Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / En el presente trabajo se realiza una evaluación de la factibilidad técnica y económica de distintos tratamientos para los biosólidos generados por la empresa agroindustrial Invertec S.A. Esto con el fin proponer una alternativa viable que permita a la Empresa gestionar adecuadamente el problema del manejo de lodos provenientes del sistema de tratamientos de aguas utilizado. Este trabajo se realizó por medio de revisiones bibliográficas de literatura especialista y otros trabajos de investigación que se han realizado acerca de este tema. Sumado a esto, se consultaron los precios de mercado, a empresas dedicadas a la consultoría medioambiental. Se evaluaron los siguientes tratamientos de lodos: estabilización con cal, digestión aeróbica, digestión anaeróbica y compostaje; cumpliendo todos el objetivo de estabilización de lodos. Se concluyó que la mejor alternativa de tratamiento para la realidad de la Empresa es la digestión anaeróbica. Se propone que se implemente un digestor de alta carga, de 1.250 m3, que funcione a 37°C y con un período de retención de 22 días Implementando este biodigestor, se espera que se generen 673.251 metros cúbicos de biogás, equivalentes a 15.629 millones de BTU. Se evaluaron dos escenarios de utilización del biogás generado, por medio de la herramienta de toma de decisiones valor actual neto (VAN), luego de realizar un flujo de caja puro. El resultado obtenido, es que el utilizar el biogás como sustituto de combustibles fósiles en una caldera, además de vender bonos de carbono, y la generación de abono resulta ser una alternativa rentable económicamente para la Empresa Invertec S.A. / In this study, is evaluated the technical and economic feasibility of different treatments for biosolids produced by the agribusiness enterprise, Invertec J.S.C. The purpose of this study is to propose a practical solution, allowing the enterprise to properly handle problematic secondary sludges that come from the utilized water treatment system. This study was made by reviewing specialized literature and other research studies regarding this topic. Additionally, market prices were researched in regards to the sale of anaerobic digestive solutions. The following secondary sludge treatments were evaluated: lime stabilization, aerobic digestion, and anaerobic digestion and composting. Each treatment fulfilled all of the stabilization purposes of secondary sludges. It was concluded that the best alternative treatment for the current process is anaerobic digestion. It was proposed to use a highcapacity digester, of 1.20 m3, that works at 37°C for a retention period of 22 days. By implementing this biodigester, it is expected that 673. 251 m3 of biogas are generated, which is equivalent to 15.629 million BTU. The scenarios were analyzed for the use of the produced biogas by evaluating a cash flow for the net present value. The result is that the use of biogas as a substitute for fossil fuels in a boiler, in addition to selling carbon credits and the generation of fertilizer is to be an economically viable alternative for enterprise Invertec J.S.C.

Memoria para optar al título de Químico / La aplicación de biosólidos a suelos con el fin de disposición, complementar o sustituir a los fertilizantes sintéticos, puede incorporar a éstos, especies inorgánicas y orgánicas capaces de causar un posible efecto adverso en el medio ambiente. El riesgo ambiental de los compuestos orgánicos contenidos en los biosólidos, tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), bifenilos policlorados (PCBs), dioxinas y furanos (PCDD/F), compuestos orgánicos volátiles (VOCs) y surfactantes, depende de factores tales como su concentración, persistencia, labilidad, biotoxicidad y habilidad para ser incorporados en la cadena trófica. Dentro de dichos compuestos, son de gran interés los PCBs, cuyo uso está prohibido en nuestro país y se encuentran dentro de la lista de los doce compuestos más peligrosos para los seres vivos. El objetivo de este trabajo fue evaluar la movilidad de los contaminantes orgánicos del tipo PCBs, en suelos enmendados con biosólidos mediante el proceso de incubación y el uso de columnas de lixiviación. Se utilizaron suelos provenientes de la Región Metropolitana, y un biosólido de una de sus plantas de tratamientos de aguas servidas, el