Actividad formativa equivalente a tesis (AFET) para optar al grado de magíster en derecho ambiental / La presente Actividad Formativa Equivalente a Tesis, en adelante AFET, muestra el proceso de investigación y los resultados provenientes del análisis cualitativo respecto de las opiniones, sugerencias, preguntas y aportes realizado en el contexto del proceso de consulta pública del Plan de Descontaminación Atmosférica de la ciudad de Coyhaique y su zona circundante por MP10 (en adelante “PDA Coyhaique”). La revisión y estudio de las observaciones ciudadanas realizadas a dicho Plan, se llevó a cabo por medio de una metodología ad hoc de análisis simple del discurso, proceso que también se describe en el presente trabajo. En primer lugar, se presenta la Introducción en donde se señalan las motivaciones y justificaciones que se tuvieron para realizar la presente AFET. Luego en el Capítulo I, se describen las etapas que se desarrollaron para la dictación del PDA Coyhaique, con una breve caracterización de la ciudad. En seguida, en el Capítulo II, se relatan los procesos de participación ciudadana anticipado y el proceso de consulta pública reglamentario. A continuación, en el Capítulo III, se desarrollará el proceso de construcción de la metodología, para finalizar con el análisis de las observaciones ciudadanas en la elaboración del PDA Coyhaique.

Describe una síntesis verde para la producción de nanopartículas de hierro cero valente (nZVIs). En la fabricación de las nanopartículas se utilizaron extractos de cereza capulí (Prunus serotina) y mortiño (Vaccinium floribundum) como agentes reductores y estabilizantes. Las nanopartículas se caracterizaron mediante técnicas dispersión dinámica de luz (DDL), Espectroscopia Ultravioleta Visible (UV-VIS), Microscopía de Transmisión Electrónica (MET), Difracción de Rayos X (DRX) y Espectrometría Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR). Las nanopartículas de hierro cero valente preparadas con mortiño (vZVI), se utilizaron para evaluar la eliminación de los hidrocarburos totales de petróleo (HTPs) en agua y suelo en pruebas en lotes. La cinética de remoción de HTPs en suelos, se realizó utilizando relación 1 gramo de suelo:1 mililitro de nanopartículas vZVI (0,1MFe) durante 40h. Adicionalmente, se realizaron ensayos en columnas empacadas con arena de río contaminada con ~10000 ppm de HTPs. En estos ensayos se transfirieron soluciones de nanopartículas vZVI durante 36 horas a un flujo de 5 mL/min, utilizando diferentes proporciones gramos de suelo: mililitros de nanopartículas (1:0,5; 1:1; 1:2). Finalmente, usando el programa Visual ModFlow Pro-Model Muse, se modeló la formación de la pluma de contaminación en el prototipo de acuífero confinado luego de la inyección de HTPs a través de dos pozos. Posteriormente, se liberó nanopartículas (vZVI) en el acuífero a través de pozos de inyección y se estimó el flujo, transporte y degradación de los contaminantes durante 100 días. Las nanopartículas de hierro sintetizadas con extracto de mortiño (V. floribundum) tuvieron un diámetro de 13,2 nm analizadas con DDL y MET, mientras que el diámetro de las nZVI preparadas con extracto capulí (P. serotina) fue de 11,9 nm. Luego de la optimización del protocolo de preparación de las nanopartículas, se obtuvo 5 VI diámetro en el intervalo de 5-10 nm. Los estudios UV-Vis de las nanopartículas preparadas con el extracto de mortiño (V. floribundum) y diámetros entre 5.8 y 10 nm, indican que el pico con la máxima absorbancia corresponde a la exitación de los plasmones de superficie y ocurre a una longitud de onda de 205 nm (región infrarroja). Por otro lado, los espectros DRX de las nanopartículas muestran picos que se asocian con hematita y hierro cero valente, siendo la concentración de Fe(0) del 5% y del 24% para protocolo con capulí y mortiño, respectivamente. Los espectros de FTIR muestran grupos funcionales comunes en nanopartículas y en los extractos de frutas, aunque existe un pequeño desplazamiento de la longitud the onda en los espectros de las nanopartículas. Los picos corresponden a los polifenoles que son los componentes clave para la síntesis de las nanopartículas. En las pruebas en lotes para remover HTPs desde agua, utilizando nanopartículas vZVI con 24% de hierro, los porcentajes de remoción estimados son 85.94% (CHTPs,i = 9.32 mg/L) y 88.34% (CHTPs,i = 94.20 mg/L). En cambio para suelos la remoción fue de 81.90% (CHTPs,i = 5000 mg/kg) y 24,6% (CHTPs,i = 1284 mg/kg). La cinética de remoción de HTPs, se completó en 40h con una remoción de 36.61% (CHTPs,i = 304.26 mg/kg) y 81.76% (CHTPs,i = 5100 mg/kg) y los datos se ajustaron a una cinética de orden cero y de primer orden, en ese orden. Con las columnas en lecho fijo se logró mayor degradación de los hidrocarburos de petróleo: 86.20% para CHTPs,i = 10000 mg/kg, 89.76% para CHTPs,i = 5000 mg/kg y 39.18 % para CHTPs,i = 1000 mg/kg. Se nota que la remoción es mas eficiente cuando el suelo tiene mayores concentraciones de HTPs. Por otra parte, en los ensayos de remoción de petróleo utilizando el prototipo de acuifero confinado, se obtuvo una máxima remoción de 87%. Los mecanismos de remoción de HTPs se cree que están asociados con la interfase suelo-agua-hierro, iniciados con la reacción Fenton. Finalmente, se observó una nítida pluma de contaminación en el acuífero al modelarse el VII destino y el transporte del HTPs utilizando el programa Visual ModFlow Pro-Model Muse. Además, con este mismo programa se pudo observar la extinción de la pluma después de la liberación de las nanopartículas a través de los pozos de inyección.En este contexto, los resultados sugieren que las nanopartículas vZVI podrían ser una tecnología prometedora para limpiar los suelos y aguas contaminados con HTPs. / Tesis

La biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos es una técnica que consiste en usar organismos vivos para el consumo de los hidrocarburos de petróleo en el suelo. Esta alternativa de bajo costo permite la recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos de petróleo, reduciendo las concentraciones a niveles que no son tóxicos para las plantas (5000 mg/kg de suelo). Para confirmar o descartar la disminución de Hidrocarburos Totales de Petróleo de un suelo de la Refinería la Pampilla, ubicado en Carretera Ventanilla Km 25. Distrito, Ventanilla. Provincia, Callao. Se instaló el experimento a nivel de bioensayo, en el Laboratorio de Fertilidad de suelos de la Universidad Nacional Agraria la Molina, aplicándose el modelo estadístico de Diseño Experimental Completamente al Azar (DCA), con tres repeticiones y doce tratamientos sumando un total de 36 macetas experimentales, para lo cual se empleó estiércol y aserrines como sustrato a la planta indicadora de “maíz” Zea mays, L sembrados y controlados por un periodo de dos meses. Los resultados de la dosificación del suelo contaminado por hidrocarburos, estiércol y aserrín en promedio disminuyo 22.5 por ciento el contenido de hidrocarburos en el suelo empleando solo estiércol disminuyo solo 16.5 por ciento y usando solamente aserrines disminuyo 9.6 por ciento. Lo cual se ha corroborado y complementado con los resultados de la planta indicadora maíz, de las variables altura de la planta, peso seco foliar y peso seco radicular respectivamente. Comparando los tratamientos del experimento el que mejor ha remediado los suelos fue el tratamiento (T3) suelo contaminado mas vacaza mas aserrín de bolaina, puesto que la concentración inicial de hidrocarburos totales de petróleo (TPH) fue de de 21.81 gr de TPH/kg de suelo, ha disminuido en 16.28 gr de TPH/kg de suelo, que representa una reducción del 25 por ciento. Siendo este tratamiento lo más recomendable a usar. / --- The biorremediacion of ground contaminated by hydrocarbons is a technique that consists of using alive organisms for the consumption of the hydrocarbons of petroleum on the ground. This alternative of low cost permits the recovery of ground contaminated with hydrocarbons of petroleum, reducing the concentrations to levels that are not toxic for the plants (5000 mg/kg of ground). To confirm or to rule out the decrease of Total Hydrocarbons of Petroleum of a ground of the Refinery “La Pampilla”, located in “Km 25 highway Ventanilla”, Province, “Callao”. The experiment to level was installed of biotest, in the ground Fertility Laboratory of the “Universidad Nacional Agraria la Molina”, being applied the statistical model of Experimental Design Completely at random (DCA), with three repetitions and twelve processing adding a total of 36 experimental flowerpots, for which manure was employed and sawdust as substrate to the warning plant of "corn" Zea mays, L sown and controlled by a period Of two months. The results of the dosage of the ground contaminated by hydrocarbons, manure and sawdust on the average I diminish 22,5 percent the content of hydrocarbons on the ground employing alone manure I diminish alone 16,5 percent and using only sawdust I diminish 9,6 percent. Which has been corroborated and complemented with the results of the plant warning corn, of the variable height of the plant, dry weight to number and dry weight radicular respectively. Comparing the processing of the experiment the one that better has remedied the floors was the processing (T3) floor contaminated but “vacaza” but sawdust of “bolaina”, since the initial concentration of total hydrocarbons of petroleum (TPH) was of 21,81 gr of TPH/kg of ground, has diminished in 16,28 gr of TPH/kg of ground, that represents a 25 percent reduction. Being this processing it but recommendable to use. Keywords: Biorremediacion, hydrocarbons, organic manure, sawdust. / Tesis

Aquest estudi es centra en la síntesi de zeolites a partir de cendres volants de carbó i les aplicacions ambientals dels materials zeolítics resultants. La síntesi de zeolites es va desenvolupar mitjançant dos processos diferenciats: a) extracció de Si de la cendra volant i la subseqüent síntesi de zeolita pura mitjançant la combinació del extracte resultant amb una solució rica en Al, i b) la zeolitizació de la cendra volant per conversió directa. Aquest estudi s'ha realitzat amb 23 cendres volants de diferents centrals elèctriques europees, amb SiO2 i Al2O3 com components majoritaris.La recerca del tractament hidrotermal de les cendres volants emprant calentament convencional i microones suggereixen que la dissolució de Si i Al de les cendres volants depèn principalment dels següents factors: a) tipus de fases de Al-Si que la composen, b) tipus i concentració de la solució extractant, c) temperatura, d) relació solució extractant/cendra volant, e) agitació i f) temps. El alts continguts de Al, Si i Na en els lixiviats donen lloc a la saturació i precipitació de fases zeolítiques en el residu d'extracció. Per tant, en el disseny del procés d'extracció cal tenir en compte les següents finalitats: a) obtenir una extracció alta de Si, i b) convertir simultàniament el residu d'extracció en un producte zeolític amb aplicació industrial (amb una CIC ???1 meq/g).Els millors rendiments d'extracció de sílice de les cendres volants, tenint en compte les condicions estudiades, foren les següents:- 405 g SiO2/kg en una etapa de extracció (equivalent a 1216 g zeolita A pura/kg)- 368 g SiO2/kg en una etapa de extracció amb microones (equivalent a 1104 g zeolita A pura/kg)- 250 g SiO2/kg en una etapa de extracció amb previ tractament tèrmic (equivalent a 750 g zeolita A pura/kg)- 210 g SiO2/kg en dos etapes de extracció (equivalent a 630 g zeolita A pura/kg)Els resultats experimentals d'extracció i caracterització han mostrat que els paràmetres que afavoreixen l'extracció de Si de les cendres originals són: a) alts continguts de Si, b) alta proporció de SiO2 en la matriu vítrea i en altres fases altament solubles, com sílice opalina, i c) una relació SiO2/Al2O3 alta.A partir dels extractes de sílice (de la cendra volant de Meirama) i d'una aigua residual d'anoditzat d'alumini (Alumet) es va sintetitzar un material zeolític amb el 97 % de puresa, tal i com es dedueix de la seva alta CEC (4.7 meq/g, equivalent a la dels productes comercials), que era una mescla (50:50) de zeolita A i X. Si als extractes de sílice obtinguts (entre 210 i 405 g de sílice/kg cendra) se li aplica aquest rendiment de síntesi, s'obté un rendiment net d'entre 611 i 1178 g de zeolita A/X/kg de cendra volant.La selecció d'una cendra volant apropiada per la zeolitizació mitjançant conversió directa ve determinada pels següents factors: a) alts continguts de Al2O3 i SiO2, b) alts continguts en matriu vítria