Memoria para optar al título de Ingeniera Civil / El presente trabajo tiene como finalidad determinar la eficiencia de remoción de arsénico del agua a través de la foto-oxidación y adsorción del contaminante, con la ayuda de nanomateriales, que corresponde a un mix de TiO2 y de carbón activado y luz solar simulada. Para esto, se llevan a cabo tres etapas. La primera etapa consiste en caracterizar los nanomateriales, es decir, determinar algunas propiedades que presenta el dióxido de titanio (TiO2) y el carbón activado (CA), de manera de comprobar que son buenos candidatos para la remoción de arsénico en el agua. En el caso del primer nanomaterial, se analiza la energía de separación de banda, las fases cristalinas que presenta y el tamaño de las partículas, mientras que, para el segundo, se determina el pH superficial. En la segunda etapa, se ejecutan pruebas de foto-oxidación de arsénico en un simulador solar, en donde se realiza un seguimiento cinético del contaminante y se determina, por el método de colorimetría, la concentración de arsénico que presenta la solución a lo largo del tiempo. En estas pruebas, se compara el efecto que tiene utilizar sólo TiO2, versus la utilización del mix de TiO2 y CA, el pH y el efecto de usar diferentes tipos de lámparas (UV-C, UV-A y visible), en proporciones similares al espectro solar que llega a la superficie terrestre. En base a los resultados en el simulador solar, se desarrolla SolArsenic, una instalación que permite la remoción de arsénico del agua mediante el uso de estos nanomateriales, una combinación de lámparas y un colector solar, el cual permite concentrar y reflejar la luz sobre un tubo de borosilicato que contiene el agua contaminada. Los resultados de las propiedades de los materiales reflejan ser los indicados para tratar el agua contaminada con arsénico. En relación al TiO2, producido en el laboratorio, este absorbe en una longitud de onda en el espectro UV-A, muy cercano al visible y presenta una predominancia de la fase anatasa a escala de nanopartícula. Por su parte, el carbón activado dopado con hierro, CAP-CO2-Fe, presenta un pH ácido, es decir, con tendencia a unirse a especies negativas, como ocurre con el As(V), en pH mayores a 2. Por otro lado, se tiene que las mejores condiciones para la foto-oxidación, son bajo la presencia del mix de TiO2 y CA, con lámparas visibles y UV-A, razón por la cual se diseña SolArsenic, incorporando estas características, además de un colector solar, que permita mejorar el proceso. La incorporación de SolArsenic como tecnología de tratamiento del agua contaminada con arsénico, propone un sistema eficaz, que puede remover grandes concentraciones del contaminante, como lo son 5000 [ppb] y utilizando fuentes naturales de energía, como lo es la luz solar.

Entre las diferentes tecnologías que existen para eliminar contaminantes del agua, la adsorción se presenta como uno de los métodos más eficientes, económicos y fáciles de desarrollar técnicamente. Sin embargo, después de llevar a cabo la adsorción, los adsorbentes son difíciles de separar de la solución utilizando técnicas de separación tradicionales. En los últimos años, los adsorbentes magnéticos han surgido como una nueva generación de materiales para la descontaminación ambiental. Este método de separación simplemente implica la aplicación de un campo magnético externo que puede ser generado por diferentes fuentes (por ejemplo, imanes permanentes, corrientes alternas, etc.) para extraer el adsorbente. En este trabajo de tesis se propone un nuevo material adsorbente de fácil recuperación formado por nanopartículas de magnetita y montmorillonita para su posterior uso en la remoción de cationes y aniones de interés ambiental, utilizando al azul de metileno como representante de un contaminante catiónico y orgánico, y al arsénico (arseniato y sus especies protonadas en medio acuoso) como representante de contaminantes aniónicos e inorgánicos. A continuación se presenta un estudio sistemático de las propiedades de cada uno de los sólidos, comenzando por una caracterización general de las fases cristalinas y sus partículas, siguiendo por las propiedades reactivas de las superficies y culminando con la evaluación de las capacidades de adsorción frente a sustancias contaminantes. En cuanto a la reactividad superficial cabe mencionar que se evalúa con detenimiento la reactividad de los grupos superficiales en cada sólido, sus propiedades de protonación-desprotonación, de complejación superficial y de desarrollo de cargas eléctricas estructurales y