, esta capa también puede ser removida en presencia de At. ferrooxidans si se aumenta la concentración de ion férrico a 5g/l. Finalmente, los resultados indicaron que la adherencia bacteriana en el caso de las cepas nativas favorece la disolución de la pirita, alcanzando una recuperación y velocidad de lixiviación más alta que en el caso sin adherencia.