La aplicación de residuos estabilizados generados del tratamiento de aguas servidas o biosólidos en la agricultura, puede ser beneficiosa, por su elevado contenido de macro y micronutrientes y por su liberación lenta al encontrarse complejados con la fracción orgánica de este sustrato, lo cual constituiría una fuente de nutrientes a largo plazo para las plantas. Así, suelos degradados pueden recuperar su calidad agrícola mejorando su fertilidad. Por otra parte, su aplicación a suelos con estos fines, sería una forma eficiente de reciclaje de estos residuos. Sin embargo, se deben tener presente restricciones para su uso agrícola, debido a su alto contenido en metales traza, compuestos orgánicos tóxicos y microorganismo patógenos, que podrían lixiviar al nivel freático contaminando el suelo, y pudiendo llegar de esta manera a la cadena trófica al aumentar su biodisponibilidad. El propósito de este estudio, fue evaluar el efecto de la aplicación de biosólidos, en muestras de suelo de la región metropolitana del orden Mollisol, pertenecientes a las series Taqueral y Polpaico, en la fracción biodisponible de algunos metales traza (Cd, Cu, Cr, Ni, Pb y Zn) a través de dos métodos predictivos la técnica de la Gradiente de Difusión en Capa Fina (DGT) y la primera etapa del método de extracción secuencial BCR, ambos validados a través de un ensayo comparativo con plantas de maravilla (Calendula officinalis). Los resultados obtenidos en este estudio, mostraron que la aplicación de biosólido alteró la biodisponibilidad en algunos de los metales estudiados, de esta forma a medida que aumentó la dosis de aplicación de biosólido, aumentó también la concentración de la fracción móvil de los metales traza. La extracción secuencial BCR, dio cuenta de las formas químicas en que se encontraban los metales traza en el suelo. Todos los metales estudiados se encuentran mayoritariamente en la fracción residual de los suelos. Con la aplicación de biosólidos se generó un aumento principalmente de la fracción soluble de Zn. En las plantas de maravilla se, encontró, que la absorción de los metales siguió el siguiente orden Zn > Cu > Cr > Ni >Pb > Cd, sin embargo con el aumento de la dosis de biosólido, se observó un incremento de la fracción biodisponible principalmente de Zn, en suelo Taqueral y de Zn, Ni y Cr en suelo Polpaico. Respecto de los métodos predictivos, se encontró que sólo la primera fracción de Zn obtenida a través de método BCR correlacionó con el contenido de éste en la planta, obteniéndose valores de R: 0,916 y 0,925 para suelo Taqueral y Polpaico respectivamente. La técnica DGT permitió predecir la fracción biodisponible de Ni, Zn, Cd y Cr en suelo Taqueral, obteniéndose, para la correlación entre la concentración efectiva y el contenido total de estos metales en la panta, valores de R: 0,92; 0,83; 0,81; 0,77 respectivamente, en cambio en el suelo Polpaico sólo en el caso de Zn, se encontró una buena correlación con lo encontrado en la planta (R=0,92)

Memoria presentada a la Universidad de Chile para optar al Título de Químico / El aumento explosivo de la población mundial desde aproximadamente la segunda mitad del siglo XX, además del aumento del ingreso per cápita y la demanda de una dieta más variada por parte de las economías de los mercados emergentes, han llevado a elevar la demanda alimentaria y con ello mejorar la producción agrícola. De acuerdo a las condiciones climáticas y el uso del suelo, éste puede verse afectado, alterando su calidad debido a variaciones en sus componentes biológicos y fisicoquímicos, llevándolo finalmente al estado de degradación. A fin de recuperar esta condición se han implementado diversos métodos que apuntan a entregar nutrientes, a través de abonos orgánicos y fertilizantes. En Chile, para llevar a cabo la recuperación de los suelos agrícolas el SAG permite la utilización de lodos estabilizados (biosólidos), provenientes de las plantas de tratamiento de aguas servidas. Los biosólidos pueden contener contaminantes generados por actividades antrópicas, a algunos de ellos se les conoce como contaminantes emergentes, y no están considerados en la normativa que controla la aplicación de estos residuos en suelos o en los análisis de los efluentes provenientes de dichas plantas. La importancia y peligrosidad de estos contaminantes radica en su capacidad de incorporarse a la cadena trófica y bioacumularse. En seres vivos, algunos de estos contaminantes han demostrado generar alteraciones a nivel hormonal, con lo que han sido catalogados bajo el nombre de “Compuestos Disruptores Endocrinos” (CDE). Dentro de viii éstos, encontramos tanto al Bisfenol A (BPA) como a 17α-etinilestradiol (EE2), los cuales poseen elevada actividad biológica, presentándose como un potencial peligro. Este estudio tuvo por objetivo evaluar la movilidad de estos compuestos en tres suelos de la zona centro del país (Melipilla) al ser tratados con biosólido. El