cual previo a su uso como enmienda, fue enriquecido con 300 mg·kg-1de PCBs totales (Aroclor 1242, Aroclor 1254, Aroclor 1260 cada uno en 100 mg·kg-1), para cuantificar de mejor manera la eventual movilidad. Las muestras de suelos se enmendaron con el biosólido en una relación de 30 Mg·ha-1. El proceso de incubación se llevó a cabo durante periodos de 0, 30 y 60 días, en condiciones de temperatura constante y capacidad de campo. Para el estudio de lixiviación en columnas, se utilizaron las muestras de suelo con mayor y menor cantidad de materia orgánica. Estas columnas de lixiviación fueron fabricadas en acrílico, de 12 cm. de alto por 2 cm D.I. seccionada en 6 partes iguales de 2 cm. cada una. En la parte superior se dispuso lodo enriquecido con 300 mg·kg-1 de estos compuestos. En cada una de siguientes cuatro secciones se colocaron 12 g de suelo y la inferior fue llenada con arena de cuarzo. Se utilizaron dos sistemas para realizar la lixiviación: CaCl2 0,5 M y una solución del sulfonato de alquilbeceno lineal (LAS) 25 mg·L-1, considerando que los biosólidos contienen altas concentraciones de estos detergentes. Para la extracción de los analitos se utilizó la técnica de extracción con solventes presurizados (PSE) en continuo y asistido con ultrasonido, a una presión de trabajo de 1900 ± 100 psi, a flujo constante de 2 mL·min-1, y a temperatura de 50 ± 5 ºC. El extracto obtenido fue secado en una columna de vidrio con 10 cm de Na2SO4. El volumen de extracto después del secado fue reducido a 1 mL en un concentrador Kuderna-Danish, luego se realizó un “clean up”, en una columna de vidrio que contenía 3 g de sílica gel y 2 cm de Na2SO4, eluyendo los analitos finalmente con 80 mL de n-hexano, para su posterior concentración a 1 mL bajo flujo de nitrógeno. Se usó como estándar interno una mezcla de fenantreno-criseno deuterados y los compuestos fueron determinados a través de cromatografía de gases acoplada a un detector de masa, para esto, se utilizó un equipo GC-MS MAT-95XP con una columna HP-5 de 30 m x 0,32 mm D.I. x 0,25 μm de fase interna. Para el análisis de los cromatogramas se utilizó el software XCALIBUR. Los resultados mostraron la presencia de PCBs en biosólidos previo al enriquecimiento, en concentraciones máximas de 300 μg·kg-1. La liberación de PCBs correlacionó con el tiempo de incubación, mostrando una mayor disponibilidad de estos al ir aumentando el tiempo de incubación. El estudio de lixiviación en columnas, mostró que el CaCl2 no fue capaz de movilizar los PCBs desde el biosólido al suelo, en la escala de tiempo implícita en el experimento (30 días), en cambio el surfactante LAS movilizó estos compuestos, obteniéndose concentraciones de 1,57 mg·kg-1 y 0,55 mg·kg-1 para la segunda sección y de 0,83 mg·kg-1 y 0,35 mg·kg-1 en la tercera sección de la columna para los suelos LP (La Paloma) y EM (El Maitén) respectivamente, y concentraciones de 0,20 mg·kg-1 y 0,10 mg·kg-1 en la cuarta y quinta sección de la columna con el suelo LP. Los congéneres que fueron detectadas en las secciones más profundas de la columna LP (cuarta y quinta sección) correspondieron a los congéneres de mayor peso molecular (HCBp y HeCBp). Los resultados demuestran que la presencia de LAS encontrado en el biosólido estudiado en concentraciones de mg·L-1, podrían movilizar PCBs al suelo. / The application of biosolids to soils with the purpose of complementing or replace synthetic fertilizers or simply as a biosolid disposal, can incorporate to these substrates inorganic and organic species capable of causing a possible adverse effect on the environment. The environment risk of the organic compounds contained in the biosolids as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polychlorinated dibenzodioxin and dibenzofurans (PCDD/Fs), volatile organic compounds (VOCs) and surfactants, depends on the factors such as their concentration, persistence, lability, biotoxicity and ability to be incorporated in the food chain. Within these components, PCBs are of increasing interest, their use is banned in our country (Chile) and they are found in the list of the twelve most dangerous families of compounds to the human being. The aim of this research was to evaluate the PCBs mobility in soils amended with biosolids by means of the process of incubation and the use of leaching columns. Soils from the Metropolitan