i c) una relació SiO2/Al2O3 baixa. De manera que, a partir d'una cendra volant amb una composició del 78 % de Al2O3 + SiO2, 86 % de matriu vítria i una relació SiO2/Al2O3 = 2.4 s'obtingué un producte zeolític amb un contingut en zeolita del 65 % en tan sols 8 hores. En canvi, utilitzant una cendra amb un 63 % de vidre es va sintetitzar un material amb tan sols el 45 % de zeolita en 24 hores. Les condicions òptimes de conversió per la cendra volant de Narcea es fixaren en: 3 M NaOH, 125 oC, 8 h, 2 L/kg amb un rendiment de síntesis de 700 g de zeolita/kg cendra. L'experiment a escala de laboratori fou extrapolat a escala de planta de pilot i s'obtingueren 2.2 tones d'un producte amb una CEC de 2.7 meq/g. A més, les zeolites amb alta CEC, tal com la NaP1, s'obtenen preferencialment a partir de cendres amb SiO2/Al2O3 <1.5.Els experiments de retenció de metalls realitzats amb les mostres d'aigües amb altes concentracions en metalls pesats van mostrar que les dosis òptimes de material zeolític oscil·len entre 5 i 40 g/L, depenent del rang de concentració de metalls i de la CEC del material zeolític emprat. Aquests resultats demostren que les zeolites A i NaP1 tenen una afinitat major per els metalls que per Ca2+ i Mg2+. A partir d'una avaluació qualitativa dels resultats obtinguts, s'obtingué la la següent afinitat pels cations estudiats: Fe3+??Al3+ ???Cu2+ ???Pb2+ ???Cd2+=Tl+ ???Zn2+ ???Mn2+???Ca2+= Sr2+ ???Mg2+. Les solucions que contenen fins 600 mg/L d'aquests metalls pesats i fins 800 mg/L de Ca2+ poden tractar-se amb zeolites A, X iNaP1 per tal de reduir el contingut de metall a <0.5 mg/L, amb nivells relativament alts de Ca2+ en solució.Aquest estudi ha premés provar la eficàcia del material zeolític sintetitzat a escala de planta pilot com a material immobilitzador de metalls en sòls contaminats pel abocament tòxic d'Aznalcóllar (Sud d'Espanya). Es van afegir entre 0 i 54 tones de producte zeolític/hectàrea i després d'un any s'observà que la dosi de 15 tones/hectàrea era suficient per immobilitzar > 99 % dels elements lixiviables més problemàtics. Després de dos de l'addició, es mantenia el mateix grau d'inmmobilització.Les capacitats d'adsorció mesurades per SO2 i NH3 foren 297 i 111 mg/g, respectivament, amb el material 4A-X sintetitzat a partir d'extractes de sílice. En canvi, amb els productes sintetitzats per conversió directa s'obtingueren valors d'adsorció d'un ordre de magnitud menor. Tot i que els resultats demostren que la major part de la capacitat de retenció es deu fisisorció, la presència de vapor d'aigua en el gas pot reduir apreciablement la capacitat de retenció d'aquestes zeolites en aplicacions industrials reals. Conseqüentment, les aplicacions potencials d'aquests materials en el tractament de gasos poden ser la captació de vapor d'aigua la retenció de SO2 o NH3 d'efluents gasosos amb poca quantitat d'aigua. / Este estudio se centra en la síntesis de zeolitas a partir de cenizas volantes de carbón y las aplicaciones ambientales de los materiales zeolíticos resultantes. La síntesis de zeolitas se realizó utilizando dos procesos diferentes: a) la extracción de Si de la ceniza volante y la subsiguiente síntesis de zeolita pura mediante la combinación del extracto resultante con una solución rica en Al, y b) mediante la zeolitización de la ceniza volante por conversión directa. Este estudio se ha realizado con 23 cenizas volantes de diferentes centrales eléctricas europeas, con SiO2 y Al2O3 como componentes mayoritarios.El estudio del tratamiento hidrotermal utilizando calentamiento convencional y microondas sugieren que la disolución de Si y Al de las cenizas volantes depende de los siguientes factores: a) tipo de fases de Al-Si que la componen, b) tipo y concentración del extractante, c) temperatura, d) relación solución extractante/ceniza volante, e) agitación y f) tiempo. Los contenidos altos de Al, Si y Na en los lixiviados dan lugar a la saturación y precipitación de fases zeolíticas en el residuo de extracción. Consiguientemente, para el diseño del proceso de extracción deben considerarse las finalidades siguientes: a) alcanzar una extracción alta de Si, y b) convertir simultáneamente el residuo de extracción en un producto zeolítico con aplicación industrial (con una CIC ???1 meq/g).Los mejores rendimientos de extracción de sílice de las cenizas volantes, en función de las condiciones estudiadas, fueron los siguientes:- 405 g SiO2/kg en una etapa de extracción (equivalente a 1216 g zeolita A/kg)- 368 g SiO2/kg en una etapa de extracción con microondas (equivalente a 1104 g zeolita A/kg)- 250 g SiO2/kg en una etapa de extracción con previo tratamiento térmico (equivalente a 750 g zeolita A pura/kg)- 210 g SiO2/kg en dos etapas de extracción (equivalente a 630 g zeolita A pura/kg) Los resultados experimentales de extracción y caracterización mostraron que los parámetros que favorecen la extracción de Si de las cenizas originales son: a) alto contenido de Si, b) alta proporción de SiO2 en la matriz vítrea y en otras fases altamente solubles, como sílice opalina, y c) una relación SiO2/Al2O3 alta.A partir los extractos de sílice (de la ceniza volante de Meirama) y de una agua residual de anodizado de aluminio (Alumet) se sintetizó un material zeolítico con una pureza del 97 %, deducida de su alta CEC (4.7 meq/g, equivalente a la de los productos comerciales), que era una mezcla (50:50) de zeolita A y X. Si sobre los extractos de sílice obtenidos (entre 210 y 405 g de sílice/kg ceniza) se aplica este rendimiento de síntesis, se obtiene un rendimiento final de entre un 611 y 1178 g de zeolita A/X/kg de ceniza volante.La selección de una ceniza volante apropiada para la zeolitización por conversión directa viene determinada por los siguientes criterios: a) alto contenido de Al2O3 y SiO2, b) alto contenido en matriz vítrea y c) una relación SiO2/Al2O3 baja. Así, utilizando una ceniza volante con una composición del 78 % de Al2O3 + SiO2, 86 % de matriz vítrea y una relación SiO2/Al2O3 = 2.4 se obtuvo un producto zeolítico con un contenido en zeolita alrededor del 65 % en tan sólo 8 horas. Sin embargo, utilizando una ceniza con un 63 % en vidrio se sintetizó un material con tan sólo el 45 % zeolita en 24 horas. Las condiciones óptimas de conversión se fijaron para la ceniza