estudio sobre actividad microbiana, llevado a cabo en muestras de suelo, suelo-biosólido y suelo-biosólido enriquecido (en BPA 30mgkg -1 y EE2 10mgkg ix -1 ) por el transcurso de 30 días, mostró un aumento de ésta en los suelos tratados con biosólido enriquecido por sobre los tratados con biosólido y suelo sin tratar. Mediante la utilización de columnas de lixiviación cargadas con suelo y suelo-biosólido en razón de 90Mgha -1 , se agregaron los contaminantes y eluyeron con solución 0,01M de CaCl 2 recolectando y analizando los lixiviados. El análisis de éstos, mostró retención de los compuestos en función de la textura de los suelos y actividad microbiana presente en ellos / Study of mobility of the endocrine disrupting compounds Bisphenol A and 17-α-ethinylestradiol in soils amended with biosolids, through the use of leaching columns. The massive increase in world population since the second half of the XX century, as well as the growth of the income per-capita and the demand of a variety of foods by the economies in emerging markets have led to increase food demand and thereby improve agricultural production. Depending on climatic conditions and use, the soils could be affected by a change in their biological and physico-chemical components, leaving it in the condition of degraded soil. In order to reverse and combat this condition, multiple methods have been implemented, aiming to deliver minerals and nutrients in form of manure and fertilizers. To make possible the soil restoration for agricultural use in Chile, SAG allows the use of stabilized sludge. Coming from wastewater treatment plants, the biosolids concentrate a series of pollutants from anthropogenic activities, these are known as emerging contaminants, which until now haven’t been considered in the regulations and analysis of effluents. These pollutants can be bioaccumulated and incorporated into trophic chains. In living organism, it has been revealed the effect generated in the endocrine system, which is why they are known as Endocrine Disrupting Compounds (EDC). Between them, we can find x Bisphenol A (BPA) and 17α-ethinylestradiol (EE2), both have a high biological activity, and shows potential danger of endocrine disruption. The main objective of this research was evaluate the mobility of this components through 3 soils of the R.M. (Melipilla) when they are treated with biosolids. The assays for microbial activity and nitrogen cycle, carried out on samples of soil, soil-biosolids and soil-biosolids spiked with 30mgkg -1 of BPA and 10mgkg xi -1 of EE2, for the course of a month, showed an enhance of the microbial activity in the soils treated with spiked biosolids over the treated with biosolids and untreated soil. At the same time, it was found that the compounds under study increase the transformation of ammonium to nitrate (Nitrification process) Through the use of leach columns loaded with soil and soil-biosolids in a rate of 90 Mgha -1 , the pollutants were added and leached with 0.01M CaCl 2 solution, collecting and analyzing the leachates. This showed retention of the compounds in function of the texture and microbial activity of the soils into the column

Ingeniero Civil / La falta de normativas específicas que regulen el manejo de las aguas residuales originadas en las plantas de tratamiento de agua potable del país da lugar a prácticas cuestionables como las descargas a cauces naturales. Las descargas de aguas residuales del tratamiento de agua potable no forman parte de la norma de descarga de efluentes líquidos a cuerpos de agua superficiales (D.S. N°90/2000). Esta falta de tratamiento provoca problemas ambientales, como embancamientos en el cauce. La ausencia de un control de las características y parámetros que deben ser reducidos en estas aguas es consecuencia de la falta de normativas que regulen su manejo, lo cual constituye un riesgo para la salud de la comunidad y su entorno. El objetivo es definir los procesos y las unidades que deben componer el tratamiento de las aguas residuales producidas. El propósito del estudio involucra la caracterización de las aguas residuales y la definición de los parámetros relevantes a reducir. Por otra parte se busca recopilar los procesos de tratamiento que se utilizan en Chile para las aguas residuales de las plantas de agua potable y contrastarlo con las situaciones en aquellos países que han regulado el manejo de estas aguas en sus plantas. Para ello se realizó una revisión bibliográfica y recopilación de antecedentes para caracterizar las aguas residuales. Se revisó la base de infraestructura de las plantas de tratamiento de agua potable de Chile para conocer si se provee algún tratamiento a las aguas residuales. Se revisaron normativas y estudios de países en los cuales se ha regulado el tema y los estándares que contemplan. Finalmente se define el tratamiento o el manejo de un agua residual de acuerdo a sus características.