Region and one biosolid from a wastewater treatment plant in this region have been used. Before the use of the biosolid as amend, it was spiked with 300 mg·kg-1of PCBs (Aroclor 1242, Aroclor 1254, Aroclor 1260 each with the amount of 100 mg·kg-1) in order to quantify clearly the eventual mobility of these compounds. Soil samples were amended with the biosolid in a rate of 30 Mg·ha-1. The incubation process was carried out during a period of 0, 30 and 60 days at constant temperature and field capacity. For leaching columns study, soil samples with different amounts of organic matter were used. These leaching columns were made of acrylic in 2 cm ID and 12 cm length sectioned in 6 equal parts of 2 cm each. Spiked biosolid was located in the upper part of the columns. In each of the following four sections, 12 g of soil was added and the bottom part was filled up with quartz. Two aqueous solutions were used to perform the leaching test: 0,5 M CaCl2 and 25 mg·L-1 linear alkylbenzene sulfonate (LAS), taking into account that the biosolids contain high concentration of these surfactants. Pressurized solvent extraction (PSE) was used for extraction of PCBs from the samples. This technique was assisted by ultrasound. Extractions were carried out by using a pressure of 1900 ± 100 psi, with a constant flow of 2 mL·min-1 and with temperature of 50 ± 5 ºC. The obtained extract was dried in a glass column with 10 cm of Na2SO4. The volume of the extract after being dried was reduced to 1 mL in a Kuderna-Danish concentrator. The “clean-up” was performed in a glass column which contained 3 g of silica gel and 2 cm of Na2SO4. Finally the analytes were eluted with 80 mL of n-hexane and concentrated to 1 mL under nitrogen flow. A mix of phenanthrene-chrysene was used as internal standard and the compounds were determinated by gas chromatography coupled to a mass detector. For this the equipment GC-MS MAT-95XP was used with a column HP-5 of 30 m x 0.32 mm D.I. x 0.25 μm as an internal phase. For the analysis of the chromatograms the software XCALIBUR was used. The results show the existence of native PCBs in the biosolids with concentrations of 300 μg·kg-1 maximum. The release of the PCBs correlated with the incubation time, showing an increase with this variable. The leaching columns study showed that the CaCl2 was not able to mobilize the PCBs from the biosolid to the soil column, instead the surfactant solution (LAS) mobilized these compounds, obtaining concentrations of 1.57 mg·kg-1 and 0.55 mg·kg-1 in the second section and values of 0.83 mg·kg-1 and 0.33 mg·kg-1, in the third column section for the soils LP (La Paloma) and EM (El Maitén) respectively and concentrations of 0.20 and 0.10 in the fourth and fifth sections section of LP soils. The concentration that was detected in the lowest sections of the column (fourth and fifth sections) corresponded to the congeners of higher molecular weight (HCBp and HeCBp). The results demonstrate that the presence of the LAS found in the biosolid studied in concentrations of mg·kg-1 could mobilize PCBs to the soil. / FONDECYT

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo / La producción de biosólidos en Chile ha aumentado significativamente en los últimos años y continuará aumentando en el futuro, debido a esto, se han buscado distintas vías de utilización de estos residuos. La aplicación de biosólidos a los suelos es el destino más viable, sin embargo, es necesario conocer cómo reaccionan los distintos suelos a su aplicación. El objetivo de este estudio fue evaluar, en un suelo tratado con biosólido, la mineralización in vitro del nitrógeno orgánico a nitrógeno amoniacal y nítrico y los cambios en el pH y la conductividad eléctrica (CE). Para ello, se incubaron muestras del suelo Serie Lonquén con tres dosis de biosólidos (equivalentes a 0-30-60 Mg/ha) obtenido desde la planta de tratamiento de aguas servidas El Trebal. La incubación fue a temperatura constante de 28±1 ºC por ocho semanas, a una humedad equivalente al 60% del contenido de agua a -33kPa, la cual se controló por pesada cada dos días. Los contenidos de nitrógeno inorgánico (N-NH4+ y N-NO3-), el pH y la CE se midieron cada siete días. Además, los elementos traza metálicos (Fe, Cu, Mn, Zn, Cr, Cd, Ni y Pb) extraíbles con DTPA se midieron al inicio y al final de la incubación. Según los resultados