superficiales en diferentes planos o caras cristalinas. Además se desarrolla un método sencillo para cuantificar la velocidad de captación de partículas magnéticas por campos magnéticos. Los resultados muestran que la montmorillonita posee una gran capacidad para captar el azul de metileno y una nula capacidad para adsorber al As(V). Por el contrario, la magnetita y otras nanopartículas magnéticas como las ferritas de níquel resultaron ser muy buenas adsorbentes de As(V) y muy malas adsorbentes de azul de metileno. Las mezclas magnetita-montmorillonita se comportaron como heteroagregados frente a campos eléctricos y campos magnéticos aplicados. Sin embargo, en estudios de adsorción, cada sólido adsorbió de manera independiente las sustancia por la que tiene alta afinidad. Estas conclusiones están demostradas por un conjunto muy variado de estudios por medio de espectroscopías, difractometría, microscopías, adsorción de gases, isotermas de adsorción, movilidades electroforéticas, etc., en diversas condiciones experimentales. Por último, la comprensión de los procesos básicos de adsorción aportó una base sólida para entender cómo se comportan los sistemas estudiados y porqué lo hacen de esa manera, tanto en sistemas puros como en mezclas magnetita-montmorillonita. Tal entendimiento permite ahora predecir el comportamiento del sistema en muy variadas condiciones de trabajo y sintonizar sus propiedades para que adsorba el contaminante deseado en las cantidades requeridas. / Among the different existing technologies to remove pollutants contaminants from water, adsorption has become one of the most efficient, economical and less difficult to carry out technically. In spite of this, after adsorption took place, the adsorbents are usually difficult to separate from the solution using traditional separation techniques. In the past few years, magnetic adsorbents have emerged as a new generation of materials for environmental decontamination. The separation with these materials simply involves the application of an external magnetic field that can be generated by different sources (e.g., permanent magnets, alternating currents, etc.) to extract the adsorbent with the attached pollutant. In this thesis, a new easy-to-recover adsorbent material is developed and proposed. It is constituted by magnetite and montmorillonite nanoparticles and used in the removal of cations and anions of environmental interest, employing methylene blue as the representative of a cationic and organic contaminant, and arsenic (arsenate and its protonated species in aqueous media) as the representative of anionic and inorganic contaminants. A systematic study of the properties of each solid, starting with a general characterization of the crystalline phases and their particles, followed by an investigation of the reactive properties of their surfaces, and ending with the evaluation of the adsorption capacities of the mentioned pollutants is presented. Regarding the surface reactivity, the reactive properties of the surface groups in each solid, their protonation-deprotonation behavior, the formation of surface complexes, and the development of structural and surface charges in different crystalline planes are carefully evaluated. In addition, a simple method is developed to quantify the rate of uptake of magnetic nanoparticles particle by external magnetic fields. The obtained results show that montmorillonite has a great capacity to uptake methylene blue and zero capacity to adsorb As(V). In contrast, magnetite and other magnetic nanoparticles such as nickel ferrites turned out to be very good As(V) adsorbents and very poor methylene blue adsorbents. The magnetite-montmorillonite mixtures behaved as heteroaggregates in the presence of applied electric fields and magnetic fields. However, in adsorption studies, each solid independently adsorbed the substance for which it has affinity. These conclusions are demonstrated by a very diverse set of studies by means of spectroscopy, diffractometry, microscopy, gas adsorption, adsorption isotherms, electrophoretic mobilities, etc., in various experimental conditions. Finally, the understanding of the basic processes taking place during adsorption provided a solid basis to understand how the studied systems behave and why they do it that way, both in pure systems and in magnetite-montmorillonite mixtures. Such understanding allows to predict the behavior of the system in different working conditions and to tune its properties so that it adsorbs the desired pollutant in the required quantities.

