El presente estudio tuvo por objetivo rehabilitar un suelo degradado debido a la extracción de áridos, teniendo como hipótesis que la acción conjunta de residuos orgánicos en el sustrato edáfico aumenta la productividad de un suelo sometido a extracción del subsuelo. Por lo tanto, se planteó evaluar dos residuos orgánicos, uno correspondiente a la producción de aceite de oliva (alperujo) y el otro proveniente del procesamiento de algas para la extracción de fitovigorizantes. Se utilizaron distintas mezclas en volumen de estos residuos (0 – 25 – 50 – 75 – 100%) más un testigo. En un suelo areno francoso (Serie Rinconada de Lo Vial), se aplicaron dosis de 7,5 y 15 Mg ha-1 de las mezclas en macetas de 1,8 L, estableciendo un cultivo de Avena sativa L. con un diseño factorial de 6 × 2 (mezclas y dosis respectivamente) con 4 repeticiones. Se evaluaron parámetros de la planta (cantidad de semillas germinadas, cantidad de macollas por maceta, producción de biomasa seca) y algunos parámetros físicos de suelo (retención de agua, densidad aparente y densidad real) trascurridos tres meses desde el acondicionamiento. Los resultados obtenidos en suelos sometidos a extracción de áridos y acondicionados con materia orgánica, indican que mejora la retención de agua y disminuye la densidad aparente del suelo. La mayor producción de biomasa se obtiene con la aplicación de enmiendas con contenido de algas superior a 75% en el volumen, en cambio las mezclas con mayor cantidad de alperujo en su composición (mayor al 75% del volumen) se observa una producción de biomasa menor que la obtenida con el testigo sin enmienda, aunque sin diferencias estadísticas significativas con respecto a éste. La aplicación de residuos orgánicos no siempre resulta en un aumento de la productividad de los suelos degradados, dependiendo en gran medida de la estabilidad de los residuos y la dosis de aplicación.

El bioetanol es uno de los biocombustibles líquidos con mayor potencial para sobrellevar el agotamiento y sobreutilización del petróleo como principal carburante a nivel mundial. El presente trabajo estudia la estrategia Sacarificación y Fermentación Simultáneas (SSF) como la principal tecnología de fermentación que permite aumentar la producción de bioetanol a partir de residuos forestales, específicamente de la especie Nothofagus pumilio también conocida lenga. El estudio comprendió una primera etapa en donde se identificaron los parámetros críticos que afectan el rendimiento de etanol al utilizar la estrategia SSF. En una segunda etapa, se realizó un trabajo experimental sobre éstas y se determinaron las mejores condiciones de operación. El factor que mostró tener un efecto más significativo en el rendimiento de etanol correspondió al tipo de pretratamiento utilizado: ácido sulfúrico diluido (ASD 0,75%) versus el líquido iónico (LI) 1-etil-3-metiImidiazol cloro ([EMIM]Cl). Los resultados obtenidos mostraron que la mayor concentración de etanol, 10,4 g/l, fue alcanzada usando una fracción sólida al 9% p/v del material pretratado con el líquido iónico [EMIM]Cl. Se utilizó la levadura S. cerevisiae cepa Red Star como microorganismo fermentador, una concentración inicial de inóculo de 10 g p.s./l, una carga enzimática de 37 FPU/g de sustrato, 40°C como la temperatura de fermentación, 72 horas como el tiempo de reacción, 300 rpm como la velocidad de agitación y el surfactante Tween 20 como modificador de la actividad enzimática. Para el mejor caso se obtuvo un rendimiento de etanol de 0,12 g/g de material pretratado y una productividad volumétrica de etanol de 1,2 g/lh para las primeras 6 horas. Al comparar los dos tipos de pretratamiento, se obtuvo que utilizar el LI se logró un valor de rendimiento de fermentación del orden de un 47% respecto del valor teórico máximo; mientras que para el pretratamiento con ASD sólo se logró un valor del 23%. Además, se observó que un aumento en la masa a pretratar implicaría una disminución de los azúcares fermentables disponibles en la etapa de sacarificación y una consecuente disminución en el rendimiento final de etanol. Por otro lado, se comparó la estrategia SSF con la estrategia Sacarificación y Fermentación Separadas (SHF). Se obtuvieron valores de 146 y 72 litros de etanol por tonelada de material pretratado con LI, respectivamente, destacándose un incremento del 103% en la producción de etanol por la tecnología SSF respecto de la estrategia SHF. Considerando una masa potencial de 254 mil toneladas anuales de residuos de lenga, se estimó una producción de 32 mil m3 de bioetanol, que corresponderían al 50 y 20% de la demanda nacional del biocombustible necesario para utilizarse en las mezclas normadas de 2 y 5% etanol-gasolina. Como conclusión del trabajo elaborado, se estima importante continuar con los estudios desarrollados con el fin de aumentar el rendimiento de etanol obtenido a partir de la estrategia SSF. Para esto, se recomienda seguir estudiando las condiciones de pretratamiento con el LI [EMIM]Cl, aumentar el tiempo de reacción y analizar factores que limiten el desarrollo del M.O. fermentador.