de la incubación, al aumentar la dosis de biosólido, el pH disminuyó y la conductividad eléctrica del suelo aumentó significativamente en los tres tratamientos. La concentración de nitrógeno inorgánico mostró tendencias contrarias: a medida que el amonio disminuía, por el proceso de nitrificación, aumentaba la concentración de nitratos. En cuanto a los elementos traza metálicos extraíbles con DTPA, hubo un aumento en la concentración de Fe y Pb, mientras que en los otros elementos su concentración disminuyó. La aplicación de biosólidos al suelo Lonquén, provocó cambios en las propiedades químicas observadas en este estudio, los que, en el caso del pH y nitrógeno pueden ser beneficiosos, aunque podrían existir problemas de lixiviación de nitratos hacia las aguas subterráneas con dosis altas de lodos. Además, el aumento en la conductividad eléctrica puede afectar la implementación de sistemas agrícolas con cultivos sensibles a la concentración de sales. Los resultados de este estudio indican que la mineralización in vitro sería una buena herramienta para avanzar en el conocimiento de las interacción suelo-biosólido en los distintos tipos de suelo existentes en el país. / The soil of Lonquén Serie was incubated with three doses of biosolid (0-30-60 Mg / ha) were applied to and incubated in vitro under controlled temperature and humidity. The objective of this study is to evaluate the mineralization of nitrogen to ammonia and nitrate forms, in parallel with changes in pH and electrical conductivity. The parameters were measured every seven days while trace metals were analyzed both at the beginning and at the end of the incubation (Fe, Cu, Mn, Zn, Cr, Cd, Ni and Pb). A reduction of the pH of soils under the three treatments were observed as the dose of sludge increased, while the electrical conductivity increased significantly during the incubation in all the treatments. The concentration of nitrogen showed an increment of nitrates in parallel with the detriment of ammonium linked with the nitrification process. Additionally, in all the treatments, an increased Fe concentration was founde while other metals concentration decreased. The application of sewage sludge to Lonquén Soils led to changes in the chemical properties studied. Although problems of nitrate leaching into groundwater with higher doses of biosolid and the increase of electrical conductivity may affect land use, the reported pH and nitrogen changes may play a role on the improvement of the soil chemical properties.

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.

Ingeniero Civil Químico / El consumo de agua potable por parte de la población produce aguas servidas, conformadas principalmente de agua y materia orgánica. En el tratamiento de éstas se producen lodos que deben estabilizarse para su reutilización. Aguas Andinas, proveedor de agua de la región metropolitana, creó en 2009 el Centro de Gestión Integral de Biosólidos CGIB, para estabilizar lodos mediante la disminución de humedad como lo estipula el Decreto 4 de 2009. Se modeló el secado biológico dentro de un invernadero piloto en el CGIB. Para ello, en primera instancia se realizaron pruebas experimentales por 5 meses entre mayo y septiembre. Asumiendo actividad biológica constante, geometría cilíndrica y propiedades físicas constantes en el tiempo y utilizando los datos de una pila se determinaron valores para la difusión de agua en el biosólido, coeficiente de transferencia de masa y el coeficiente de transferencia de calor por convección. Con los parámetros encontrados se realizó la simulación del resto de las pilas estudiadas, lográndose una simulación cercana a los datos experimentales. Durante el periodo experimental se suspendió una pila por irregularidades en el volteo. Se simuló una pila sin volteo y se comprobó que la ausencia de este procedimiento deriva en una menor transferencia de masa y, por ende, en un mayor tiempo de secado requerido. El modelo realizado puede integrar nuevos módulos con el fin de realizar una simulación que se ajuste aún más, para ello se recomienda realizar un análisis biológico, que permita conocer de forma exacta la energía producida por periodos. Esto permitiría que el modelo describiera de mejor manera el secado para el corto plazo desde iniciado el proceso. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Aguas Andinas S.A.

