Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Química, Área de Especialización en Química Ambiental y Memoria para optar al Título de Químico / Una de las opciones que actualmente se está dando a los lodos estabilizados o biosólidos, es su aplicación en suelos agrícolas debido al alto contenido de materia orgánica, macro y micro nutrientes necesarios para el crecimiento de plantas, por esta razón, los biosólidos pueden ser benéficamente utilizados como co-fertilizantes en suelos agrícolas o en la recuperación de suelos degradados. No obstante, los biosólidos poseen metales pesados y otros contaminantes orgánicos que pueden contribuir a la contaminación de los suelos y a través de este medio llegar a los productos agrícolas y aguas subterráneas.
Para evaluar el efecto ambiental que un contaminante ejerce en el suelo, es necesario conocer su fracción biodisponible. La determinación de la fracción biodisponible es importante en la evaluación de riesgos de contaminación y puede ser estimada a través de distintos procedimientos, uno de ellos es el procedimiento de extracción secuencial, que consiste en el uso de diferentes reactivos, para obtener la forma del metal que está asociado a los distintos componentes del suelo. La biodisponibilidad habitualmente es determinada a través de sistemas vivos, estos organismos ayudan a estudiar el nivel y/o impacto de agentes contaminantes en el medio ambiente, lo cual requiere de más trabajo y tiempo. Por esa razón, se han desarrollado técnicas nuevas que permiten simular este parámetro de manera más rápida e igualmente confiable: la Técnica de la gradiente de difusión en capa fina (DGT), emplea una resina de intercambio catiónico Chelex, un gel difusivo y un filtro de membrana dentro de un dispositivo plástico, de tal manera, que los iones difundan a través del filtro y del gel difusivo para alcanzar la resina y así, imitar la absorción de metales por la planta. Para relacionar la concentración del metal en la resina con la biodisponibilidad, se utiliza un modelo computacional DIFS (DGT Induced Fluxes in Sediments and Soils) que cuantifica la respuesta del DGT en relación a las características de difusión del suelo y la velocidad del suministro desde la fase sólida a la solución.
Este estudio evaluó Influencia de la aplicación de diferentes dosis de biosólido: 0, 30, 90 y 200 Mg ha-1 sobre la biodisponibilidad de elementos traza (Cu, Cr, Ni y Zn) en suelos agrícolas de la región Metropolitana de Santiago. Se utilizaron tres métodos para determinar la biodisponibilidad de elementos traza en los suelos: cultivos de plantas de maravilla (Helianthus annuus), primera etapa de un procedimiento de extracción secuencial (BCR) y técnica de gradiente de difusión en capa fina (DGT).
Las concentraciones de metales totales, con excepción de Ni, en el biosólido se encuentran bajo los límites permitidos por la norma chilena (DS-4, 2009), para ser aplicado a suelos agrícolas como forma de disposición final. La concentración de metales en el biosólido aumenta en el siguiente orden: Ni < Cu < Cr < Zn. En todos los suelos, la concentración de metales aumenta en el siguiente orden: Ni < Cr < Cu < Zn. Los resultados obtenidos en el procedimiento de extracción secuencial mostraron que los metales se encontraron principalmente en la fracción residual de los suelos, la aplicación de biosólidos en general disminuyó esta fracción a la vez que se produjo un incremento la fracción soluble en ácido (fracción más lábil de los suelos, normalmente asociada con la biodisponibilidad).
Los contenidos de elementos traza en las plantas de maravilla cultivadas en los suelos estudiados, aumentaron con el incremento de dosis biosólidos aplicado sobre los suelos.
En general la CE de Cu determinada con la técnica DGT en los suelos disminuyo con el aumento de dosis de biosólido, en cambio, CE de Cr, Ni y Zn aumentó al incrementar el contenido de biosólido aplicado en los diferentes suelos.