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Ingeniero Civil / Los depósitos de relaves espesados, o TTD según sus siglas en inglés (Thickened Tailings Disposal), son aquellos en los cuales el relave descargado ha sido sometido a un proceso de espesamiento, incrementando las concentraciones de sólido en peso en comparación al relave convencional. Esta tecnología está siendo cada vez más utilizada en los últimos años debido principalmente a que permite una utilización más eficiente del agua que los relaves convencionales. Desde la perspectiva ambiental, uno de los mayores problemas provocados por la depositación de relaves es la contaminación de las napas subterráneas debido a la infiltración de agua desde los depósitos. El uso de TTD, en teoría, reduciría en forma considerable este impacto, debido a que contienen un bajo contenido de agua, además de material altamente impermeable. Si bien existen estudios de laboratorio, terreno y modelación que muestran que la infiltración mediante este método es baja, aún es necesario avanzar en estudios que permitan entender de mejor manera este fenómeno. La presente investigación está enfocada en el análisis de los parámetros geotécnicos que controlan la infiltración de agua desde los relaves espesados hacia el subsuelo, considerando las características tanto de los relaves como de los suelos subyacentes a los depósitos. En esta investigación se implementó un ensayo de laboratorio que permite medir la humedad en el suelo subyacente al depositar sobre él una capa de relave. El aparato utilizado consistió en un cilindro de 40 a 50 cm de alto y 9,6 cm de diámetro dentro del cual se colocó una capa de suelo natural de 30 a 40 cm de espesor y sobre él la capa de relaves de 5 cm de espesor con las características típicas de depositación. La humedad fue medida en profundidad a través de sensores conectados a un datalogger. El programa de ensayos desarrollado consideró tres relaves provenientes de diferentes proyectos mineros y dos suelos naturales con distintas características geotécnicas, que provienen de sitios en donde se emplazarán depósitos de relaves. Los resultados de los ensayos permiten concluir que la infiltración en el suelo es producida en mayor medida inmediatamente después de la depositación del relave y la cantidad de agua infiltrada depende, principalmente, de las propiedades intrínsecas del suelo de fundación y no de las características del relave. Por otra parte, la infiltración al suelo de fundación no se ve afectada de manera importante por efecto de la radiación. En el relave, en cambio, la humedad final es controlada principalmente por este efecto. En los ensayos realizados, la infiltración producida en los suelos de fundación, los cuales no presentaban humedad al comienzo de los ensayos, no superó humedades finales de 7% y profundidades superiores a 25 cm al final del ensayo.

Geólogo / Uno de los principales métodos de análisis para determinar el potencial de generación de drenaje ácido es la por medio de ensayos de celdas húmedas. Estos ensayos permiten determinar la respuesta de una determinada muestra a ciclos de humedad e inundación en términos de generación de drenaje ácido y carga de metales. Sin embargo, las condiciones de laboratorio son muy distintas de las que se producen en una faena minera, empezando por el propio material objeto de estudio. Para modelar estas diferencias se dispone de tres muestras a las que se les realizaron los ensayos de: microscopía, ensayos de celdas húmedas, ensayos ABA, extracción secuencial, granulometría y análisis de química total. Luego de caracterizar las muestras y usando el modelo "shrinking core model" considerando la modificación de Gbor (2004). Se implementó el modelo y se observó cómo se comportarían las muestras si tuviesen una distribución granulométrica típica de botadero (Mclemore et al., 2004). Para dar validez al modelo se comparó con los resultados de celdas húmedas, considerando para este caso la granulometría de cada muestra. Los resultados mostraron que: debido a las diferencias granulométricas se pueden esperar pHs más altos en un botadero pues posee una fracción fina muy baja en comparación a las muestras sometidas a los ensayos, debido a que estas han sido preparadas. Las diferencias en los valores de una misma muestra pueden ser hasta de un punto en los últimos ciclos. Además de este modelo se propusieron dos variantes, en la primera se limitó a que solo podría reaccionar la pirita expuesta directamente en superficie, en segundo lugar se hizo variar el contenido de pirita, para observar el comportamiento y la sensibilidad respecto a esta variable. Lo que se observó fue que tanto el contenido de pirita como el modo de reacción de las muestras juega un papel importante en el control del pH, pudiendo hacer que este llegue a cifras varios puntos por sobre, o debajo, del modelo anterior. Finalmente, se proponen una serie de mejoras al modelo, con el fin de poder representar lo que en verdad ocurre en un botadero; sin embargo, resulta interesante notar el rol que juega la distribución granulométrica cuando todo el resto de las variables se mantienen constantes.