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

Memoria para optar al título de Químico / En la actualidad existe un creciente interés por los “contaminantes emergentes”, los cuales corresponden a contaminantes no regulados, pero que pueden ser candidatos para una futura regulación. Estos compuestos no necesitan persistir en el medio ambiente para ser dañinos, ya que son introducidos constantemente en el medioambiente, compensando así su alto índice de remoción, degradación y transformación. Dentro de estos contaminantes emergentes se encuentran los fármacos, de los cuales no existe información disponible sobre su incidencia y riesgo en el medio ambiente ni datos ecotoxicológicos, por lo que las consecuencias de su presencia en ambiente son inciertas. Estos compuestos han sido encontrados en aguas superficiales, aguas subterráneas, en la red de alcantarillado e incluso en fuentes de abastecimiento de agua potable. La presencia de fármacos en la red de alcantarillado se debe principalmente al excesivo uso de éstos por parte de la población humana al ser excretado mediante heces fecales y orina; por otro lado, una gran cantidad de fármacos vencidos son vertidos directamente al alcantarillado, tanto por parte de hospitales como por farmacias. En la Región Metropolitana, la gran mayoría de industrias farmacéuticas vierten sus desechos directamente al alcantarillado, cumpliendo escasamente con la norma que actualmente se encuentra vigente para desechos de RILES al alcantarillado. Posteriormente, las aguas llegan a las plantas de tratamiento de aguas servidas, que se encargan de descontaminar los recursos hídricos de la región, para luego ser utilizados con fines agrícolas. Es sabido que una fracción de los contaminantes presentes no son eliminados en el proceso, pudiendo quedar en las aguas, lo que provocaría contaminar los suelos agrícolas del lugar que son regados con éstas o en el biosólido. Una de las disposiciones finales de estos biosólidos es el uso de fertilizantes, ya que son ricos en nutrientes como Nitrógeno, Fósforo y Potasio (NPK), pero a la vez puede presentar contaminantes orgánicos e inorgánicos, lo que originaría una contaminación no solo de los suelos remediados con estos fertilizantes, sino que también la posible agricultura del lugar. La utilización de plantas como bioindicador es una manera de determinar la posible introducción de contaminantes emergentes, como también sus metabolitos, en la cadena trófica. Sin embargo, debido a la excesiva demora en el análisis de los fármacos en plantas, se hace necesario implementar otras metodologías que involucren un menor tiempo de análisis, como extracciones con solventes de diferente capacidad extractiva que permitan estimar la fracción disponible. Por lo que el objetivo de la investigación en estudiar la disponibilidad de antiinflamatorios no esteroidales en suelos y suelos tratados con biosólido mediante la aplicación de solventes de diferente poder extractante y su comparación con la fracción biodisponible utilizando plantas de trigo. En general, las extracciones con agua y azida de sodio correlacionaron con lo absorbido por la planta con coeficientes de determinación superiores a un 60%, indicando que con ambos extractantes sería posible estimar el efecto de estos antiinflamatorios sobre la biodisponibilidad en plantas y evaluar la influencia de la incorporación de biosólido en esta, considerando que la extracción con solución acuosa y agitación más rápido que el uso de plantas y que permitiría la realización de un mayor número de análisis en paralelo / Fondecyt

