Este estudo teve por objetivos conhecer aspectos da toxicidade de Cu e Cd, separadamente e em combinacao (Cu+Cd) em tilapias (Oreochromis niloticus), verificando possiveis efeitos sinergicos ou antagonicos. Determinou-se nessas situacoes, a bioacumulacao dos metais no tecido muscular, branquias e figado dos especimes, enfase ao potencial bioindicador da especie. Para tanto, ensaios de toxicidade aguda na forma estatica foram conduzidos por um periodo de 96 horas. Previamente a esses, foram realizados testes preliminares com as referidas especies quimicas em concentracoes logaritmicas, com o intuito de se determinar os intervalos onde 100% de mortalidade e 100% de sobrevivencia eram observados para a especie. Atraves desta etapa estabeleceram-se para os ensaios de toxicidade aguda, as concentracoes de 0,0, 0,5, 1,0, 2,5, 5,0 e 10,0 mg L-1 para Cu e Cu+Cd e de 0,0, 1,0, 5,0, 10,0, 25,0 e 50,0 mg L-1 para Cd. As variaveis temperatura, pH, amonia, oxigenio dissolvido e metais dissolvidos foram aferidas no inicio e a cada 24 horas. A dureza total foi monitorada apenas para os tratamentos controle, no inicio e termino dos experimentos para fins de verificar a qualidade da agua. Para os ensaios cronicos, conduzidos na forma semi-estatica e com duracao de 21 dias, duas concentracoes de cada metal foram utilizadas, onde o criterio de estabelecimento dos valores foi a CL50/10 e a media dos logaritmos das CL50/10 e CL50/100. Amostragens para verificacao da bioacumulacao foram realizadas em 24 e 96 horas, 07, 14 e 21 dias, sendo que durante essas amostragens, as variaveis pH, temperatura, oxigenio dissolvido, amonia e teores de metais nas solucoes foram determinadas. Como nos ensaios anteriores, a dureza total foi determinada no primeiro e ultimo dia para controle de qualidade da agua. As CL50-96h para o cobre, cadmio e cobre+cadmio foram respectivamente 3,53 mg L-1, 20,13 mg L-1 e 1,36 mg L-1 Pode-se observar durante os ensaios preliminar e agudo, uma acentuada precipitacao do Cu principalmente nas maiores concentracoes, isso em decorrencia do produto de solubilidade do hidroxido de cobre formado nas cubas experimentais. 8 Nessas concentracoes, observou-se que o Cd apresentou reducao quando em combinacao, atribuido a co-precipitacao ocorrida com o Cu. No que diz respeito a bioacumulacao dos metais nos orgaos e tecidos, pode-se observar, com algumas excecoes, que o figado, devido as suas funcoes metabolicas, apresentou uma maior acumulacao, seguido das branquias e tecido muscular. A tilapia apresentou maior resistencia ao CdCl2.H2O do que ao CuCl2 tendo a combinacao das duas especies quimicas potencializado a toxicidade de forma sinergica. Esse estudo possibilitou concluir que a afericao das concentracoes efetivas dos elementos de interesse durante ensaios de toxicidade e de relevante importancia, pois a concentracao esperada para as especies quimicas dissolvidas podem diferir daquelas esperadas, em funcao do elemento analisado e do tempo de duracao do experimento / The aim of this work was to assess for the toxicity of Cu and Cd, separately and in combination (Cu+Cd) in tilapias (Oreochromis niloticus), checking for the possible synergical or antagonic effects. In these situations, the bioaccumulation of metals in muscle tissue, gill and liver were determinated, emphasizing the potential bioindicator of the specie. Acute toxicity test in static mode were carried out for a period of 96 hours. Prior to these, preliminary tests were performed with such chemical species in logarithmic concentration, in order to establish the range of concentrations in which 100% mortality and 100% survival were observed for the specie. Through this step, concentrations of 0.0, 0.5, 1.0, 2.5, 5.0 and 10.0 mg L-1 for Cu and Cu+Cd and of 0.0, 1.0, 5.0, 10.0, 25.0 and 50.0 mgL-1 for Cd were defined in acute toxicity assays. Temperature, pH, ammonia, dissolved oxygen and dissolved metals were measured at the beginning and every 24 hours. Total hardness was monitored only for the control treatments, in the beginning and at the end of the experiments to check the water quality. Semi-static chronic assays, were conducted during 21 days, by using two concentrations of each metal. Concentrations were calculated as CL50/10 and average of logarithms of CL50/10 and CL50/100. Samplings for assessing the metals bioaccumulation were performed at 24 and 96 hours, 07, 14 and 21 days. In a mean time, pH, temperature, dissolved oxygen, ammonia and dissolved metals were also determinated. Like in previous assays, total hardness was determined in the first and in the last day. The LC50 for copper, cadmium and copper+cadmium were respectively 3.53 mg L-1, 20.13 mg L-1 and 1.36 mg L-1. A precipitation of copper hydroxide, moreover for the