Los resultados obtenidos para los contenidos de metales en los cultivos de plantas de maravilla, la concentración en la fracción soluble en ácido en el procedimiento de extracción secuencial en los suelos y la CE determinada por la técnica DGT-DIFS, se compararon utilizando un análisis de regresión simple para evaluar la eficiencia de estas técnicas en la estimación de la biodisponibilidad de metales en suelos. La comparación del contenido de metales en las plantas y CE muestra una buena correlación solo para Zn en el suelo Lampa (R = 0,862), el coeficiente de correlación de Cr y Zn en el suelo Lampa logrado por la comparación del contenido de metales en las plantas y la fracción soluble en acido fue de 0,879 y 0,941 respectivamente, mientras que en los otros suelos se obtuvieron coeficientes de correlación menores y no significativos. Sin embargo, la comparación de los resultados obtenidos en la fracción soluble en acido y CE permitieron mejores coeficientes de correlación para Cr, Ni y Zn en los tres suelos en estudio. / One of the use options that currently is being given to the stabilized sludge or biosolids, is their application in agricultural soils due to the high content of organic matter, macro and micro nutrients required for plant growth, therefore, biosolids can be beneficially co-used as fertilizer on agricultural land or in the recovery of degraded soils. However, biosolids have heavy metals and other organic pollutants that can contribute to the soils contamination, and through of this medium, to reach to groundwater and agricultural land. To assess on the soil, the environmental effect of a contaminant, it is necessary knowing its bioavailable fraction. The bioavailable fraction determination is important in evaluating the risk of contamination, and can be estimated by various methods, one of them is the sequential extraction procedure, which involves the use of different reagents, to obtain the metal form, which is associated with different components of the soil. Bioavailability is usually determined through living systems, which help to study the level and/or impact of the pollutants on the environment, which requires more work and time. For this reason, new techniques have been developed, to simulate this parameter faster and equally reliable: the technique of diffusion gradient in thin film (DGT) employs a cation exchange resin Chelex, a diffusive gel and filter membrane in a plastic device, so that the ions diffuse through the filter and to achieve diffusive resin gel and thus, mimic metal uptake by the plant. To relate the metal concentration in the resin with bioavailability, a computational model DIFS (DGT Induced Fluxes in Soils and Sediments) that quantifies the response of DGT in relation to the diffusion characteristics of the soil and the rate of supply from the solution to solid phase. This study assessed the influence of biosolid application to soil at various rates,: 0, 30, 90 and 200 Mg ha-1, on bioavailability of some trace elements (Cu, Cr, Ni and Zn) in agricultural soils of the Metropolitan Region. Three methods were used to determine the metal bioavailability in soils: bioassay with sunflower plants (Helianthus annuus), the first fraction of a sequential extraction procedure (BCR) and diffusion gradient in thin films technique (DGT). Excepting Ni, metal concentrations, in the biosolids are under of the limits allowed by the Chilean regulation (DS-4, 2009), to be applied to agricultural soils as a method of disposal. The metal concentration in the biosolid and soils increases in the following order: Ni < Cu < Cr < Zn , and Ni < Cr < Cu < Zn respectively. The results in the sequential extraction procedure showed that the metals are mainly found in the residual fraction of the soil, the application of biosolids generally decreased this fraction, while there was an increase in the acid soluble fraction or labile fraction, usually associated with the bioavailability.
The contents of trace elements in plants grown in the soils studied, increased with increasing biosolids rates, applied to soils.CE for Cu, determined with DGT technique, decreased with increasing biosolid rate, however, CE for Cr, Ni and Zn increased by the biosolids rate applied at different soils.
The results obtained for metal contents in sunflower plants, the concentration in the acid soluble fraction through sequential extraction procedure, and the CE determined by DGT-DIFS technique, were compared using an analysis of simple regression, to assess the efficiency of these techniques respect of the metal bioavailability estimation in soils. The metal content in plants and CE showed a good correlation only for Zn in Lampa soil (R = 0,862), the correlation coefficient for Cr and Zn in the Lampa soil, was achieved by comparing the metals content in the plants and the acid soluble fraction, was 0,879 and 0,941 respectively, while in other soils, were obtained correlation coefficients no significant. However, the comparison with the acid-soluble fraction and CE shown the best correlation coefficients for Cr, Ni and Zn in the three soils studied / Fondecyt
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/145809 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Sepúlveda Alegría, Karen Cyntia |
| Contributors | Ahumada Torres, Aída |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
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