Los lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales, por sus características, pueden ser reutilizados en la agricultura, como mejoradores de suelos o reemplazo parcial de fertilizantes. Se caracterizan por tener un elevado porcentaje de materia orgánica, la cual puede interaccionar con una serie de compuestos orgánicos tóxicos a niveles traza, como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), plaguicidas, bifenilos policlorados (PCBs), dioxinas y furanos (PCDD/F), compuestos orgánicos volátiles (VOCs), compuestos alifáticos halogenados, fenoles y detergentes. Dentro del grupo de los detergentes, se ha puesto énfasis especialmente en los etoxilatos de nonilfenol y octilfenol, y sus metabolitos, ya que son compuestos disruptores del sistema endocrino. Para su extracción se han propuesto varios métodos modernos alternativos al método tradicional de extracción Soxhlet, como la extracción por agitación ultrasónica (USE), extracción con fluidos supercríticos (SFE), extracción con disolventes acelerada (ASE) y extracción asistida por microondas (MAE o MASE), entre otras que han demostrado tener recuperaciones similares o mejores que la extracción Soxhlet. Estas metodologías tienen grandes ventajas comparativas con respecto a la extracción Soxhlet, como la rapidez en completar la extracción, y la menor cantidad de disolvente extractante y de muestra que son necesarios. En este estudio se propone el desarrollo de un método de determinación de etoxilatos de alquilfenoles y sus derivados en muestras de biosólidos, que incremente la eficiencia y rapidez en las etapas de preparación de la muestra,respecto de un sistema de extracción Soxhlet, incorpore energía adicional (temperatura-presión del disolvente), que asista el proceso de extracción. Asimismo, se busca la optimización de las variables para la extracción de etoxilatos de alquilfenol y sus metabolitos, nonilfenol y octilfenol, desde biosólidos, y desde suelos enmendados con biosólidos, mediante el empleo de modelos de diseño estadístico, a través del análisis multivariado. De esta forma, se integrarán las ventajas y posibilidades que ofrecen las metodologías innovadoras de preparación de muestra y la detección por GC–MS en sus diferentes modalidades, permitiendo de este modo la obtención de métodos analíticos de preparación de muestra más ventajosos, respecto de métodos más tradicionales, en términos de exactitud, precisión y rapidez. La metodología de extracción con disolventes presurizados en batch (ASE), fue la que presentó mejores recuperaciones. Las condiciones óptimas para esta metodología fueron: 129 ºC, 34 minutos por ciclo, en dos ciclos, y disolvente de extracción, acetona. Comparativamente con la extracción Soxhlet, esta metodología optimizada resultó ser más eficiente, en cuanto al tiempo de extracción y cantidad de disolvente. La extracción de los analitos en estudio, por ambas metodologías fue: en el caso de 4-t-OP, 1,2±0,1 mg·kg-1 y 1,22±0,04 mg·kg-1; 4-NP, 204±20 mg·kg-1 y 298±7 mg·kg-1; 4-n-OP, 54±4 mg·kg-1 y 6,4±0,4 mg·kg-1; 4-OPE 16±1 mg·kg-1 y 0,3±0,1 mg·kg-1; y 4-NPE, 1053±23 mg·kg-1 y 621±18 mg·kg-1, para los sistemas ASE y Soxhlet, respectivamente. La metodología ASE optimizada tuvo mejores recuperaciones en el caso de 4-n-OP, 4-OPE y 4-NPE, mientras que la extracción Soxhlet fue mejor en el caso de 4-NP. En el caso de 4-t-OP, ambas metodologías son comparables.Una vez optimizado el método de determinación de 4-NP y 4-NPE, se aplicó en ensayos de movilidad en columnas de lixiviación y de biodisponibilidad con plantas de trigo. Se encontró que la movilidad de 4-NP y 4-NPE mostró ser relativamente moderada. De esta forma, tanto 4-NP, como 4-NPE, presentes en el biosólido, estarían disponibles para ser absorbidos por las plantas. La biodisponibilidad de los analitos seleccionados fue determinada mediante la extracción exhaustiva en muestras de trigo cultivado en suelo, con diferentes dosis de biosólido (B) y biosólido enriquecido (BE) con 4-NP. Los analitos encontrados en mayor concentración en el trigo son 4-NP y 4-NPE. En particular la concentración de 4-NP en trigo, varía entre 3 mg·kg-1 y 33 mg·kg-1, y la de 4- NPE entre 1,6 mg·kg-1 y 9,5 mg·kg-1. Es posible afirmar que estos analitos estarían significativamente biodisponibles para el trigo, cultivado en suelo tratado con biosólido. La correlación entre el contenido de 4-NP en las plantas y fracción móvil determinada a través de columnas de lixiviación, mostró correlaciones satisfactorias, tanto para la parte radicular, como para la parte aérea de la planta.