volante de Narcea en: 3 M NaOH, 125 oC, 8 h, 2 L/kg con un rendimiento de síntesis de 700 g de zeolita/kg ceniza. Las pruebas de laboratorio se reprodujeron a escala de planta de piloto y se obtuvieron 2.2 toneladas de un producto con una CEC de 2.7 meq/g. Además, las zeolitas con alta CEC, tal como NaP1, se obtienen preferencialmente a partir de cenizas con SiO2/Al2O3 <1.5. Los experimentos de retención de metales realizados con muestras de agua con altas concentraciones en metales mostraron que las dosis de zeolita óptimas oscilan entre 5 y 40 g/L, dependiendo de la concentración de metales y de la CEC de la zeolita utilizada. Así, las zeolitas A y NaP1 tienen mayor afinidad para los metales que para Ca2+ y Mg2+. A partir de una evaluación cualitativa de los resultados obtenidos, se obtuvo la siguiente afinidad para los cationes estudiados: Fe3+??Al3+ ???Cu2+ ???Pb2+ ???Cd2+=Tl+ ???Zn2+ ???Mn2+???Ca2+= Sr2+ ???Mg2+. Las soluciones con hasta 600 mg/L de estos metales pesados y hasta 800 mg/L de Ca2+ pueden tratarse con zeolitas A y NaP1 para reducir el contenido de metal a <0.5 mg/L, permaneciendo en solución niveles relativamente altos de Ca2+.Este estudio ha permitido probar la eficacia del material zeolítico obtenido a escala de planta piloto como material inmovilizador de metales en suelos contaminados por el vertido tóxico de Aznalcóllar (Sur de España). Se adicionaron entre 0 y 54 toneladas de producto zeolítico/hectárea y después de un año se observó que la dosis de 15 toneladas/hectárea era suficiente para inmovilizar > 99 % de los elementos lixiviables más problemáticos. Dos años después de la adición, persistía el mismo grado de inmovilización.Las capacidades de adsorción medidas para SO2 y NH3 fueron 297 y 111 mg/g, respectivamente, con el material el 4A-X sintetizado a partir de extractos de sílice. En cambio, con los productos sintetizados por conversión directa se alcanzaron valores de adsorción un de orden de magnitud menor. Aunque los resultados demuestren que la mayor parte de la capacidad de retención se debe a la adsorción física, la presencia de vapor de agua en el gas puede reducir apreciablemente la capacidad de retención de estas zeolitas en aplicaciones industriales reales. Consiguientemente, las principales aplicaciones potenciales de estos materiales en el tratamiento de gases pueden ser la captación de vapor de agua o la retención de SO2 o NH3 de efluentes gaseosos con poca agua. / This study is focused on the synthesis of zeolites from coal fly ashes and on the environmental applications of the zeolitic materials obtained. The synthesis of zeolites was carried out using two processes: a) the extraction of Si from fly ash and subsequent synthesis of pure zeolites by combining the resulting extract with a high Al-solution, and b) the direct conversion of fly ash into zeolite. This study was carried out with 23 fly ashes from different European power plants, having SiO2 and Al2O3 as major components.The research developed by hydrothermal treatment of fly ashes using conventional and microwave heating suggests that the dissolution of the Si and Al from fly ashes depends on the following factors: a) type of Al-Si hosting phases, b) extractant type and concentration, c) temperature, d) extractantant solution/fly ash rates, e) stirring and f) time. The high Al, Si and Na contents in the leachate result in the saturation and subsequent precipitation of zeolitic phases in the extraction residue. Consequently, the design of the extraction process has to strike a balance between two major goals: a) to reach high Si-extraction yields, and b) to simultaneously convert the extraction residue into a second grade zeolitic product with an industrial application (at least CEC ??1 meq/g).Of all the results obtained from the silica extraction experiments, the best extraction yields as a function of the conditions tested were as follows:- 405 g SiO2/kg with a single extraction (equivalent to 1216 g of pure A zeolite/kg)- 368 g SiO2/kg with a single microwaves assisted extraction (equivalent to 1104 g of pure A zeolite/kg)- 250 g SiO2/kg with a single extraction with a previous thermal treatment (equivalent to 750 g of pure A zeolite/kg)- 210 g SiO2/ kg with two step extraction (equivalent to 630 g of pure A zeolite/kg)Comparison of the experimental data from the extraction tests with the results of the characterisation shows that the main parameters governing the Si extraction are: a) a high bulk Si content in the starting fly ash, b) a raised proportion of the bulk SiO2 present in easily degradable glass matrix and as highly soluble opaline silica, and c) a high bulk SiO2/Al2O3 ratio of the fly ash.From fly ash silica extracts (of Meirama fly ash) and an Al-waste solution (Alumet) was synthesised a high purity blend (50:50) of A and X zeolite with a zeolite content of 97 %, as deduced from the high CEC (4.7 meq/g, similar to equivalent commercial products).This efficiency applied to the highest silica extraction yields (210 to 405 g silica/kg fly ash) results in the synthesis of at least 611 to 1178 g of 4A-X zeolite / kg of fly ash.The results demonstrate that the most important criteria for the selection of a fly ash for direct conversion are: a) a high content of Al2O3 and SiO2, b) a raised glass content and c) a low SiO2/Al2O3 rate. Approximately 65 % of zeolite content in the final product was reached in 8 hours using a fly ash with 78 % Al2O3 + SiO2, 86 % of glass content and SiO2/Al2O3 = 2.4. However, only 45 % of zeolite content was reached in the low glass (63 %) fly ash in a 24 h conversion process. Optimal conversion conditions were fixed for the Narcea fly ash to: 3 M NaOH, 125 oC, 8h, 2 L/kg with a synthesis yield of 700 g of zeolite/kg fly ash. The results from the laboratory tests were reproduced at pilot plant scale in such a way that 2.2 tonnes of a product with a CEC of 2.7 meq/g were obtained. In addition, high CEC zeolites, such as NaP1 zeolite, are preferentially obtained from fly ashes having SiO2/Al2O3 <1.5. Thus, in contrast to the silica extraction, low Si/Al ratios are preferred for direct conversion.The sorption of heavy metals from acid mine waters using the zeolitic products obtained in this study demonstrates that the optimal zeolite doses for the extraction of