higher concentrations were observed in both, preliminary and acute assays. On these situations, Cd concentration was decreased when combined, assigned to the co-precipitation occurred with Cu. Liver, due to it metabolic functions, showed higher metals accumulation, followed by gills and musclular tissue. It can be concluded that tilapia showed greater resistance to CdCl2.H2O, than to CuCl2 and with the combination of the two chemical species, potentiated the toxicity of synergic form. This study also enabled to conclud that measurement of effective concentrations of the elements of interest during test of toxicity is relevant, because the concentrations obtained may differ to those expected, according to the element and the duration of the experiment

Determina que la concentración de cadmio en alimentos marinos superan los contenidos máximos según la Comisión de la Unión Europea en su Reglamento (CE) Nº 1881/2006 y modificatoria Reglamento (UE) N° 488/2014. La población de estudio está conformada por 32 personas (hombres y mujeres) entre 18 a 61 años, del asentamiento humano Oasis de Villa, del distrito de Villa el Salvador, estas personas consumen diariamente alimentos de origen marino, como pescados y mariscos. La población control es de 32 personas con una dieta más variada. Se determina las concentraciones de tres marcadores bioquímicos: cadmio, calcio y 1α, 25-dihidroxivitamina D. La población expuesta tiene una concentración de cadmio mayor a lo permitido, sin embargo no manifiesta una patología clínica visible. Se determina que hay una correlación positiva baja entre cadmio y calcio; es decir que a mayor concentración de cadmio, mayor pérdida de calcio. Existe una correlación negativa muy baja entre vitamina D y calcio, o sea que a menor concentración de vitamina D, mayor pérdida de calcio. Hay una correlación negativa muy baja entre cadmio y vitamina D, significa que a mayor concentración de cadmio, menor vitamina D en el organismo. Esto evidencia que el cadmio influye en el metabolismo del calcio. / Tesis

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work, the interaction of all the amino acids that compose the parenteral nutrition solutions, was investigated with the cadmium and lead metals, with the objective of determining the levels of contamination and if they are important, representing some damage to the patients. There are not data that show the allowed limit of these metals in those solutions, but the Brazilian legislation, through Health Department, stipulates that the maximum cadmium and lead concentration in drinking water can not surpass 5 μg L-1 and 10 μg L-1, respectively. The present work is a contribution to the quantification of Cd and Pb in amino acids solutions that constitute the NP formulations, proposing then, a cleanup method for those samples that allows the determination of Cd and Pb metallic ions through electrochemistries mesurements by voltammetric redissolution. The amino acids are organic compounds that interfere in the determination of the concentration of those metals by voltammetric methods, mainly because of the formation of fort complexes with metals or because of the competition with the metal by the surface of the eletrodo, or, because of the electrochemistry reduction or oxidation of the eletrodo surface. This way, several methodologies were studied, using humid saw digestion, microwaves radiation and UV radiation as pre-treatments of the amino acids samples to reach the complete mineralization of these to viablelize the voltammetric analysis of them. Therefore, to accomplish the voltammetric measurements, it was necessary to work with low amino acids concentrations (Ile, Arg, Leu, Ala, Asp, Orn, Ser, Met, Tyr, Trp, Pro, Cys, Glu, Gly, Thr, Phe, Lys, His, Asn), in solutions that varied from 0,01 to 6 g L-1. The amino acids were individually analyzed and we observed that with the pre-treatment using UV radiation we obtained the best results. Through the pattern addition, we got the largest recoveries of the metals in study. The time of UV irradiation more effective was of eight hours added with hydrogen peroxide and sulfuric acid during the irradiation period. For the phenilalanina, glutamic acid, aspartic acid, treonine, leucine, arginine, cystein and histidine with concentration from 3 to 25% of the usually used in NP formulations, it was possible to determine the cadmium and lead contamination in these amino acids. We found the following concentrations: 0,15 nmol L-1, 38 nmol L-1, 49 nmol L-1, 0,77 μmol L-1, 0,32 μmol L-1, 1,31 μmol L-1, 11,1 nmol L-1, 81,6nmol L-1 respectively of cadmium. In the lead determination we found: 3,04 μmol L-1 in Phe, 53 nmol L-1 in Glu, 42 nmol L-1 in Asp, 0,78 μmol L-1 in Tre, 1,56 μmol L-1 in Arg, 1,4 