Memoria para optar al Título de Químico / En la actualidad, existen diversas plantas de tratamiento de aguas servidas, cuyos residuos, los biosólidos, pueden ser usados como fertilizantes complementarios y/o remediadores de suelos. Sin embargo, éstos pueden contener diversos tipos de contaminantes como metales traza, compuestos orgánicos e inorgánicos y compuestos de origen farmacéuticos. El organismo es capaz de metabolizar un porcentaje importante de los fármacos ingeridos, mientras que el restante se excreta junto con los metabolitos resultantes de la digestión del fármaco a las aguas. Este hecho, puede afectar al medio ambiente, debido al fenómeno de bioacumulación y toxicidad del fármaco, convirtiéndolo en un contaminante emergente. Los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs), son drogas ampliamente utilizadas por el ser humano debido a sus efectos antiinflamatorios, analgésicos y antipiréticos, razón por la cual su incidencia en el medio ambiente es cada vez mayor. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la incorporación de biosólido sobre la movilidad de antiinflamatorios no esteroidales en suelos de la Región Metropolitana. Se utilizaron dos suelos provenientes de la Región Metropolitana (Linderos y Lonquén) y un biosólido proveniente de una planta de tratamiento de aguas servidas de la misma región. La movilidad de antiinflamatorios en los suelos se estudió utilizando columnas de lixiviación divididas en secciones de 2 cm de alto cada una (sección superior con biosólido en dosis de 0 y 200 ton/ha y 0,5 mL de multiestándar de 2,4 mg/L (equivalente a 200 μg/kg de suelo), las 4 secciones siguientes se rellenan con suelo y la última sección rellena con arena de cuarzo). Las columnas fueron regadas diariamente con 3 mL de CaCl2 0,5M para simular la fuerza iónica de la fase acuosa del suelo, se mantuvieron a temperatura ambiente durante 15 días. Al finalizar este período, las porciones de cada sección de la columna se sometieron a un procedimiento de extracción secuencial asistida por ultrasonido: 20 mL metanol, 10 mL metanol, 2 x 10 mL acetona, considerando un tiempo de 5 min de ultrasonido en cada extracción; los sobrenadantes se evaporaron hasta 1mL y se diluyeron a 100 mL con agua milli Q, para luego someterlos a limpieza mediante extracción en fase sólida con cartridge OASIS HLB. La presencia de antiinflamatorios en los extractos de cada sección de la columna se determinó mediante HPLC con detector de arreglo de diodos, trabajando con una columna C18 (5 μm; 250 mm x 4,6 mm), utilizando como fase móvil una mezcla de acetonitrilo con fosfato diácido de potasio 50 mM a pH 4,2-4,5 a un flujo de 1 mL/min. En las columnas de lixiviación con suelos sin enmienda de biosólido, fue posible la determinación de ketoprofeno, naproxeno e ibuprofeno, los que se encontraron en las primeras fracciones del suelo. La aplicación de biosólido sobre los suelos incrementó el contenido de ibuprofeno en la primera fracción de las columnas, indicando que la aplicación de biosólido favorecería su retención en la capa superior. Los microorganismos del suelo cumplen un rol importante sobre la degradación de los analitos, pues en suelos esterilizados, se apreció una mayor recuperación de éstos. / Currently, there are various wastewater treatment plants whose stabilized waste or biosolids, can be used as fertilizers complementary and / or to improving soil. However, they may contain different types of contaminants such as, trace metals, inorganic and organic compounds as pharmaceutical derived compounds. The organism is capable of metabolizing a large percentage of ingested drugs, while the remainder is excreted with the metabolites resulting from the digestion of the drug to water. This fact can affect the environment, due to bioaccumulation and drug toxicity, making this an emerging contaminant. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are drugs widely used by humans, due to its anti-inflammatory, analgesic and antipyretic effects, which is why its impact on the environment is growing. The aim of this work was to study the effect of the biosolids incorporation on the NSAIDs mobility from Región Metropolitana soils. Two soils from the Región Metropolitana (Linderos and Lonquén) and biosolids from a wastewater treatment plants from the Región Metropolitana were used. Antiinflammatory mobility in soil was studied using leaching columns divided into sections of 2 cm high each (upper section with the biosolids in doses of 50, 100 and 200 ton/ha and antiinflammatory solution of 200 mg/L, the following 4 sections are filled with soil and the last section filled with quartz sand). The columns were watered daily with 3 mL of 0.5 M CaCl2 to simulate the ionic strength of the soil aqueous phase, kept at room temperature for 15 days. After this period, the portions of each section of the column were subjected to a sequential extraction procedure assisted by Ultrasound: 20 mL methanol, 10 mL methanol, 2 x 10 mL acetone, 5 min of ultrasound between each extraction, the supernatants evaporated to 1 mL and diluted to 100 mL with Milli Q water and then submit them to cleanup by solid phase extraction with OASIS HLB Cartridge. The presence of NSAIDS in each extracts from section of the column was determined by HPLC with diode array detector, working with a C18 column (5 um, 250 mm x 4.6 mm) using as mobile phase a mixture of acetonitrile with potassium dihydrogen phosphate 50 mM at pH 4.2 to 4.5 at a flow rate of 1 mL/min. In the leaching columns with soils without biosolid amendment, it was possible the determination of ketoprofen, naproxen and ibuprofen, which were found in the soil first fraction. The biosolid application on soils increased, the ibuprofen content, in the first fraction of the column, indicating that the application of biosolids favored the retention in the top layer. Soil microorganisms played an important role on the analytes degradation, since in the absence of these (sterilized soil) was showing a greater recovery of these.

Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al Grado Académico de Doctora en Química / Los pesticidas organoclorados son compuestos de carácter orgánico que se usan para combatir plagas de insectos u otras especies indeseables en animales y plantas. Debido a problemas ambientales y sobre la salud humana, fue prohibida su síntesis a nivel mundial, en la década de los 70, ya que al no degradarse fácilmente y ser bioacumulables, producirían una contaminación acumulativa pudiendo llegar al ser humano a través de la cadena trófica. En la actualidad, estos compuestos debido a su persistencia se pueden encontrar en matrices ambientales en algunas zonas de Chile, además pueden encontrarse en aguas servidas y por tanto en biosólidos. Así la aplicación de biosólidos a suelos como medio de fertilización, puede incorporar pesticidas organoclorados en los suelos agrícolas, por otra parte estos compuestos contaminantes también pueden llegar al suelo por vía aérea. Con el objeto de detectar y cuantificar pesticidas organoclorados en suelos y suelos tratados con biosólido, en este estudio se desarrolló un método de determinación cuantitativo de pesticidas organoclorados en biosólidos, que fuera menos contaminante que los métodos estándares clásicos. Además, se implementaron métodos para la estimación de la biodisponibilidad de pesticidas organoclorados como lindano, aldrín y hexaclorobenceno en suelo enmendado con distintas dosis de biosólido. El método de determinación cuantitativa, se basó en el uso de extracción por solvente acelerada (ASE) y cromatografía gaseosa con detector de captura de electrones (ECD). El método ASE fue llevado a cabo por contacto directo de la muestra con el solvente presurizado en modo estático y cuando la extracción fue completada, todo el solvente en la celda fue removido con N2 hacia un vial colector. La determinación de los analitos se realizó a través de cromatografía gaseosa (GC) y detector de captura de electrónica (ECD). Los estudios de optimización del método fueron realizados utilizando muestras de un biosólido de una de las plantas de tratamiento de aguas servidas de la Región Metropolitana. La muestra de biosólido fue fortificada separadamente a una concentración de 5 mg kg-1 de hexaclorobenceno, lindano y aldrin. Las variables de extracción: temperatura, tiempo y número de ciclos del ASE fueron optimizadas a través de un diseño multifactorial de 23 y tres centros; se encontró que para Aldrin, la temperatura influyó significativamente. Para HCB y lindano, el efecto de las variables fue positivo pero no significativo. Esta diferencia en los resultados podría atribuirse a la mayor hidrofobicidad del aldrin respecto de los otros plaguicidas (Log KOW 7,4), lo que hace que la retención en la materia orgánica sea mayor. Con el método de extracción optimizado se obtuvieron recuperaciones en la matriz de biosólido en un rango entre 70 y 100% de los pesticidas organoclorados seleccionados, con una precisión, expresada como coeficiente de variación menor a 1,28 %. Además, se desarrolló un método para evaluar la fracción biodisponible de los pesticidas en suelos y suelos enmendados con biosólidos. Matrices tales como arena, suelo, y la mezcla arena-suelo (1:1 p/p) conteniendo los pesticidas organoclorados fueron mezcladas con diferentes cantidades de biosólido y sujetas a un proceso de lixiviación con agua, según ISO/TS 21268-1:2007, considerando intervalos de tiempo entre 1 y 28 días. Después de estas pruebas de lixiviación, el respectivo pesticida organoclorado fue determinado en el extracto mediante la utilización de diferentes técnicas de microextracción libres de disolvente orgánico, tales como: microextracción en fase sólida (SPME), extracción por sorción en barra de agitación (SBSE) y extracción en barra de silicona (SRE). El pesticida fue finalmente cuantificado, después de un proceso de desorción térmica, por cromatografía de gas acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). Los resultados para cada pesticida lixiviado en agua fueron comparados con su biodisponibilidad, la cual fue determinada a través del contenido del pesticida en la raíz de plantas de trigo cultivadas en sistemas de suelo-biosólido similares, encontrándose concentraciones de lindano que varían entre 133,5 y 67 mg/kg, para aldrin 67,9 y 13,7 mg/kg y para HCB varían entre 2,6 y 2,3 mg/kg. A través de este estudio se confirmó que la cantidad de materia orgánica presente en la matriz es un factor preponderante para la inmovilización de lindano, encontrándose recuperaciones de 95% en matriz arena sin tratamiento con biosólido y 22, 10 y 5% con su adición de biosólido correspondiente a 1, 2 y 5%. Por consiguiente, la presencia de biosólido disminuyó la movilidad de los pesticidas en todos los casos, la que fue considerablemente mayor en matrices con contenido de materia orgánica menor. Asimismo, el aumento de la dosis de biosólido en el suelo disminuyó considerablemente la absorción del pesticida por parte de la planta y por consiguiente su biodisponibilidad. Por otra parte, este estudio confirma que la aplicación de biosólidos en suelos contaminados con pesticidas organoclorados, disminuiría la movilización de los pesticidas en la columna de suelo evitando la contaminación de aguas subterráneas. / Organochlorine pesticides are organic compounds used to combat insects or other unwanted species in animals and plants. Due to environmental and human health problems, their synthesis was banned worldwide in the 70's, as they are not easily degraded and are bioaccumulative, producing cumulative pollution that could reach humans through the food chain. On account their persistence, at present these compounds can be found in