En el presente trabajo de investigación se determinó las concentraciones de arsénico y plomo en el “jugo de caña de azúcar” (Saccharum officinarum) en los distritos de El Agustino, Rímac, Lima Cercado, La Victoria, San Juan de Lurigancho en los meses de noviembre – diciembre del año 2013. El método utilizado para la determinación de arsénico fue Espectroscopía de Absorción Atómica por generador de hidruros y Absorción Atómica en horno de grafito para el plomo, debido a que es el método de elección según bibliografías actuales. Para la determinación de metales en distintos tipos de muestras su aceptabilidad se debe a su especificidad, sensibilidad y facilidad de operación. Las muestras fueron recolectadas en 5 distritos más populosos de Lima Metropolitana: El Agustino, El Rímac, Lima Cercado, La Victoria, San Juan de Lurigancho, de los cuales se seleccionaron las avenidas más congestionadas y con alta carga de contaminación de aire y de suelos, que está relacionado con la mayor afluencia peatonal y vehicular según la gerencia de transporte urbano de la Municipalidad de Lima Metropolitana, a su vez las muestras se recolectaron en dos horarios; la primera recolecta se hizo a las 10:00 am y después a las 6:00 pm, los análisis se realizaron en la Unidad de Servicios de Análisis Químicos (USAQ) de la Facultad de Química e Ingeniería Química (FQIQ) de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM). Se obtuvo una media de arsénico de 29.23 ppb (µg/L). En el caso del plomo se obtuvo una media de 446.10 ppb (µg/L). La concentración promedio de arsénico a las 10:00 a.m. fue no detectable o <1ppb (µg/L) y a las 6:00 p.m. fue de 53.16 ppb (µg/L) con una desviación estándar de σ=136.85. En la determinación de plomo el análisis de muestra tomada a las 10:00 a.m. el promedio de concentración fue de 363.61 ppb (µg/L) con una desviación estándar de σ=275.29 y a las 6:00 pm fue de 513.59 ppb (µg/L) con una desviación estándar de σ=340.63. Se concluye que las concentraciones de arsénico no superan los límites máximos permisibles (LMP) según Organización Mundial de la Salud (OMS), Organización para la Alimentación y Agricultura (FAO) y Codex Alimentarius que es 200 ppb pero en el caso del plomo los límites superan a los valores máximos permisibles que según OMS, FAO y Codex Alimentarius es 100 ppb y a su vez se concluye que las concentraciones de plomo y arsénico aumentan mientras mayor sea el tiempo de exposiciones al medio ambiente. Se recomienda más interés por los entes sanitarios, a su vez promover en los vendedores conciencia sanitaria en las etapas de obtención del “jugo de caña de azúcar”. / In the present investigation the concentrations of arsenic and lead were determined in the "cane juice" (Saccharum officinarum) in the districts of El Agustino, Rímac, Lima Cercado, La Victoria, San Juan de Lurigancho in the months from November to December 2013. The method used for the determination of arsenic by Atomic Absorption Spectroscopy hydride generator and atomic absorption graphite furnace for lead, because it is the method of choice as current bibliographies, for the determination of metals in different types of samples acceptability is due to their specificity, sensitivity and ease of operation. Samples were collected on 5 more populous districts of Lima; El Agustino, Rímac, Lima Cercado, La Victoria, San Juan de Lurigancho which avenues congested and high burden of air pollution and soil, which is related to the increased pedestrian traffic and vehicular were selected according to management urban transport of the Municipality of Metropolitan Lima turn samples were collected in two hours; the first gathering was at 10:00 am and after 6:00 pm, the analyzes were performed in the Chemical Services Unit Tests (USAQ) School of chemistry and chemical engineering (FQIQ) National University Mayor de San Marcos (San Marcos). An average of 29.23 ppb arsenic (µg /L) was obtained. In the case of lead 446.10 average ppb (µg /L) was obtained. The average concentration of arsenic at 10:00 am was not detectable or < 1 ppb (µg /L) and at 6:00 pm was 53.16 ppb (µg /L) with a standard deviation of σ=136.85. In determining lead the analysis of the sample taken at 10:00 am the