nmol L-1 in Cys and 21,5 nmol L-1 in His. The origin of this contamination can be attributed to several factors, as to synthesis of the product, packing type (flask and/or covers), sterilization process among others, being necessary an investigation to affirm it certainlly. With the results obtained in the tested pre-treatments, we could conclude that in formulations containing only ornitine, metionine, serine, tyrosine, triptofan and proline is possible to determine directly the cadmium and lead contamination, without using cleanup. The pre-treatment of samples using digestion by UV irradiation were efficient for most of the studied amino acids, which we obtained recovery sign for both metals above 75%. For asparagine, the recovery sign of the metals was below 60%, for isoleucine it was of, approximately, 65%. Among the nineteen amino acids individually analyzed, not all presented contamination of those heavy metals considered toxicant to the organism. / Neste trabalho, investigou-se a interação de todos os aminoácidos que compõem as soluções de nutrição parenteral com os metais cádmio e chumbo com o objetivo de determinar quais os níveis de contaminação e se eles são relevantes, podendo apresentar alguma toxicidade aos pacientes. Não há dados que comprove o limite permitido desses metais nessas soluções, mas a legislação brasileira, através do Ministério da Saúde, estipula que a concentração máxima de cádmio e chumbo em água potável não ultrapasse 5 μg L-1 e 10 μg L-1, respectivamente. O presente trabalho é uma contribuição à quantificação de Cd e Pb em soluções de aminoácidos constituintes das formulações de Nutrição Parenteral (NP), propondo então, um método de cleanup para essas amostras que permita a determinação dos íons metálicos Cd e Pb através de medidas eletroquímicas por voltametria de redissolução. Os aminoácidos são compostos orgânicos que interferem na determinação da concentração desses metais por voltametria, principalmente pela formação de fortes complexos com os metais ou competindo com o metal pela superfície do eletrodo, ou ainda, por redução ou oxidação eletroquímica na superfície do eletrodo. Deste modo, diversas metodologias foram estudadas, utilizando digestão via úmida, radiação por microondas e radiação UV como pré-tratamentos das amostras de aminoácidos para alcançar a mineralização completa das amostras para a viabilização da análise voltamétrica das mesmas. Portanto, para realizar as medidas voltamétricas, foi necessário trabalhar com baixas concentrações dos aminoácidos (Ile, Arg, Leu, Ala, Asp, Orn, Ser, Met, Tyr, Trp, Pro, Cys, Glu, Gly, Thr, Phe, Lys, His, Asn), na qual as soluções variaram na faixa de 0,01 a 6 g L-1. Os aminoácidos foram analisados individualmente e foi observado que com o pré-tratamento utilizando radiação UV obteve-se os melhores resultados. Através da adição de padrão, conseguiu-se obter maiores recuperações dos metais em estudo. O tempo de irradiação UV mais eficaz foi de oito horas adicionado de peróxido de hidrogênio e ácido sulfúrico durante o período de irradiação. Para os aminoácidos fenilalanina, ácido glutâmico, ácido aspártico, treonina, leucina, arginina, cisteína e histidina com a concentração variando na faixa de 3 a 25% da usualmente usada nas formulações de NP, foi possível determinar a contaminação por cádmio e chumbo presentes nestes aminoácidos. As concentrações encontradas foram: 0,15 nmol L-1, 38 nmol L-1, 49 nmol L-1, 0,77 nmol L-1, 0,32 μmol L-1, 1,31 μmol L-1, 11,1 nmol L-1, 81,6 nmol L-1 respectivamente de cádmio. Na determinação de chumbo os resultados encontrados foram: 3,04 μmol L-1 na Phe, 53 nmol L-1 em Glu, 42 nmol L-1 em Asp, 0,78 μmol L-1 em Tre, 1,56 μmol L-1 em Arg, 1,4 nmol L-1 em Cys e 21,5 nmol L-1 em His. A origem desta contaminação pode ser atribuída a diversos fatores, como na síntese do produto, tipo de embalagem (frasco e/ou tampa), processo de esterilização entre outros, sendo necessário uma investigação aprofundada para afirmar com certeza. Com os resultados obtidos nos pré-tratamentos testados, pode-se concluir que em formulações contendo somente os aminoácidos ornitina, metionina, serina, tirosina, triptofano e prolina é possível determinar diretamente a contaminação existente de cádmio e chumbo sem necessidade de cleanup. O pré-tratamento das amostras utilizando digestão por irradiação UV foi eficiente para a maioria dos aminoácidos estudados, o qual obteve recuperação acima de 75 % do sinal para ambos os metais. Para o aminoácido asparagina, a recuperação do sinal dos metais foi abaixo de 60%, para isoleucina foi de aproximadamente 65%. Entre os dezenove aminoácidos analisados individualmente, alguns apresentaram contaminação por esses metais pesados, consideradas tóxicas ao organismo.