environmental matrices in some Chilean zones; in addition, they may be found in wastewater and therefore in biosolids. Thus, the application of the biosolids as a means of fertilizing soils can incorporate organochlorine pesticides to agricultural soil. On the other hand, these contaminants can also reach the soil, by air. In order to detect and quantify organochlorine pesticides in soils and soils treated with biosolids, a method intended to be less polluting than conventional standard methods was developed in this study to carry out a quantitative determination of organochlorine pesticides in biosolids.. In addition, methods were implemented to estimate the bioavailability of organochlorine pesticides such as lindane, aldrin and hexachlorobenzene in soil amended with different doses of sewage sludge. The method of quantitative determination was based on the use of accelerated solvent extraction (ASE) and gas chromatography with electron capture detector (ECD). The ASE procedure was carried out by direct contact of the sample with pressurized solvent in static mode and when the extraction was complete, all the solvent in the cell was removed with N2 to a collection vial. Analyte determination was performed using gas chromatography (GC) and electron capture detector (ECD). This study was tested using samples of biosolid from a waste water treatment plant in the Metropolitan Region. The biosolid sample was separately fortified separately to a concentration of 5 mg kg-1 of hexachlorobenzene, lindane, and aldrin. The extraction variables: temperature, time and number of cycles of ASE were optimized through a multifactorial design of 23 and three centers, it was found that aldrin, extraction was significantly affected by temperature. For HCB and lindane, the effect of variables was positive but not significant. This difference in results could be attributed to the greater hydrophobicity of aldrin compared with the other pesticides (log Kow 7,4), which caused its higher retention by organic matter. With the optimized extraction method a recovery of selected organochlorine pesticides was obtained in the 70 to 100% range in the biosolid matrix with a precision, expressed as a coefficient of variation, less than 1,28%. We also developed a method to assess the bioavailable fraction of pesticides in soils and soils amended with biosolid. Matrices such as sand, soil, and sand-soil mixture (1:1 w / w) containing organochlorine pesticides were mixed with different amounts of sewage sludge and subjected to extraction with water, according to ISO / TS 21268-1: 2007, considering time intervals from 1 to 28 days. After these extraction tests, the respective organochlorine pesticide was determined in the extract using microextraction techniques free of organic solvent, such as solid phase microextraction (SPME), stir bar sorption extraction (SBSE) and Silicone rod extraction (SRE). The pesticide was finally determined after a process of thermal desorption, by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). The results for each pesticide extracted in water were compared with its bioavailability, which was determined by the pesticide content in the root of wheat plants grown in similar soil-biosolid systems. Lindane concentrations were found ranging from 133,5 to 67 mg/kg, for aldrin from 67,9 mg/kg to 13,7 mg/kg and for HCB, from 2,6 to 2,3 mg/kg. Through this study it was confirmed that the amount of organic matter present in the matrix is a major factor for lindane immobilization, with recoveries of 95% in sand matrix with no sewage sludge and 22, 10 and 5% in the case of biosolid addition at rates of 1, 2 and 5%. Therefore, the presence of biosolid decreased mobility of pesticides in all cases, and it was significantly higher in matrices with lower organic matter content. . In addition, increasing the biosolid rate in the soil significantly decreased the absorption of the pesticide by the plant and therefore its bioavailability. On the other hand, this study confirms the idea that application of biosolids in soils contaminated with organochlorine pesticides would reduce pesticide mobilization in the soil column preventing groundwater contamination. / FONDECYT

Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Química área de Especialización en Medio Ambiente y Memoria para optar al Título de Químico / Chile se ubica en el primer lugar de Latinoamérica en lo que se refiere al procesamiento de aguas residuales, lo cual ha posibilitado paulatinamente la descontaminación de los cursos de aguas superficiales y marítimos. El tratamiento de las aguas residuales trae consigo la generación de biosólidos, los cuales pueden ser utilizados como fertilizantes, mejoradores de los suelos, y también como materia prima para la generación de biogás. Aunque el plan de saneamiento de aguas servidas mejora significativamente la calidad del agua, no todos los contaminantes son capaces de ser completamente eliminados y pueden llegar al medioambiente a través del agua tratada o por la aplicación de biosólidos a los suelos. Los productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) son contaminantes orgánicos que permanecen en los biosólidos, entre éstos se encuentran el Triclosán (TCS) y hormonas, como 17α-etinilestradiol (EE2). El TCS es un agente antimicrobiano usado en jabones, detergentes, pasta de dientes, cosméticos y productos farmacéuticos. El 17α-etinilestradiol es un estrógeno sintético usado como un ingrediente activo de los anticonceptivos orales y suplementos hormonales. El riesgo ambiental de los compuestos orgánicos contenidos en los biosólidos depende de su concentración, de su persistencia, su capacidad para incorporarse a la cadena