heavy metals from the polluted acid mine waters range between 5 to 40 g/L, depending on the CEC of the zeolitic material and the concentration of pollutans. These results demonstrate that A and NaP1 zeolites have a higher affinity for metal ions than for Ca2+ and Mg2+. A tentative order for the sorption of the different ions was deduced: Fe3+?Al3+ ??Cu2+ ??Pb2+ ??Cd2+=Tl+ ??Zn2+ ??Mn2+??Ca2+= Sr2+ ??Mg2+. Solutions containing up to 600 mg/L of these heavy metals and up to 800 mg/L of Ca2+ can be treated with A and NaP1 zeolites to reduce the metal content down to <0.5 mg/L, with relatively high levels of Ca2+ remaining in the solution.Very good results were obtained by employing the pilot plant product for the immobilisation of metals in soils from several experimental fields around a sulphide mining area in Southern Spain. Doses from 0 to 54 tonnes of zeolitic product / hectare were applied and after one year a dose of 15 tonnes / hectare was enough to immobilise > 99 % of problematic leachable metals. Two years after the addition the same immobilisation persisted. Measured sorption capacities for SO2 and NH3 for the 4A-X zeolitic product synthesised from silica extracts attained 297 and 111 mg/g, respectively. The measured sorption capacities for the direct conversion products reached values that were one order of magnitude lower. Although the results demonstrated that most of this retention capacity is due to physical adsorption, the presence of water vapour in the flue gas may considerably reduce the gas uptake capacity of these zeolites in industrial applications. Consequently, the potential applications of this zeolitic material for gas treatment may be either the water vapour uptake or the SO2 or NH3 sorption from low water gaseous effluents.

El documento digital no refiere asesor / La investigación está basada en dos objetivos principales. El primero consiste en la comprension de la síntesis, funcionalizacion y explicación de los mécanismos de adsorcion que gobiernan en los sistemas conformados por nanopartículas (Nps) magnéticas, especialmente en nanopartículas de maghemita. Por lo cual, se ha usado la ruta de co-precipitacion química, debido a que es una ruta confiable y adecuada para aplicaciones en temas de remediación ambiental y del agua; ya que, la misma produce cantidades adecuadas en terminos de masa, es decir que es una ruta escalable. Además, las muestras estudiadas han sido caracterizadas de forma exhaustiva por el autor con el objetivo de estudiar en detalle las propiedades físico-químicas. Entre los resultados más sobresalientes, la formación de una fase poco común de maghemita con vacancias ordenadas usando ácido cítrico fue alcanzada, dicha fase no fue modificada cuando se coloco inmersa en una matriz de hidroxiapatita con el objetivo de lograr la funcionalización. Una investigación detallada usando los métodos de Le-Bail, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y Mossbauer mostraron que un ambiente hidratado formado por una interface de Fe-citrato jugo un rol significante en el mecanismo de funcionalización del nanocomposito, el cual adsorbió casi todo el Cu(II) en solución y completamente el Pb(II) en solución en un tiempo menor a 7 h. Los efectos físicos superficiales presentes en algunas muestras, tales como el efecto de exchange bias (EB) y vidrio de espín (spin glass) fueron estudiados por magnetometría DC y AC, donde se demostró que los grupos carboxílicos del acido etilendiamino-tetraacético (EDTA) suprime el efecto de no colinealidad del espín y el comportamiento EB, este efecto también fue explicado debido a la formacion de una capa antiferromagnética (AFM) proveniente de un hidróxido de Fe conocido como lepidocrocita. Un procedimiento de ajuste Mossbauer a diferentes temperaturas para nanopartículas presentando efectos de relajación superparamagnética y excitaciones magnéticas colectivas es también discutido. El diámetro promedio de los nanosistemas, diez muestras en total, se encuentra en el rango entre 3 a 17 nm en tamaño, el cual fue estimado del refinamiento Rietveld e Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Las nanopartículas revelaron alta estabilidad coloidal, la cual fue cuantificada por las medidas de potencial zeta mostrando que la ruta de coprecipitación fue mejorada por la funcionalización de las nanopartículas magneticas. A su vez, se mostró que las nanopartículas adsorben cantidades significativas de cobre y plomo. Siendo el último totalmente adsorbido por las diez muestras sin y con funcionalización de los diferentes agentes. El segundo objetivo reside en el desarrollo de un protocolo fácil de manejar, que sea ambientalmente seguro y barato para la adsorción y remoción de arsénico del agua. Por lo cual Nps puras de maghemita y nanocompositos binarios y tenarios hechos de estas Nps con dióxido de titanio (TiO2) y óxido de grafeno (GO) fueron sintetizados, caracterizados y aplicados en la adsorción de las especies inorgánicas de As, arsenito, As(III) y arseniato, As(V) de un ambiente acuoso. Las nanopartículas de maghemita mostraron una alta capacidad maxima de adsorción con valor de 83 mg/g para As(III) y 90 mg/g para As(V). Por lo tanto, las nanopartículas por sí solas poseen una remarcable capacidad de adsorción. Estos valores fueron ligeramente modificados cuando el TiO2 fue adicionado y una alta mejora en la capacidad de adsorción fue observada cuando el GO actuó como soporte incrementando de un valor de 83 mg/g a 110 mg/g para As(III) y de 90 a 127 mg/g para As(V), respectivamente. Ademas, los nanocompositos fueron rápidamente colectados con ayuda de una magneto permanente de Neodimio (Nd) en menos de 10 min. La capacidad de adsorción en función del pH fue evaluada y ayudó a explicar los mecánismos de adsorción de As. Los límites de cuantificación poseen valores por debajo de los establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA). Finalmente, recomiendo estos prototipos como adsorbentes de bajo costo con excelentes propiedades adsorbativas para cobre, plomo y arsénico, los cuales son metales pesados tóxicos que se encuentran comúnmente en sistemas acuosos. / Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Perú). Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) / Tesis