Memoria para optar al Título Profesional de Médico Veterinario / El Cadmio (Cd2+) es un contaminante ampliamente distribuido en el ambiente; la exposición de la población ocurre principalmente a través del humo de tabaco. Se han descrito efectos adversos en la salud, algunos de los cuales son dependientes del sexo. Específicamente, en crías expuestas durante la gestación, disminuye el peso de nacimiento (PN) lo que se asocia a una exposición fetal aumentada a glucocorticoides (GC). Los GC actúan a través de sus receptores específicos (GR) localizados en los tejidos blancos; en el hígado, la unión GC-GR activa la expresión de genes involucrados en el metabolismo de carbohidratos (CH) y lípidos. Entre éstos se encuentra el gen de la enzima fosfoenol piruvato carboxiquinasa (PEPCK, limitante en el proceso de gluconeogénesis) y el de la enzima acetil Co-A oxidasa (AOX, limitante en el proceso de β-oxidación peroxisomal). En este estudio, se postuló que el Cd2+ administrado durante la gestación induce en las crías neonatas una alteración en la expresión hepática del GR y consecuentemente, de sus genes blancos, PEPCK y AOX, con una concomitante alteración en los niveles hepáticos de glicógeno, triacilglicerol (TAG) y colesterol, de manera diferenciada en machos y hembras. El modelo de estudio utilizado fue ratas de la cepa Wistar tratadas con 10 ppm de Cd2+ (como CdCl2 en el agua de bebida) desde el destete hasta el cruzamiento, y luego con 50 ppm de Cd2+ durante toda la gestación. Posteriormente, en el hígado de las crías neonatas se determinó la expresión de GR (proteína, mediante Western Blot y mRNA por qRT-PCR), PEPCK (mRNA) y AOX (mRNA). También se analizó el contenido de glicógeno, TAG y colesterol. Los resultados indican que GR hepático aumenta su expresión en hembras y en machos disminuye. También hay efectos diferenciados en los niveles de mRNA para PEPCK, y AOX. Se concluye que la exposición a Cd2+ durante el desarrollo induce alteraciones tempranas en el patrón de expresión de genes relacionados con el sistema GC y metabolismo de CH y lípidos. Los efectos son dependientes del sexo y pueden inducir una reprogramación fetal a largo plazo explicando el desarrollo de ciertas patologías / Fondecyt No. 1071110

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Químico Ambiental. / El contenido de Cd, Cu y Zn fue analizado en tejido blando de la lapa Fissurella sp., colectadas en abril de 2017 en la zona intermareal de la bahía de Chañaral, caleta Palito y caleta Pan de Azúcar, región de Atacama, Chile. Los organismos seleccionados fueron deshidratados, sometidos a digestión ácida y analizados por espectrofotometría de absorción atómica. En cuanto al tamaño de las lapas, estas se separaron en dos grupos, tamaños pequeños (1,06 g a 2,77 g) y grandes (9,19 g a 16,12 g), en donde las primeras presentaron una mayor retención de los metales Cu (873,94 μg/g) y Zn (143,11 μg/g), mientras que las lapas de mayor tamaño acumularon más Cd (17,09 μg/g). Se discutió las vías de incorporación de Cu, Cd y Zn en los tejidos de la lapa, así como otros factores externos que influyen en la captación de estos metales por parte del organismo, la influencia del tamaño, la ubicación de las fuentes de contaminación, como la importancia de la contaminación realizada en Chañaral anterior al año 1975. El análisis se realiza en lapas inmaduras (de menor tamaño) para una comparación entre sitios sin la influencia de cambios físicos asociados a la época reproductiva. Las concentraciones promedio de Cu, en las lapas pequeñas, fueron más elevadas en bahía de Chañaral (1955,58 μg/g), mientras que el Zn lo fue en la caleta Palito (285,76 μg/g) y el Cd levemente mayor en la caleta Pan de Azúcar (8,96 μg/g). Finalmente, se realizó un análisis de Cluster y de ACP, indicando que existen diferencias estadísticamente significativas entre los niveles de concentración de Cd, Cu y Zn en los tejidos de las lapas Fissurella sp. que habitan en la bahía de Chañaral, caleta Palito y la caleta Pan de Azúcar, siendo las lapas de la bahía de Chañaral, las más afectadas por la contaminación de estos metales. / The contents of Cd, Cu and Zn were analyzed in soft tissue of the Fissurella sp., collected in April 2017 in the intertidal zone corresponding to the Bahía Chañaral, Caleta Palito and Caleta Pan de Azúcar, Atacama region, Chile. The selected organisms were dehydrated, subjected to acid digestion and analyzed by atomic absorption spectrophotometry. As for the size of the limpets, these were separated into two