trófica, su labilidad y su biotoxicidad. Por lo que se plantea como hipótesis que la adsorción de 17α-Etinilestradiol y de Triclosán en el suelo aumentaría con el incremento de materia orgánica aportada por el biosólido y por tanto disminuiría la biodisponibilidad de los contaminantes a las plantas de trigo. El objetivo general de este estudio fue evaluar el efecto de la aplicación de biosólidos en relación a la adsorción de hormonas esteroidales (17α-Etinilestradiol) y agentes bactericidas (triclosán) en suelos y la biodisponibilidad de estos compuestos determinada mediante ensayos con plantas de trigo. Para el estudio de biodisponibilidad se utilizó arena y dos series de suelos de la Región Metropolitana: Lampa y Lo Prado además de un biosólido de una planta de tratamiento de aguas residuales de la misma Región. Se realizó una caracterización física y química tanto de los suelos, como del biosólido, a través de pH, carbono orgánico (CO) y textura (determinada sólo para los suelos). La arena y suelos utilizados fueron tratados con una dosis de 0 y 90 Mgha-1 de biosólido. Se determinó la concentración de EE2 y TCS en el biosólido, a través de una extracción con acetato de etilo utilizando baño de ultrasonido, encontrándose concentraciones de 0,54 ± 0,06 y 8,31 ± 0,19 mgkg-1 respectivamente. La determinación de ambos se realizó por medio de cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). Para los ensayos con plantas de trigo, las muestras fueron extraídas y determinadas con la misma técnica. Los resultados obtenidos de la extracción de EE2 y TCS de las plantas de trigo, indicaron que los compuestos se concentran mayoritariamente en la raíz de la planta que en la parte aérea. Además, se obtuvo que la biodisponibilidad de los compuestos en las plantas depende exclusivamente de las propiedades de los contaminantes y del suelo. Los estudios de adsorción muestran que el incremento de materia orgánica en los suelos aumenta la adsorción de TCS y EE2 en estos sustratos, y que ambos compuestos siguen el modelo de adsorción de Freundlich. La desorción indica, que la movilidad y disponibilidad en un periodo de 24 horas tanto de TCS como de EE2 depende del tipo de suelo, ya que fue mínima en el caso del suelo Lampa, con y sin aplicación de biosólido, en cambio en el suelo Lo Prado se observó una desorción de casi un 50% de TCS / Chile is ubicated in first place regarding to the wastewater treatment in Latin America, which has gradually enabled the decontamination of surface and sea water courses. The wastewater treatment entails the generation of biosolids, which could be used as fertilizers, soil improvers, and also as a feedstock for biogas generation. Although the wastewater treatment plan significantly improves water quality, there are contaminants that are not completely eliminated and may reach the environment through treated water or due the biosolids application to soils. Biosolids may contain inorganic and organic contaminants, among the latter are the pharmaceutical and personal care products (PPCPs), which have given rise to a series of emerging contaminants, among these are triclosan (TCS) and hormones, such as 17α-ethinylestradiol (EE2). The TCS is an antimicrobial agent used in soaps, detergents, toothpastes, cosmetics and pharmaceuticals. The 17α-ethinylestradiol is a synthetic estrogen used as an active ingredient in oral contraceptives and hormone supplements. The environmental risk of organic compounds in biosolids depends on their concentration, persistence, ability to enter the food chain, its lability and biotoxicity. As hypothesis, It is proposed that the adsorption of 17α-ethinylestradiol and triclosan in the soil would increase with increasing of organic matter provided by the biosolids and thereby would decrease the bioavailability of pollutants to the wheat plants. The general aim of the present study was to evaluate the effect of biosolids application in relation to the adsorption of steroid hormones (17α-ethinylestradiol) and antibacterial agents (TCS) in soils and their bioavailability through testing with wheat plants. For the bioavailability study, sand and two soil series of Metropolitan Region were used: Lampa and Lo Prado. The biosolid was obtained from wastewater treatment plant in the same Region. Both soils and biosolid were characterized through pH, organic carbon (OC) and, for soil only, texture. The sand and soils were treated with two biosolid rates (0 and 90 Mg ha-1). The EE2 and TCS concentration in biosolids was determined through ethyl acetate extraction using ultrasonic bath, finding concentrations of 0.54 ± 0.06 and 8.31 ± 0.19 mgkg-1 respectively. The determination of both compound was carried out through gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The same extraction technique and determination was used for wheat plant assays. The results of the extraction of EE2 and TCS from wheat plants indicated that the compounds are mainly concentrated in roots more than shoots. Furthermore, it was found that the bioavailability of the compounds in plants depends exclusively on the properties of the contaminants and the soil. Adsorption studies showed that the increase of organic matter in the soil increases the adsorption of TCS and EE2 on these substrates, and both compounds follow the Freundlich adsorption model. The desorption indicates that the mobility and availability within 24 hours for both TCS and EE2 depends on soil type, because it was minimum in the case of soil Lampa, with and without biosolids application, while in the soil Lo Prado an increase of almost 50% in the case of TCS was observed

Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Química, Área de Especialización en Química Ambiental y Memoria para optar al Título de Químico / Una de las opciones que actualmente se está dando a los lodos estabilizados o biosólidos, es su aplicación en suelos agrícolas debido al alto contenido de materia orgánica, macro y micro nutrientes necesarios para el crecimiento de plantas, por esta razón, los biosólidos pueden ser benéficamente utilizados como co-fertilizantes en suelos agrícolas o en la recuperación de suelos degradados. No obstante, los biosólidos poseen metales pesados y otros contaminantes orgánicos que pueden contribuir a la contaminación de los suelos y a través de este medio llegar a los productos agrícolas y aguas subterráneas. Para evaluar el efecto ambiental que un contaminante ejerce en el suelo, es necesario conocer su fracción biodisponible. La determinación de la fracción biodisponible es importante en la evaluación de riesgos de contaminación y puede ser estimada a través de distintos procedimientos, uno de ellos es el procedimiento de extracción secuencial, que consiste en el uso de diferentes reactivos, para obtener la forma del metal que está asociado a los distintos componentes del suelo. La biodisponibilidad habitualmente es determinada a través de sistemas vivos, estos organismos ayudan a estudiar el nivel y/o impacto de agentes contaminantes en el medio ambiente, lo cual requiere de más trabajo y tiempo. Por esa razón, se han desarrollado técnicas nuevas que permiten simular este parámetro de manera más rápida e igualmente confiable: la Técnica de la gradiente de difusión en capa fina (DGT), emplea una resina de intercambio catiónico Chelex, un gel difusivo y un filtro de membrana dentro de un dispositivo plástico, de tal manera, que los iones difundan a través del filtro y del gel difusivo para alcanzar la resina y así, imitar la absorción de metales por la planta. Para relacionar la concentración del metal en la resina con la biodisponibilidad, se utiliza un modelo computacional DIFS (DGT Induced Fluxes in Sediments and Soils) que cuantifica la respuesta del DGT en relación a las características de difusión del suelo y la velocidad del suministro desde la fase sólida a la solución. Este estudio evaluó Influencia de la aplicación de diferentes dosis de biosólido: 0, 30, 90 y 200 Mg ha-1 sobre la biodisponibilidad de elementos traza (Cu, Cr, Ni y Zn) en suelos agrícolas de la región Metropolitana de Santiago. Se utilizaron tres métodos para determinar la biodisponibilidad de elementos traza en los suelos: cultivos de plantas de maravilla (Helianthus annuus), primera etapa de un procedimiento de extracción secuencial (BCR) y técnica de gradiente de difusión en capa fina (DGT). Las concentraciones de metales totales, con excepción de Ni, en el biosólido se encuentran bajo los límites permitidos por la norma chilena (DS-4, 2009), para ser aplicado a suelos agrícolas como forma de disposición final. La concentración de metales en el biosólido aumenta en el siguiente orden: Ni < Cu < Cr < Zn. En todos los suelos, la concentración de metales aumenta en el siguiente orden: Ni < Cr < Cu < Zn. Los resultados obtenidos en el procedimiento de extracción secuencial mostraron que los metales se encontraron principalmente en la fracción residual de los suelos, la aplicación de biosólidos en general disminuyó esta fracción a la vez que se produjo un incremento la fracción soluble en ácido (fracción más lábil de los suelos, normalmente asociada con la biodisponibilidad). Los contenidos de elementos traza en las plantas de maravilla cultivadas en los suelos estudiados, aumentaron con el incremento de dosis biosólidos aplicado sobre los suelos. En general la CE de Cu determinada con la técnica DGT en los suelos disminuyo con el aumento de dosis de biosólido, en cambio, CE de Cr, Ni y Zn aumentó al incrementar el contenido de biosólido aplicado en los diferentes suelos. Los resultados obtenidos para los contenidos de metales en los cultivos de plantas de maravilla, la concentración en la fracción soluble en ácido en el procedimiento de extracción secuencial en los suelos y la CE determinada por la técnica DGT-DIFS, se compararon utilizando un análisis de regresión simple para evaluar la eficiencia de estas técnicas en la estimación de la biodisponibilidad de metales en suelos. La comparación del contenido de metales en las plantas y CE muestra una buena correlación solo para Zn en el suelo Lampa (R = 0,862), el coeficiente de correlación de Cr y Zn en el suelo Lampa logrado por la comparación del contenido de metales en las plantas y la fracción soluble en acido fue de 0,879 y 0,941 respectivamente, mientras que en los otros suelos se obtuvieron coeficientes de correlación menores y no significativos. Sin embargo, la comparación de los resultados obtenidos en la fracción soluble en acido y CE permitieron mejores coeficientes de correlación para Cr, Ni y Zn en los tres suelos en estudio. / One of the use options that currently is being given to the stabilized sludge or biosolids, is their application in agricultural soils due to the high content of organic matter, macro and micro nutrients required for plant growth, therefore, biosolids can be beneficially co-used as fertilizer on agricultural land or in the recovery of degraded soils. However, biosolids have heavy metals and other organic pollutants that can contribute to the soils contamination, and through of this medium, to reach to groundwater and agricultural land. To assess on the soil, the environmental effect of a contaminant, it is necessary knowing its bioavailable fraction. The bioavailable fraction determination is important in evaluating the risk of contamination, and can be estimated by various methods, one of them is the