Los objetivos del estudio fueron conocer la viabilidad de las semillas, y evaluar el desarrollo de Lupinus ballianus, L. condensiflorus y Astragalus garbancillo en suelos contaminados con cadmio, plomo y zinc y el uso potencial de estas especies en la fitorrestauración de suelos contaminados con metales pesados. El trabajo fue realizado en el invernadero en Lachaqui, Canta, región Lima, y en el Laboratorio de Fitología Aplicada en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. La prueba de germinación de las semillas fue realizada en placas petri e incubadas en una cámara de crecimiento a una temperatura de 21/15 °C, un fotoperiodo de 12 horas día / y 12 horas noche, humedad relativa (80% día/ 90% noche), y una iluminación de 4800 lux: La prueba de emergencia de las plántulas fue realizado en un sustrato preparado en un diseño experimental completamente al azar. El contenido de la humedad de las semillas fue calculado en base al peso seco. Asimismo, el desarrollo de las tres especies vegetales fue evaluado con 12 tratamientos de relave de mina, y la unidad experimental fue una maceta de 19 cm de diámetro y 5 kg de capacidad. El experimento se realizó mediante el diseño experimental factorial completo de 3 x 4, y la distribución de las unidades experimentales de los tratamientos se realizó al azar, con 5 repeticiones por cada tratamiento. La acumulación de cadmio, plomo y zinc en los tejidos de las plantas se determinó mediante el método de absorción atómica. Las semillas con escarificación mecánica de lijado de la testa e inducidas en oscuridad, permitió una alta germinación de Lupinus ballianus L. condensiflorus y Astragalus garbancillo. Por lo tanto, las semillas escarificadas favorecieron la emergencia de plántulas en el sustrato, y la mayor emergencia de plántulas se obtuvo en Astragalus garbancillo. El mayor contenido de humedad en las semillas fue registrado en Astragalus garbancillo. La longitud de planta, el número de hojas y la producción de biomasa en las tres especies disminuyeron significativamente con el tratamiento de 100% de relave de mina. Los mayores valores de acumulación de cadmio total, plomo total, zinc total; y el contenido de estos metales en las raíces de Lupinus ballianus, L. condensiflorus y en Astragalus garbancillo, fueron obtenidos con el tratamiento de 100% de relave de mina. El factor de bioconcentración de cadmio en las tres especies fue > 1. Pero, el factor de bioconcentración y de transferencia de plomo y zinc en las tres especies fue < 1, en conclusión, las tres especies son fitoestabilizadores de metales pesados. / Tesis

Memoria para optar al título de Químico / El propósito general de esta Memoria se inserta en el marco del Proyecto Fondecyt Nº 1040567 cuyo objetivo general es recuperar o remover en forma práctica y eficiente los contenidos de los metales pesados cobre y cinc existentes en soluciones acuosas ácidas diluidas de tipo natural o generadas en la actividad industrial y minera del país, mediante un proceso basado en la moderna tecnología de Membranas Líquidas Emulsificadas (MLE). Específicamente en esta etapa del estudio se requería obtener información básica y fundamental respecto al equilibrio y la cinética de extracción y relativa a parámetros de transferencia de masa que rigen el mecanismo de transporte de los metales en la MLE. Con este fin se realizaron experimentos de transporte en una Celda de Transferencia Agitada (CTA) empleando soluciones preparadas en laboratorio que simulan las de origen industrial. Se estudió la estabilidad de la membrana en la CTA, observando y midiendo la eventual ruptura de la emulsión en función de las variables que afectan al proceso, incluido el uso de compuestos tensoactivos adecuados. Se realizó un estudio de optimización de las variables que afecta el transporte de los metales en la Celda de Transferencia Agitada. La celda de transferencia agitada diseñada para este estudio resultó ser adecuada, logrando obtener una interfase clara entre la fase de alimentación y la emulsión primaria, lo que permitió definir el área interfacial del proceso y disminuir fenómenos de ruptura de emulsión. Respecto a la influencia de las variables químicas que afectan la extracción y el flujo de Cu(II) con el extractante transportador LIX-860 N-IC y el del ion Zn(II) con D2EHPA a través de la membrana líquida, se puede indicar que el transporte de ambos iones se beneficia con el aumento de la concentración del extractante en la fase orgánica y con el aumento del pH de la fase acuosa de alimentación lo que señalaría que la reacción de extracción entre el metal y el transportador ocurriría en la interfase que separa la solución acuosa alimentadora y la emulsión primaria. La velocidad inicial de extracción aumentó con el incremento de la concentración del metal a extraer en dicha interfase. La concentración del agente de retroextracción (H2SO4) en la fase acuosa interna aceptora del metal, no presentó un efecto marcado indicando la limitada influencia que tiene esta etapa sobre la velocidad global del proceso. A su vez, se observó que aumenta la extracción de cobre y de cinc a medida que se aumenta la velocidad de agitación en la celda de transferencia hasta cierto valor (40 rpm) tras lo cual el transporte del metal se hace independiente de esta variable. Se requiere además una razón en volumen Vorg/Vac interna de 2,0. Ambas condiciones en la emulsión primaria aseguran un adecuado movimiento de las gotas de la fase acuosa interna lo que beneficia el fenómeno de transporte del metal en la MLE. Una mayor velocidad de agitación en la preparación de la emulsión y del sistema alimentación-emulsión primaria en la celda de transporte agitada generó gotas de la emulsión de menor tamaño, incrementando por tanto el área interfacial para la reacción del extractante con el metal, por aumento de los sitios de reacción. Sin embargo, una excesiva velocidad de agitación produciría fenómenos de coalescencia y ruptura de los glóbulos de la emulsión tornándola inestable. Se proponen probables reacciones químicas de los iones metálicos a extraer con los respectivos extractantes transportadores utilizados. Finalmente es posible indicar que los resultados presentados en este estudio señalan lo promisorio de esta tecnología de Membrana Líquida Emulsionada (MLE) en el tratamiento