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Tesis (magíster en derecho ambiental) / El propósito de este trabajo es identificar y analizar la legislación chilena de carácter ambiental y realizar un estudio comparativo entre ésta y las Decisiones de la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) relacionadas con temas ambientales. Estas Decisiones, que son un total de 6 documentos que, para los países miembros tienen carácter vinculante, se refieren de modo general, a la información sobre productos químicos, el control de residuos peligrosos, y el intercambio de información en relación a accidentes que puedan causar daños transfronterizos. Adicionalmente, se propone identificar potenciales vacíos legales en nuestro ordenamiento jurídico sobre los temas mencionados. El trabajo se divide en cuatro capítulos, siendo que el primero se refiere a la caracterización de la investigación, donde se presentan: la justificación, los objetivos, general y específicos, y la metodología de la investigación. Se utiliza metodología de tipo cualitativa, análisis documentario, revisión de documentos oficiales y análisis de contenidos. Para una mejor comprensión de las Decisiones de la OCDE, documentos en inglés, se procedió a su traducción al español, la cual se adjunta como anexos en el presente trabajo. El segundo capítulo presenta el marco teórico, donde se entregan antecedentes de la OCDE y se relata brevemente la situación de la normativa legal de carácter ambiental en Chile. El tercer capítulo presenta el análisis comparativo entre las Decisiones OCDE y la legislación chilena ambiental equivalente, donde se señalan las similitudes y diferencias entre ellas. El último capítulo contiene una revisión de proyectos de ley, en trámite legislativo, referidos a los temas de las Decisiones y se presentan las conclusiones y recomendaciones de esta investigación.

La gran minería del cobre a rajo abierto en Chile, involucra la movilización de enormes cantidades de materiales estériles. Estos materiales son acarreados desde el rajo y depositados en áreas específicamente preparadas para este fin, configurando depósitos de estériles o botaderos de grandes dimensiones. En este trabajo se busca identificar las bases conceptuales para establecer un análisis cuantitativo de estos sistemas hidrogeológicos artificiales, para desarrollar una metodología de modelación hidrogeológica de depósitos de estériles que permita evaluar, en términos de cantidad, los flujos de agua en este medio de características no saturadas. Se desarrolla un modelo conceptual que incluye las principales características físicas e hidráulicas del depósito y los desechos rocosos, y donde se describen los principales procesos que intervienen en el flujo a través de un depósito de estériles. Luego, se propone una metodología de modelación numérica que permita determinar la cantidad de agua que percola en la base del botadero, sin considerar los temas de calidad del recurso hídrico. Los procesos de flujo que pueden ocurrir al interior de un botadero se dividen principalmente en flujo mátrico y flujo preferencial, donde el primero ocurre en suelos finos gracias a las fuerzas de succión mátrica y el segundo ocurre por la presencia de zonas de fracturas o macroporos interconectados. La ocurrencia de los diversos procesos de flujo depende de las características hidrogeológicas y la estructura interna del depósito de estériles. Estas características y el comportamiento hidrogeológico del botadero en general, son determinadas por la geología original de la zona en explotación, la operación minera, las técnicas de construcción del depósito de estériles, los procesos de erosión y las condiciones climáticas. Para la modelación numérica se realiza una revisión de diferentes métodos de simulación, así como de las herramientas computacionales disponibles, con el objetivo de entregar recomendaciones para su utilización. A partir de esta revisión, se propone utilizar el programa VisualHELP para determinar la tasa neta de infiltración y el programa HYDRUS-2D para evaluar el almacenamiento de humedad al interior del depósito y la percolación en la base. El modelo desarrollado es aplicado a un caso específico de la minería chile, Minera El Morro en la III región, cuya información característica se encuentra disponible en organismos públicos, específicamente en las bases de datos del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA – CONAMA). Con esto se evalúa la aplicabilidad y eficiencia de la metodología de modelación propuesta. Los resultados de una modelación hidrogeológica de depósitos de estériles, serán de mucha utilidad en estudios futuros que se orienten a evaluar potenciales problemas ambientales, tanto por la alteración de los flujos naturales de aguas subterráneas y superficiales, como por contaminación de las mismas.