sequential extraction procedure, which involves the use of different reagents, to obtain the metal form, which is associated with different components of the soil. Bioavailability is usually determined through living systems, which help to study the level and/or impact of the pollutants on the environment, which requires more work and time. For this reason, new techniques have been developed, to simulate this parameter faster and equally reliable: the technique of diffusion gradient in thin film (DGT) employs a cation exchange resin Chelex, a diffusive gel and filter membrane in a plastic device, so that the ions diffuse through the filter and to achieve diffusive resin gel and thus, mimic metal uptake by the plant. To relate the metal concentration in the resin with bioavailability, a computational model DIFS (DGT Induced Fluxes in Soils and Sediments) that quantifies the response of DGT in relation to the diffusion characteristics of the soil and the rate of supply from the solution to solid phase. This study assessed the influence of biosolid application to soil at various rates,: 0, 30, 90 and 200 Mg ha-1, on bioavailability of some trace elements (Cu, Cr, Ni and Zn) in agricultural soils of the Metropolitan Region. Three methods were used to determine the metal bioavailability in soils: bioassay with sunflower plants (Helianthus annuus), the first fraction of a sequential extraction procedure (BCR) and diffusion gradient in thin films technique (DGT). Excepting Ni, metal concentrations, in the biosolids are under of the limits allowed by the Chilean regulation (DS-4, 2009), to be applied to agricultural soils as a method of disposal. The metal concentration in the biosolid and soils increases in the following order: Ni < Cu < Cr < Zn , and Ni < Cr < Cu < Zn respectively. The results in the sequential extraction procedure showed that the metals are mainly found in the residual fraction of the soil, the application of biosolids generally decreased this fraction, while there was an increase in the acid soluble fraction or labile fraction, usually associated with the bioavailability. The contents of trace elements in plants grown in the soils studied, increased with increasing biosolids rates, applied to soils.CE for Cu, determined with DGT technique, decreased with increasing biosolid rate, however, CE for Cr, Ni and Zn increased by the biosolids rate applied at different soils. The results obtained for metal contents in sunflower plants, the concentration in the acid soluble fraction through sequential extraction procedure, and the CE determined by DGT-DIFS technique, were compared using an analysis of simple regression, to assess the efficiency of these techniques respect of the metal bioavailability estimation in soils. The metal content in plants and CE showed a good correlation only for Zn in Lampa soil (R = 0,862), the correlation coefficient for Cr and Zn in the Lampa soil, was achieved by comparing the metals content in the plants and the acid soluble fraction, was 0,879 and 0,941 respectively, while in other soils, were obtained correlation coefficients no significant. However, the comparison with the acid-soluble fraction and CE shown the best correlation coefficients for Cr, Ni and Zn in the three soils studied / Fondecyt

Tesis Magíster en Bioquímica área de Especialización Ambiental y Memoria para optar al Título de Bioquímica / Reducir la producción de purga de lodos y generar aguas potencialmente reutilizables en los tratamientos de plantas de aguas servidas es crucial en un escenario de escasez hídrica. En este contexto, el objetivo del presente trabajo es evaluar el efecto que produce la combinación de las estrategias lisis-crecimiento críptico (ozonización) y metabolismo de mantención (biorreactor de membrana), que definen la tecnología LA+, en términos de eficiencia en la minimización de la producción de lodos y en el mejoramiento de la calidad del agua tratada obtenida. La línea base se estableció con un sistema de lodos activados convencional (LAC) y se evaluaron los efectos de cada técnica metabólica por separado mediante ozonización (LAO3) y un biorreactor de membrana (BRM). Los resultados muestran que con dosis de 0,04 gO3/gSSTo ó 0,01 gO3/h*[SSVo] el sistema LA+ fue superior a los sistemas LAC, LAO3 y BRM, cumpliendo con los límites establecidos por el DS90 en todos los parámetros evaluados respecto a la calidad del agua tratada generada y además obteniendo una producción de lodos de purga 75% menor que LAC, produciendo 0,22 gSSV/d v/s 0,88 gSSV/d / The reduction of excess sludge production and the generation of potentially reusable water in wastewater treatment plants is critical in a scenario where there is water scarcity. In this context the aim of this work was to evaluate the effect produced by the combination of lysis-cryptic growth (ozonation) and maintenance metabolism (membrane bioreactor) strategies, both of them defining parts of the AS+ technology, in terms of efficiency in minimizing sludge production and improving the quality of obtained treated water. The baseline was established with a conventional activated sludge system (CAS) and the effects of each metabolic technique were evaluated separately during ozonation (ASO3) and while using a membrane bioreactor (MBR). The results showed that with a doses of 0,04 gO3/gSSTo or 0,01 gO3/h*[SSVo], the AS+ system was superior to CAS, ASO3 and MBR systems, complying with the established limits for all parameters given by the DS 90 when evaluated for the quality of the generated treated water and also AS+ achieved a excess sludge production 75% lower than CAS, producing 0,22 gSSV/d v/s 0,88 gSSV/d

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