de efluentes industriales y soluciones naturales diluidas que contienen metales pesados. A partir de dichos resultados, se está trabajando en un mecanismo de transporte del metal en la MLE, el cual considera un fenómeno de trasferencia de masa con reacción química / The general purpose of this Thesis is inserted in the development of the Research Project FONDECYT Nº 1040567, whose objective is the practical and efficient recovery or removal of contents of copper and cinc existent in natural or waste dilute acid aqueous solutions by means of the novel process based on emulsified liquid membrane (ELM). Specifically in this step of the study is required to obtain basic and fundamental information with respect to the equilibrium and kinetics extraction and related with mass transfer variables that govern the metal transport mechanism in the ELM. With this aim, experiments were carried out in a stirring transfer cell-type reactor using synthetic aqueous solutions prepared in laboratory which simulate those of industrial origin. It was studied the membrane stability at the transfer cell, being observed and measured the eventual break down of emulsion as a function of the variables that affect the process, including the employment of an appropriate surfactant compound. It was accomplished an optimization study of all variable that influence the transport of metals through the membrane in the stirring cell. This stirring transfer cell designed for this study was adequate being achieved a neat and clear interface between the aqueous feed solution and the primary emulsion, which let to define the interfacial area for the process and diminish emulsion break down troubles. The extraction and flux of copper with the oximic carrier (LIX-860 N-IC) and that of cinc with D2EHPA through the membrane were enhanced as the carrier extractant concentration in the organic phase were increased. The same effect presented the rise of pH of aqueous feed. Both facts are indicating that the extraction reaction between the metals and the carriers would occur in the interface that separates the feed and the primary emulsion. Furthermore, the initial extraction rate increased with the increment of metals content to be uptaken in such interface. The concentration of sulfuric acid (back-extraction agent) in the acceptor inner aqueous phase did not present any marked effect on transport indicating the limited influence that this step has on the global rate of process.Moreover, it was observed that the metals extraction is enlarged as the stirring speed in the transfer cell is increased as far as 40 rpm and that over this value the transport of metals become independent of this variable. It is also required use a volume rate Vorg/Vac inner of 2.0. Both conditions in the primary emulsion assure an adequate movement of inner aqueous phase droplets which improve the transport of metals in the ELM. A higher stirring speed to prepare the primary emulsion and in the transfer cell generated emulsion globules of smaller size, being in this way increased the interfacial area for the chemical reaction between the carrier extractant and metals, due to the augment of reaction sites. However, an excessive increment of stirring speed would produce coalescence of emulsion droplets and break down of emulsion globules turning it unstable. Probably extraction chemical reactions between the extractant and metals are proposed. Finally, it is possible to indicate that the results shown in this study are indicating how promissory is the ELM technology for treatment of dilute industrial effluents and natural solutions containing heavy metal ions. From these results, a metal transport mechanism through the membrane is being analyzed which considers a mass transfer-with chemical reaction model

Memoria para optar al título de Químico / En esta Memoria de Título se estudió la recuperación de cobre y zinc desde soluciones acuosas ácidas similares a las encontradas en drenajes ácidos de mina y aguas residuales industriales, mediante las metodologías de membranas liquidas emulsificadas (MLE) y mediante microencapsulación de extractantes (MC). Respecto al uso de las MLE, el estudio fue definido en función de las variables que afectan la recuperación y/o remoción de los metales presentes en las soluciones a tratar mediante MLE, en un sistema extractor discontinuo del tipo Tanque Agitado Batch (TAB) que funciona con formación de la doble emulsión. Se estudió el efecto de las variables químicas que afectan el proceso, siendo posible indicar que el aumento de la concentración de los extractante en la fase orgánica favorece el equilibrio y la velocidad de extracción del metal de interés. El aumento del pH de la fase acuosa de alimentación benefició la reacción de extracción entre los metales y los extractantes transportadores y la fuerza ácida de la solución de stripping (concentración del H2SO4) presentó una gran importancia, al generar una gran diferencia de concentración de los protones a ambos lados de la membrana, activando el transporte del metal y permitiendo la ruptura del complejo en la interfase de retroextracción. Se determinó que se requiere de un contenido mínimo del tensoactivo en la solución orgánica para estabilizar la membrana, hecho que fue cuantificado mediante la determinación de valores de constante de ruptura de las emulsiones KR. Respecto a la metodología de encapsulación de extractantes, se estudió la microencapsulación del extractante alquilfosforado PC-88A con el propósito de estudiar la remoción de Cu y Zn. Se probaron diferentes proporciones de monomeros – divinilbenceno y estireno – en la conformación de la matriz polimérica. Se determinó la cantidad de extractante retenido en las microcapsulas y se verificó la capacidad hidrometalúrgica de las microcapsulas mediante experimentos de equilibrio de adsorción en “batch”. La extracción de Zn(II) con el extractante fosfónico resultó ser superior a la medida para Cu(II). En base a los resultados experimentales obtenidos y su discusión, se puede indicar que ambas metodologías estudiadas (MLE y MC) son muy promisorias y atractivas, siendo particularmente eficientes en el tratamiento de remoción de metales pesados desde soluciones diluidas de origen industrial y minero / It is studied the recovery