La aplicación de biosólidos, ha sido utilizada como una alternativa de bajo costo para la recuperación de los suelos agrícolas degradados, por su importante contenido de macro y micronutrientes y de materia orgánica. Por otra parte, la aplicación de biosólidos en suelos agrícolas, aparece como una de las opciones más factibles para solucionar el problema de disposición de estos residuos en monorrellenos, cuyas capacidades y vida útil estarían limitadas en el tiempo. Sin embargo, su aplicación en suelos puede generar un real problema ambiental y sanitario ya que estos residuos pueden aportar patógenos y compuestos tóxicos de naturaleza orgánica e inorgánica. Respecto de estos últimos, hay que destacar a los metales pesados, ya que pueden acumularse en este medio, o bien, dependiendo de su asociación química con los distintos componentes del suelo, pueden ser lixiviados hacia el nivel freático y/o asimilados por las plantas y ser transportados a través de su consumo tanto a animales como a humanos. Por tanto es necesario conocer el efecto de la incorporación de estos residuos a suelos agrícolas, respecto de la movilidad y disponibilidad de metales traza como Cr, Cu, Ni, Pb y Zn. En este estudio se evaluó la aplicación de un biosólido en distintas dosis (0, 15, 30, 45 y 60 Mg ha-1) en cuanto a la distribución de metales traza como Cu, Cr, Ni, Pb y Zn en dos series de suelos, Linderos (LIN) y Chada (CHD), ubicadas al sur de la ciudad de Santiago, correspondientes al orden Inceptisol y Mollisol respectivamente. Se utilizó la metodología estandarizada de extracción secuencial BCR para obtener las distintas asociaciones químicas o fracciones de los metales trazas. Con el fin de determinar el efecto de la degradación de la materia orgánica en la distribución de los metales en estudio, las muestras de suelos y mezclas suelos-biosólidos fueron incubadas por sesenta días y para determinar la fracción biodisponible de los metales, en distintas muestras se realizó un cultivo de Ballica (Lolium Perenne), lo que fue relacionado con el fraccionamiento químico de los metales. Los resultados mostraron que en el biosólido, el orden en el contenido total de los metales fue: Zn > Cu > Cr > Ni> Pb. A excepción de Ni dichas concentraciones se encontraron sobre las concentraciones máximas permitidas por la norma chilena, para su aplicación a suelos agrícolas. Respecto del contenido total en los suelos, ambos presentaron un contenido similar de Cr, pero CHD mostró mayor concentración de Zn que LIN, en cambio este último presentó mayor concentración de Cu, Pb y Ni. En general en el biosólido, los metales están predominantemente asociados a óxidos o a la materia orgánica, sin embargo se debe destacar que una parte importante de Zn se encontró en la forma más lábil. Se evaluaron estadísticamente a través de un análisis multifactorial, los efectos de la dosis de biosólido y el proceso de incubación respecto de la variación de la distribución de los metales estudiados, encontrándose que la dosis de biosólido influyó más que el proceso de incubación y las diferencias encontradas sólo fueron significativas para Cu, Ni y Zn. Respecto de la determinación de la fracción biodisponible de los metales, se encontró que ésta fue mayor para Cu y Zn. La biodisponibilidad de éstos dependió del suelo ya que se encontraron concentraciones mayores de estos metales en las plantas de Ballica cultivadas en el suelo LIN. Los contenidos de los metales en las plantas de Ballica se relacionaron con las distintas fracciones en los suelos a través del ajuste de un modelo de Regresión Múltiple, encontrándose en general que la fracción soluble en ácido contribuyó positivamente en la absorción de Cu y Zn por las plantas cultivadas en suelos tratados con las distintas dosis de biosólido, en cambio para Cr y Pb la contribución de esta fracción fue significativa sólo cuando se trató el suelo con las dosis más altas de biosólido.