average concentration was 363.61 ppb (µg /L) with a standard deviation of σ=275.29 and at 6:00 pm was 513.59 ppb (µg /L) with a σ=standard deviation of 340.63. It is concluded that arsenic concentrations do not exceed the maximum permissible limits (MPL) as World Health Organization (WHO), UN Food and Agriculture Organization (FAO) and Codex Alimentarius is 200 ppb but in the case of lead limits exceed the maximum permissible values according to WHO, FAO and Codex Alimentarius is 100 ppb and in turn it is concluded that the concentrations of lead and arsenic increase the longer the time of exposure to the environment. More interest by health authorities, in turn sellers promote health awareness in the stages of production of “cane juice". Keywords: Saccharum oficcinarum, World Health Organization (WHO), Codex Alimentarius, concentration limits, atomic absorption spectroscop

En el distrito de San Mateo de Huánchor de la Región de Lima, se determinó el grado de contaminación de arsénico (As) y cadmio (Cd) en muestras de aguas de río y habas anchas por tratarse de una zona minera que puede afectar la salud de la población. Para llevar a cabo este estudio se tomó 14 muestras de agua (7 muestras para arsénico y 7 muestras para cadmio) y 16 muestras de habas anchas (8 muestras para arsénico y 8 muestras para cadmio). La concentración media de arsénico en aguas del río Rímac ( = 18,35 ppb) del distrito de San Mateo de Huánchor de la región de Lima no supera los límites máximos permisibles establecidos por los Estándares Nacionales de Calidad de Agua (ECA) y de la Organización Mundial de la Salud (OMS) (50 ppb). La concentración media de cadmio en aguas de río Rímac del distrito de San Mateo de Huánchor de la región de Lima no fue calculada debido a que los valores no fueron detectados por la sensibilidad del equipo (4 ppb). El promedio de concentración de arsénico en habas anchas irrigadas con aguas del río Rímac del distrito de San Mateo de Huánchor de la región de Lima no fue calculado debido a que los valores no fueron detectados por la sensibilidad del equipo (5 ppb). El promedio de concentración de cadmio en habas anchas irrigadas (x = 49,45 ppb) con aguas del río Rímac del distrito de San Mateo de Huánchor de la región de Lima no supera el límite máximo permisible establecido por el Codex Alimentarius (100 ppb). Finalmente, se recomienda realizar estudios de investigación en distritos cercanos a San Mateo de Huánchor dónde también existen mineras, con la finalidad de comprobar si se obtienen valores similares.

Durante el desarrollo de este trabajo se realizó la cuantificación de arsénico, cadmio y plomo en las aguas de un tramo del río Santa en el tramo adyacente al Pasivo Ambiental Minero de Recuay, Ticapampa, en la provincia de Recuay el cual forma parte del departamento de Ancash. Las muestras de agua, se tomaron en nueve (09) puntos consecutivos que están conformados además de tres (03) blancos (blanco viajero, blanco muestreo y blanco lago), analizándose la concentración de los metales en mención en cada punto por el método de Espectrofotometría de Absorción Atómica. La concentración de arsénico fue 0,0404 mg/L, del plomo 0,6402 mg/L y del cadmio 0,0396 mg/L; siendo todos ellos superiores a los Límites Máximos Permisibles establecidos por los “Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua” del Ministerio del Ambiente. Según los resultados obtenidos. El estudio comprueba que parte de la contaminación del río Santa es provocada principalmente por la descarga residuos mineros que están ubicados a lo largo de todo su cauce (en el tramo de Ticapampa – Recuay), ya que usan el río Santa como vía de eliminación de sus residuos. En lo que respecta en los análisis de los sedimentos, los valores de concentración de los metales pesados se encuentran en niveles de concentración que evidencian diferentes grados de toxicidad tomadas en base a los límites permisibles. Se comprueba que la contaminación por Pb, Cd, y Ar, tienen origen minero, siendo estos vertidos en las aguas del río siendo estas las principales fuentes de contaminación por metales pesados. Se determinó que el agua del río Santa, está contaminada y no es adecuada para el uso y consumo humano.