groups, small sizes (1.06 g to 2.77 g) and large (9.19 g to 16.12 g) sizes, where the former had a higher retention of Cu 873.94 μg/g) and Zn (143.11 μg/g), while the larger scale limpets retained a little more Cd (17.09 μg/g). The pathways for incorporation of Cu, Cd and Zn into the tissues of the lapa were discussed, as well as other external factors that influence the organism's uptake of these metals, the influence of size, location of sources of contamination, such as the importance of pollution in Chañaral prior to 1975. The analysis is performed in immature (of smaller size) limpets for a comparison between sites without the influence of physical changes associated with the breeding season. Mean Cu concentrations in the small limpets were higher in Bahía Chañaral (1955.58 μg/g), while the Zn was in the Caleta Palito (285.76 μg/g) and the slightly higher Cd in the Caleta Pan de Azúcar (8.96 μg/g). Finally, a Cluster and PCA analysis was performed, indicating that there are statistically significant differences between the concentration levels of Cd, Cu and Zn in the tissues of the Fissurella sp. that live in the Bahía Chañaral, Caleta Palito and the Caleta Pan de Azúcar, being the limpets of the Bahía Chañaral, those most affected by the contamination of these metals.

[pt] cádmio é um dos maiores agentes contaminantes do meio ambiente devido à sua alta toxicidade, ameaçando às plantas, animais e seres humanos. O uso de biomassas como material sorvente para a remoção do cádmio de efluentes líquidos aparece como uma alternativa promissora às tecnologias existentes. O objetivo desta tese foi determinar a capacidade de adsorção do pó de casca de coco verde (Cocos nucifera) para cádmio num sistema contínuo de biossorção, assim como a dessorção do metal da biomassa, para que esta possa ser utilizada num ciclo de biossorção-dessorção. O equipamento escolhido foi uma coluna de leito fixo. Foram avaliadas a influência da vazão, altura de leito, sentido do fluxo e a eficiência do processo com colunas em série. Os grupos funcionais presentes na superfície da biomassa foram estudados através de análises de espectroscopia no infravermelho. Os experimentos num sistema contínuo com diferentes alturas de leito e concentrações iniciais revelaram que a melhor eficiência do processo foi obtida com maiores alturas de leito (18 cm) e concentrações iniciais baixas (19 mg/l). Obtiveram-se tempos de ruptura de 150 minutos para soluções com vazão de 22 ml/min, obtendo-se uma solução com concentração final de 2,6 mg/l. Uma eficiência de remoção de 46% foi obtida quando se trabalhou com concentrações iniciais de 19 mg/l e o processo torna-se mais eficiente quando é utilizado um sentido de fluxo ascendente.O EDTA mostrou-se como um excelente eluente ao realizar a dessorção dos íons metálicos contidos na biomassa, num processo em batelada. A biomassa foi submetida a quatro ciclos de biossorção-dessorção, apresentando em cada um deles eficiências de dessorção superiores a 70% e uma posterior eficiência de remoção superior a 85% em todos os ciclos. Os grupos funcionais presentes na superfície da biomassa são principalmente grupos carboxila, hidroxila, amina e amida. Os resultados apresentados mostram que o pó de casca de coco verde apresenta as características adequadas para o processo de biossorção de cádmio num processo contínuo utilizando colunas de leito fixo, e que pode ser utilizado como uma alternativa aos processos clássicos de tratamento de efluentes. / [en] Cadmium is one of the greatest actors of environmental pollution due to its high toxicity, threatening plants, animals and humans beings. The use of biomass as a sorbent material for cadmium removal seems to be a promising alternative to existing technologies. The objective of this work was to determine the adsorption capacity of coconut shell powder (Cocos nucifera) for cadmium in a continuous system of biosorption, and also the desorption of the metal from the biomass, so that this material could be used in a new cycle of biosorptiondesorption. A fixed bed column was chosen, as it does not present clogging problems and is easy to operate. The influence of flow rate and its direction, bed height and the efficiency of the process with series columns were evaluated. The functional groups present on the surface of the biomass were studied by infrared spectroscopy analysis.The column experiments with different bed heights and initial concentration revealed that the best efficiency was obtained with higher bed heights (18 cm) and