of copper and zinc from aqueous acid solutions that simulate acid mine drainages and industrial residual waters by both emulsion liquid membranes (ELM) and microencapsulation of extractans (MC). With respect to the use of ELM technology, the aim was to determine the variables that affect the recovery and removal of metals present in the solutions to be treated, by using a stirred tank-type emulsion liquid membrane contactor that operates in batch in which the double emulsion is formed. It was studied the influence of chemical variables that affect the extraction process, being possible to indicate that the increasing of extractant content in the organic phase favored the extraction equilibrium and kinetics of metals. The increase of feed aqueous phase pH favored the extraction chemical reaction between the metals and the carrier extractants. The acidity strength of stripping solution (H2SO4 concentration) presented a great importance by generating a big hydrogen-ion concentration gradient at both side of membrane which activate the metal transport and letting the rupture of the metal-extractant complex at the back-extraction interface. It was determined that is required a minimum amount of surfactant compound at the organic solution to stabilize the membrane which was confirmed by measuring values for the emulsion breakdown constant, KR. With respect to the use of MC technology, it was studied the microencapsulation of the alkylphosphonic extractant, PC-88A, with the purpose to investigate the removal of Cu and Zn. It were testes different monomer proportions – divinylbenzene and styrene –to conform the polimeric matrix. It was measured the extractant amount held in the microcapsules and was verified the hydrometallurgic capacity of them by carrying out adsorption equilibrium runs in a batch system. The extraction of Zn(II) with the phosphonic extractant was higher than those of Cu(II). From the experimental results and their discussion, it can indicate that both methodologies (ELM and MC) are very promising techniques, specially efficient in the treatment of heavy metals removal from dilute solutions originated in industrial and mining works

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El uso del poliuretano se propone por tener en su composición química grupos funcionales que poseen afinidad con los metales pesados - similar a dicha estructura química se puede encontrar en las cadenas proteicas de la queratina de las plumas de pollo - por lo que en el desarrollo de la investigación se funcionalizó la queratina, tanto en medio ácido como en medio alcalino, para luego ser adicionada como biofibra en la reacción de producción de poliuretano. Esto se tradujo en una esponja mucho más dura. Realiza la modificación de la superficie de los materiales producidos. Permitió estabilizar al poliuretano e incrementó su propiedad de remoción de cromo, ésta debido al incremento de cadenas oxigenadas. Los resultados obtenidos a raíz de las cinéticas de remoción del Cr hexavalente a pH 2.5, con el poliuretano, poliuretano con queratina ácida y alcalina y poliuretano con la superficie modificada, arrojan resultados alentadores, pues confirma la acción de las modificaciones a la que fue expuesta el material, comprobadas por las cinéticas de remoción de Cr (VI) realizadas durante nueve horas y una por 24 horas, analizadas luego por espectroscopía UV-VIS a 540 nm, con un lapso de una hora y media y dos horas respectivamente. Esta actividad se desarrolló en soluciones de cromo hexavalente a concentraciones de 100 ppm, 80 ppm, 60 ppm y 40 ppm. Llama la atención la capacidad de remoción del material en estas cuatro concentraciones, puesto que si bien es cierto el porcentaje de remoción del material no es al 100%, se comprueba que aún pasada las 24 horas de cinética, el poliuretano con la superficie modificada, llega a un 34% de remoción en concentración de 40 ppm, notándose aún que la tendencia de remoción va en aumento. / Tesis

La industria textil anualmente genera 280 000 toneladas de efluentes contaminados con colorantes azoico, que son tóxicos, cancerígenos y mutagénicos; por ende, requiere soluciones eficientes de descontaminación. Se diseña y caracteriza un consorcio microbiano con excelente capacidad de degradación de azul directo, que podría ser usado para la descontaminación de efluentes. Se colectaron en total 12 muestras: 6 de aguas residuales y 6 de fango acumulado en el punto de confluencia del efluente, ambas colectadas de una fábrica textil ubicada en la región de Lima. Se seleccionaron 2 cultivos debido a su mejor respuesta a la decoloración in vitro en medio Zhou y Zimmerman (ZZ). Se aislaron 5 cepas bacterianas, y con ello se construyeron 27 consorcios. Se seleccionó el consorcio CP23, pues resultó tener mejor rendimiento promedio. Se extrajo el DNA genómico de las 2 cepas bacterianas que conformaban el consorcio CP23, y se secuenciaron mediante tecnología de Illumina MiSeq®. Las cepas fueron identificadas como Enterococcus gallinarum PL23 y Stenotrophomonas maltophilia LS23. Se evaluaron las cinéticas de crecimiento de las cepas puras y cuando conformaban el consorcio CP23 en medio ZZ suplementado con 100 ppm de Azul Directo a través del recuento en cámara PetroffHausser. Se obtuvo una mayor velocidad de crecimiento (μ) de parte del consorcio, siendo esta de 2.6 +/- 0.05 x 10-2 min-1, y un menor tiempo de duplicación, el cual fue de 26.5 +/- 0.5 min. Se optimizaron los parámetros más importantes de biodegradación in vitro cuantificados mediante espectrofotometría UV-Vis, estos fueron 0,5% de glucosa, 1% de extracto de levadura, pH 8, 37ºC, 2 x 106 UFC x ml-1 de inóculo inicial y 100 ppm de colorante, obteniéndose un rendimiento promedio de 91.53% a las 6 horas. Además, se evaluaron cinéticas de decoloración del consorcio CP23 con otros colorantes azo: amarillo drimaren, rojo drimaren, azul marino remazol, azul remazol, amarillo oro remazol, azul turquesa remazol y rojo remazol, con rendimientos de más del 95% en su mayoría. Los resultados representan el primer estudio en el país sobre el diseño y caracterización de consorcios microbianos con capacidad de degradación de colorantes azo, aislados de efluentes textiles en Perú con potencial uso en biorremediación de aguas residuales. / Tesis