Determina las cantidades de plomo y arsénico que contienen las 24 muestras de polvos compactos en estudio, para lo que se seleccionaron 6 marcas que se adquirieron en el distrito del Cercado de Lima. Las concentraciones de plomo y arsénico se determinaron mediante la técnica espectrofotométrica, para el plomo se empleó el horno de grafito y para determinar el arsénico el equipo se acoplo con el generador de hidruros. La totalidad de las muestras se adquirieron en 4 tiendas del Cercado de Lima, C.C. Real Plaza, Galería Santa Catalina, Tienda La Virreyna y Galería El Progreso II. Al realizar la comparación de las medias de ambos metales con los límites recomendados por la FDA, se obtuvo una diferencia significativamente dichos valores. El resultado obtenido para las muestras con plomo dio una media de 6,293 ppm con concentraciones de 12,276 ppm y 2,795 ppm para el valor más alto y mínimo respectivamente, en el arsénico los resultados fueron de una media de 0,28ppm con concentraciones de 0,67ppm y 0,012 ppm para el valor más alto y bajo respectivamente. El 12,5 % de las muestras para el plomo sobrepasan los valores recomendados por FDA de menores a 10 ppm y ninguna muestra para arsénico supera los valores recomendados por la FDA que es menor de 3 ppm. / Tesis

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Cuantifica la cantidad de arsénico y cadmio en 30 bebidas preparadas a base de quinua, comercializada en el distrito de Santa Anita – Lima Metropolitana. Para obtener la concentración se empleó la técnica de Absorción Atómica con Horno de Grafito. La recolección se realizó en 3 puntos del distrito elegidos al azar: Cruce de la Av. Industrial con Av. Las Torres, cruce de la Av. Marie Curie con Av. Luis Pasteur y el cruce de la Av. Marie Curie con Av. Gutemberg. Los análisis de realizaron en Centro de Información, Control Toxicológico y Apoyo a la Gestión Ambiental - CICOTOX. Se obtuvo un promedio los niveles encontrados, para arsénico se obtuvo 0.048 ppm cuyo punto mayor es de 0.0875 ppm y el menor 0.0109 ppm; para el cadmio se obtuvo 0.031 ppm, un punto mayor de 0.1189 ppm y uno menor de 0.0108 ppm. Se recomienda que las entidades competentes en el país establezcan límites máximos y mínimos de la concentración de estos metales debido a que el Perú no cuenta con un registro con los límites permisibles de contaminantes inorgánicos en alimentos. Se determinó que las bebidas de quinua comercializadas en zonas industriales del distrito de Santa Anita no presentan riesgo de contaminación por metales pesados al ser consumido por la población, pero esto no descarta que se deban seguir realizando estudios en estas zonas. / Tesis

Ingeniero Civil Químico. Ingeniero Civil en Biotecnología / En el marco del proyecto FONDEF IT16M10041 Abatimiento de arsénico en la industria del cobre utilizando métodos biotecnológicos de última generación: genomas y bioinformática , se desarrolló este trabajo en modalidad side project, con el objetivo de evaluar la factibilidad de incorporación de bioprocesos para disminuir la carga arsenical presente en el flujo de PLS ya tratado, dentro del proceso de abatimiento de arsénico y antimonio (AAA) de la empresa EcoMetales Limited. La primera etapa del trabajo se centró en el diseño e implementación de un microorganismo bioacumulador de arsénico que pudiese ser utilizado como adsorbente en la segunda etapa del trabajo, consistente en el diseño de procesos biotecnológicos y la evaluación de la factibilidad técnica de su incorporación en la planta actual del proceso AAA. Se determinó que abatimiento de arsénico