lower initial concentrations (19 mg/l). Breakthrough time of 150 minutes was obtained for solutions with a flow rate of 22 ml/min, generating a solution with final concentration of 2.6 mg/l. A removal efficiency of 46% was obtained when working with initial concentrations of 19 mg/l. The process becomes more efficient when the solution is pumped upward through the columnEDTA was an excellent elutant for desorption of metal ions in the biomass in a batch system. The biomass was subjected to four biosorption-desorption cycles, presenting higher than 70% desorption efficiencies and removal efficiencies of more than 85% in all cases.The functional groups presents on the particle surface of the biomass are mainly carboxyl, hydroxyl, amine and amide groups. The results show that the powder of coconut shell has the appropriate characteristics for biosorption of cadmium in a continuous process using columns of fixed bed, which can be used as an alternative to conventional processes for effluent decontamination.

[pt] A pesquisa de novas tecnologias para remover metais tóxicos de efluentes industriais tem focado sua atenção na capacidade de certos materiais biológicos de fixarem e flotarem íons metálicos. O objetivo desta dissertação foi avaliar o potencial do Rhodococcus opacus como biossorvente natural destinado à remoção de cádmio e zinco por bioflotação. As características da superfície do microorganismos foram avaliadas através de medições do potencial zeta, coloração de Gram e análise de micrografias obtidas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). No processo de biossorção foi avaliado o pH, a concentração inicial do metal e a cinética do processo. Na bioflotação se avaliou o tempo de flotação, a vazão de ar e as características da espuma. Obtiveram-se porcentagens de remoção de 60% e 83% para cádmio e zinco na etapa de sorção, partindo de concentrações iniciais de 15 e 5 ppm, respectivamente e os valores de pH adequados na sorção e na flotação foram de 7,0 para ambos os metais. Utilizaram-se os modelos de Langmuir e Freundlich para analisar a capacidade de adsorção de cádmio e zinco em R. opacus sendo o modelo de Freundlich o que explicou melhor o processo de sorção de cada metal. A cinética de sorção revelou que o processo segue o modelo de pseudo-segunda ordem. Na bioflotação, encontrou-se que o microorganismo apresenta excelentes características como coletor e espumante, obtendo-se porcentagens de remoção de cádmio de 90% partindo de uma concentração de 15 ppm. Os resultados apresentados mostram que R. opacus apresenta características importantes para a bioflotação de metais pesados, embora tenha uma capacidade moderada de captação, a qual poderia ser melhorada mediante um pré- tratamento da biomassa. / [en] The search for new technologies for the removal of hazardous metals from wastewater has been focused on several features for the biological materials as such: metal binding and flotation abilities. The aim of this work was to evaluate the biosorption and bioflotation abilities of Rhodococcus opacus for cadmium and zinc removal. Pre and post-characterizations for the microorganism features were performed in terms of: type of surface charge according zeta potential value; relative membrane composition by Gram`s stain and electron microscopy scan (EMS). Parameters for biosorption were studied according to: pH, initial metal concentration and time removal; and for bioflotation: flotation speed, air flow-rate and foam formation, were evaluated. The Cd and Zn uptake capacity by Rhodococcus opacus have been also studied using Langmuir and Freundlich models. Preliminary observations confirmed that R. opacus, corresponds to a grampositive microorganism, with an isoelectric point (IEP) of 2.5, indicating the predominance of acidic groups (polysaccharides and carboxylic molecules) on its membrane composition. Analysis by EMS, showed changes on structure conformation and metal up-take by the microorganism. At pH 7.0 and 26°C, Cd and Zn removals of 60 and 83% were observed from initial concentration of 15 and 5 ppm, respectively. Results showed that metal uptake capacity can be expressed by the Freundlich isotherms for both metals. Kinetics studies demonstrated that biosorption process follows a pseudo- second order model. Bioflotation process showed that R. opacus has excellent features as collector and foaming agent. Around 90% removal of cadmium has been achieved used metal loaded biomass. R. opacus showed to have good metal binding and flotation abilities.