Los biocombustibles son una alternativa a los combustibles derivados del petróleo. En particular, el bioetanol podría reemplazar en forma parcial el uso de la gasolina, sin modificaciones a los motores y con la ventaja de ser renovable y tener un menor impacto ambiental. El proceso de producción de bioetanol a partir de residuos forestales comienza con un pretratamiento de la materia prima mediante diversos métodos que permiten incrementar la eficiencia de la etapa de hidrólisis de la celulosa. A su vez, esta hidrólisis permite obtener glucosa que es fermentable por microorganismos como la levadura Saccharomyces cerevisiae. Como producto de la fermentación se obtiene el etanol, el cual luego debe ser llevado a una pureza del 99,5%. Por otro lado, a partir de corrientes secundarias del proceso se pueden obtener subproductos, lo que se conoce como biorefinería, o también se pueden utilizar para generar energía térmica y eléctrica, lo que se conoce como cogeneración. En el presente trabajo se evaluaron técnica y económicamente diversas alternativas de producción de bioetanol a partir de residuos forestales, variando el pretratamiento de la biomasa y los coproductos obtenidos, con el objetivo de determinar aquella alternativa con mayor potencial económico. Los pretratamientos considerados fueron: explosión a vapor, organosolv y líquidos iónicos, y los coproductos: energía mediante cogeneración y productos de biorefinería (lignina, levadura y xilitol), considerando toda las combinaciones posibles entre éstos. El estudio consistió en diseñar el proceso correspondiente, realizar los balances de masa y energía y luego integración energética, dimensionar los equipos, confeccionar el layout, estimar los costos de capital y de operación y los ingresos, construir el flujo de caja, obtener los indicadores financieros, y realizar un análisis de sensibilidad respecto de los parámetros críticos, para cada una de las alternativas consideradas. A partir del estudio realizado se determinó que la alternativa con mayor potencial en términos de los indicadores financieros obtenidos es aquella con pretratamiento de explosión a vapor y obtención de coproductos de biorefinería. En este caso se obtuvo un VAN de 50,9 [MMUS$], una TIR del 19,3%, un ROI del 29% y un PRI de 6 años, considerando un procesamiento de 1.200 ton de residuos y una obtención de 240 m3 de bioetanol al día. Adicionalmente, se concluyó que en las condiciones actuales la explosión a vapor es preferible en términos de rentabilidad sobre el organosolv, y éste sobre el pretratamiento con líquidos iónicos (que resultó ser no rentable), mientras que la biorefinería es preferible sobre la cogeneración. Sin embargo, se plantea que existen potenciales escenarios futuros en que esta situación podría cambiar, dado que las técnicas de organosolv y particularmente líquidos iónicos pueden ser mejoradas y el precio de los insumos requeridos puede disminuir. Finalmente, dado que se determinó que el proceso con explosión a vapor y biorefinería es rentable y aquel con mayor potencial económico en la actualidad, se recomienda continuar a un estudio de prefactibilidad sobre dicha alternativa para la producción de bioetanol a partir de residuos forestales en Chile.

Ingeniero Civil, Mención en Estructuras y Construcción / El principal problema ambiental generado por los depósitos de relaves es la contaminación de las napas subterráneas debido a la infiltración en el subsuelo con aguas de proceso. La metodología de depositación de relaves TTD (Thickened Tailings Disposal), implica someter al relave a un proceso de espesamiento, incrementando las concentraciones de sólido en comparación al relave convencional. Este estudio presenta una comparación experimental del potencial de infiltración de relaves convencionales en comparación a relaves espesados con metodología TTD. Para ello se midió empíricamente en una columna de flujo de una dimensión, la infiltración en un suelo natural producida por la depositación sobre el mismo de capas sucesivas de relave de diferentes concentraciones de sólidos, buscando simular el crecimiento de un depósito de relaves. Se implementó una instalación experimental consistente en una probeta cilíndrica de acrílico de 20 cm de diámetro x 100 cm de altura en la que se dispuso en su parte inferior 50 cm de suelo natural compactado, instrumentado con sensores de humedad y un tensiómetro. Luego en forma sucesiva, se depositaron capas de relave, instrumentadas con medidores de humedad, tensiómetro y medidor de temperatura. El programa de ensayos consideró: 2 muestras de relave y 1 muestra de suelo de fundación. Se ejecutaron cuatro ensayos, dos por tipo de relave a dos distintas concentraciones de sólidos. Para el Relave 1 (cobre), tanto el relave convencional como el espesado con metodología TTD, infiltraron el total de la muestra de suelo. Es necesario mencionar que la masa de relave espesado TTD corresponde a 1,85 veces la masa de relave convencional depositado y que en la probeta con relave convencional, en su parte inferior, se acumuló un exceso de agua que permitiría alcanzar una infiltración extra de 12%. Para el Relave 2 (oro y plata), la infiltración alcanzada en la prueba con relave espesado TTD alcanzó aproximadamente el 50% de la muestra de suelo, mientras que durante la prueba con relave convencional, se infiltró el total de la muestra de suelo. La razón entre la masa de relave espesado y la masa del relave convencional equivale a 1,36. En base al análisis y resultados de los ensayos experimentales realizados se ha logrado concluir que la profundidad que alcanza la infiltración dentro del suelo de fundación es una función que depende de la cantidad de agua liberada por el relave hacia el subsuelo y de la curva de retención de agua del suelo, específicamente de su capacidad de campo.