mediante alternativas biotecnológicas debía ser sobre el flujo líquido con concentración de arsénico total cercana a los 2 g/L. Se diseñaron metodologías de manipulación genética para incorporar genes en una cepa de Escherichia coli modificada que permitiese expresión en superficie de una fitoquelatina sintética capaz de quelar AsO4-3. La manipulación del material genético se realizó satisfactoriamente hasta la recircularización del plasmidio de transformación, etapa que no se concretó e imposibilitó caracterizar la adsorción de AsO4-3 en la superficie celular. El estudio de operaciones unitarias capaces de incorporar el microorganismo diseñado arrojó que el abatimiento de arsénico podría realizarse en filtros percoladores rellenos con cuarzo recubierto con biomasa, o en estanques agitados con partículas en suspensión, también recubiertas. Se diseñaron ambos procesos y se obtuvo la potencia de consumo de los procesos; se realizó un análisis de sensibilidad de los parámetros termodinámicos de adsorción de arsénico sobre células, y se determinó que el único proceso factible es el abatimiento en filtros percoladores con un 50% de cobertura de la superficie de su relleno. Además, se encontró una relación algebraica que restringe la relación de los valores de los parámetros de la isoterma de adsorción que hacen factible el proceso. Se concluye que existen dificultades en la manipulación de oligonucleótidos de bajo peso molecular y en la posterior transformación bacteriana. Además, se propone realizar un estudio en detalle de alternativas de separación de biomasa distintas a la centrifugación, el estudio de alternativas de disposición de la biomasa conformada por microorganismos modificados genéticamente, y la evaluación del uso de aguas negras como potencial fuente de nutrientes para cultivos continuos de E. coli.

Objetivo: determinar la influencia de la utilización de sedimentos de piscigranja sobre la disponibilidad de arsénico y crecimiento de ryegrass (Lolium perenne) en un suelo contaminado con arsénico, del distrito de El Mantaro, Jauja. 2016. Método: se utilizó el método de análisis: las muestras de suelo del distrito El Mantaro, fueron analizadas en sus propiedades físico-químicas: densidad aparente, pH, conductividad eléctrica, contenido de nutrientes y materia orgánica. Las técnicas utilizadas son estándar para cada tipo de determinación. Una vez reportados los análisis se interpretaron los datos para determinar sus niveles, según el tipo de análisis. Diseño: se utilizó una muestra de suelo compuesta de la capa arable, y se distribuyó en macetas de 2 kg de capacidad, donde se aplicó cinco dosis de SP (0%, 2%, 4%, 6% y 8%), cuyos tratamientos estuvieron dispuestos en un diseño experimental completamente al azar. Resultados: las dosis de sedimentos de piscigranja, disminuyen la disponibilidad de este metaloide a valores inferiores al estándar (<12 mg/kg), en el rango de 9,07 mg/kg a 7,120 mg/kg, debido a la adsorción en la fase sólida del suelo, representando porcentajes de disminución de disponibilidad entre 1,726% a 23,169% respecto al testigo; sobresale la dosis de 8% de sedimentos de piscigranja, que redujo la disponibilidad de arsénico del suelo en 23,168%. Las dosis de sedimentos de piscigranja incrementaron significativamente el crecimiento de ryegrass, en altura de planta entre 79,556% y 91,66%; en materia seca de la parte aérea entre 81,231% y 198,462%, y en materia seca de raíz entre 186,667% y 346,667%; atribuible a la mejora de las propiedades del suelo, y por ende la influencia en el crecimiento de ryegrass.