El presente trabajo de investigación se centró en el estudio de la adsorción del ión cadmio, que es un metal pesado muy tóxico aún a bajas concentraciones, empleando carbones activados (CA) preparados a partir de semillas de aguaje 8serie AG) y de aceituna (serie AC). El carbón activado se obtuvo mediante una activación química, utilizando ácido fosfórico como agente activante. Se ensayaron tres grados de impregnación distintos: 0,75 ,1 y 1,5 gH3PO4/gPrecursor, y la activación térmica se realizó a tres diferentes La caracterización fisicoquímica de los carbones activados se realizó empleando las técnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM), adsorción y desorción de nitrógeno, espectroscopia infrarroja con transformadas de Fourier (FTIR), titulación Boehm y análisis termogravimétrico (ATG). Los resultados de la caracterización indicaron que un aumento de la temperatura de activación de 400 a 600oC produjo una disminución del área superficial principalmente en la zona microporosa. Además, se observó un aumento de la acidez superficial del carbón activado. Esta misma tendencia creciente se determinó en la capacidad de adsorción. Por el contrario, al incrementarse la razón de impregnación en los carbones activados a 600oC, se apreció un incremento del área superficial y una tendencia descendente en la acidez superficial, que también se reflejó en la capacidad de adsorción de estos carbones. Adicionalmente, se pudo apreciar que al aumentar el pH de la solución de 2 a 5, la capacidad de adsorción de cadmio aumenta apreciablemente. Por los resultados obtenidos se puede establecer que la naturaleza del precursor, la temperatura de activación, la razón de impregnación y el pH de la solución fueron las variables con mayor influencia en las propiedades adsorbentes de los CA. Los mejores carbones obtenidos fueron: AG0.75_600 entre los carbones de la serie AG, y AC1_600 para la serie AC. Estos carbones se caracterizaron por tener una alta mesoporosidad (140 y 125 m2.g-1) y acidez superficial (2,43 y 2,37 mmol H+.g-1) lo que favoreció la adsorción de cadmio. Finalmente, todas las isotermas de adsorción presentaron un ajuste predominante con el modelo Redlich-Peterson por medio del cual se pudo determinar que la adsorción del ión cadmio tenía una mayor predominancia a una isoterma tipo Langmuir, esto indicaría que el proceso de adsorción se lleva a cabo en centros activos homogéneos y equivalentes en energía en toda la superficie del carbón.