La aplicación de biosólidos generados en plantas de tratamiento en suelos agrícolas es una de las opciones más factibles para solucionar el problema de su disposición en monorrellenos. Además su alto contenido de materia orgánica, macro y micronutrientes permiten la recuperación de suelos degradados. Sin embargo esto puede traer problemas ambientales, ya que la aplicación de biosólidos trae consigo el aumento en el contenido total de metales traza en el suelo y efectos asociados a la biodisponibilidad, movilidad y asociación química de éstos en el suelo. La fracción biodisponible es aquella utilizable por las plantas, y se puede determinar mediante sistemas biológicos, los cuales requieres tiempo y poseen un alto costo. De aquí nace la necesidad de crear nuevos métodos químicos y físico-químicos para determinar la biodisponibilidad en un laboratorio y obtener respuestas rápidas sobre las condiciones ambientales del sistema. La técnica de Gradiente de Difusión en Capa Fina (DGT) ha demostrado ser una herramienta promisoria para evaluar la biodisponibilidad de los metales pesados en plantas, ya que los dispositivos DGT, al igual que las raíces de las plantas, disminuyen localmente la concentración de la solución de suelo y permiten el transporte por difusión desde la solución de suelo y la fase sólida. Este estudio evaluó el efecto de la aplicación de biosólidos a distintas dosis (0, 30, 45 y 60 Mg ha-1), en cuanto al contenido total, asociaciones químicas y biodisponibilidad de Cr, Cu, Ni, Pb y Zn, en dos series de suelos agrícolas de la región Metropolitana, Chicureo (CHC) y Los Morros (MRR). Para conocer la biodisponibilidad de los elementos traza en los suelos, fueron cultivadas plantas de Ballica (Lolium perenne L.) en ambos suelos a distintas dosis de biosólido. De manera adicional, se determinó la biodisponibilidad de los metales en suelos usando la técnica DGT, los resultados de concentración efectiva, CE, se compararon con los contenidos en las plantas de Ballica y con la fracción soluble en ácido (fracción más lábil de los suelos, normalmente asociada a la biodisponibilidad) de los metales en los suelos, determinada mediante el método de extracción secuencial BCR. Los resultados mostraron que en el biosólido, el orden en el contenido total de los metales fue: Zn > Cu > Cr > Ni > Pb, todas estas concentraciones dentro de los límites establecidos por la norma chilena de tratamiento y manejo de lodos. Con respecto al contenido total de metales, ambos suelos presentaron un mayor contenido de Zn y Cu con respecto al resto de los metales, y en general se produce un aumento en el contenido de los metales en el suelo luego de la aplicación de biosólidos. Los metales se encuentran mayoritariamente en la fracción residual de los suelos, y con la aplicación de biosólidos se produce una disminución en esta fracción, y un aumento principalmente en la fracción soluble en ácido y oxidable. Los contenidos de Cu y Zn en los cultivos de Ballica presentan un aumento con la aplicación de dosis crecientes de biosólido, llegando a un nivel constante. En cambio los contenidos de Cr, Ni y Pb alcanzan una concentración máxima y luego decrecen. La comparación de los resultados de los cultivos de Ballica con CE, presentan una buena correlación para Zn y sólo en el suelo CHC para Cu y Ni, el resto de las correlaciones no mostraron resultados satisfactorios. La correlación entre los cultivos de Ballica con la fracción lábil de los suelos sólo presenta resultados satisfactorios para Cu, Ni y Zn en el suelo CHC, y Cr para ambos suelos (R > 0,85). Las correlaciones entre CE y la fracción lábil de la extracción secuencial presentaron mejores resultados, excepto en el caso de Cu en el suelo MRR. Los coeficientes de correlación fueron mayores a 0,95 en el caso del Zn, pero para Ni y Cr sólo se llegó a valores de R≈0,86.