El objetivo principal de la presente investigación fue el estudio del proceso de adsorción de cadmio y cromo presentes en soluciones acuosas utilizando carbones activados modificados. Se utilizó como materia prima un carbón activado comercial. Para la modificación superficial del carbón activado, se trabajó con HCl, HNO3, NaOH, H2O2 y NaCl, a distintas concentraciones. Para las soluciones ácidas, básica y salina, el tiempo de reacción fue de 24 h a 50°C, mientras que, para el agua oxigenada fue de 3 h a temperatura ambiente. La caracterización se realizó utilizando diferentes técnicas instrumentales: pHPZC, titulación Boehm, FTIR, SEM, EDX y sorción de N2. Se determinó que el punto de carga cero variaba con el tratamiento aplicado al carbón activado, pero se mantuvo con leves cambios en los carbones tratados con sales. La espectroscopia infrarroja (FTIR) permitió establecer la formación de posibles grupos funcionales oxigenados después de la modificación del carbón activado. La titulación Boehm permitió determinar los grupos ácidos superficiales. La funcionalización de los carbones activados con HNO3 y H2O2 incrementan la acidez superficial del carbón, aumentando la cantidad de los grupos carboxílicos y fenólicos, mientras que se redujo los grupos lactónicos en dichos carbones. La microscopia electrónica de barrido (SEM) permitió el análisis morfológico del carbón, se identificó posteriormente 3 estructuras diferentes que conformaban el carbón de partida y que debido al tratamiento aplicado (principalmente con un agente oxidante) se producía mayor fragmentación en el carbón funcionalizado. Mediante la sorción de N2 se pudo establecer que todos los tratamientos, con excepción de aquel en que se utilizó NaCl, produjeron una reducción del área superficial; este efecto fue mayor cuando se utilizó un agente oxidante (HNO3 y H2O2) y cuando la concentración empleada fue más alta. Se realizó el estudio cinético de la adsorción del cadmio y del cromo, obteniendo que los tiempos de equilibrio para la adsorción de ambos metales en forma individual fue de aproximadamente 100 minutos. Se determinó que, para la adsorción de cromo solo los carbones tratados con HNO3 y con H2O2mejoraron la capacidad de adsorción del carbón activado. Sin embargo, con estos mismos carbones, la funcionalización no fue tan efectiva para la adsorción de Cd (II). La funcionalización del carbón con HCl y con NaCl no resultó adecuada para la adsorción de ninguno de estos metales. Por otro lado, cuando se cambió el adsorbato por un compuesto orgánico como el 4-nitrofenol, se observó un ligero aumento en la capacidad de adsorción con el carbón activado funcionalizado con NaCl, indicando que el tipo de modificación que se aplique al carbón activado depende también de la naturaleza del adsorbato que se quiera investigar. Al analizar los factores que pueden influir en la retención del adsorbato, se determinó que la adsorción es mejor a pH = 5 y a bajas temperaturas (10°C). Los resultados cinéticos en la gran mayoría de los carbones modificados presentan el mejor ajuste con el modelo de pseudo segundo orden, lo que indica que el proceso de adsorción depende de la disponibilidad de los sitios de adsorción. / Tesis

La borra de café tiene un alto potencial de aplicación en la descontaminación de aguas para consumo humano en zonas rurales. Este alto potencial se fundamenta, entre otras razones, por su capacidad de adsorción, estabilidad en el tiempo y bajo costo para su obtención. Se utilizó café verde de la especie Coffea arabica proveniente de Quillabamba/Cusco y Villa Rica/Pasco. Cada uno fue tostado en grado oscuro y claro, y sometidos a dos grados de molienda: medio (0,707 < d (mm) < 1,68) y fino (0,420 < d (mm) < 0,707). Se preparó café americano con el café molido medio y café expreso con el molido fino. Se ha determinado que el pH óptimo para la adsorción de Cd(II) y Pb(II) en soluciones acuosas separadas de concentración máxima 10 ppm es 6,5 y 4,0 respectivamente, y el tiempo óptimo de residencia para alcanzar el equilibrio es 10 y 2 horas respectivamente. La adsorción del Cd(II) con borra de café del tipo tostado oscuro y molido medio se ajusta al modelo isotérmico de Freundlich para el café de Villa Rica/Pasco y al modelo isotérmico de Langmuir para el café de Quillabamba/Cusco. Sin embargo, la adsorción del Pb(II) con borras de café del tipo tostado oscuro y molido medio de Quillabamba/Cusco o Villa Rica/Pasco solo se aproximan al modelo isotérmico de Freundlich. La borra de café del tipo tostado oscuro y molido medio de Villa Rica/Pasco fue 27% más eficiente que la de Quillabamba/Cusco, siendo su adsorción máxima de 43,3 y 33,9 mg de Cd por gramo de borra, respectivamente. En cuanto al Pb(II), es 68,3 y 67,6 mg de Pb, por gramo de borra, ambas de una eficiencia comparable. / Tesis