Memoria para optar al título de Químico / La aplicación de biosólidos a suelos con el fin de disposición, complementar o sustituir a los fertilizantes sintéticos, puede incorporar a éstos, especies inorgánicas y orgánicas capaces de causar un posible efecto adverso en el medio ambiente. El riesgo ambiental de los compuestos orgánicos contenidos en los biosólidos, tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), bifenilos policlorados (PCBs), dioxinas y furanos (PCDD/F), compuestos orgánicos volátiles (VOCs) y surfactantes, depende de factores tales como su concentración, persistencia, labilidad, biotoxicidad y habilidad para ser incorporados en la cadena trófica. Dentro de dichos compuestos, son de gran interés los PCBs, cuyo uso está prohibido en nuestro país y se encuentran dentro de la lista de los doce compuestos más peligrosos para los seres vivos.
El objetivo de este trabajo fue evaluar la movilidad de los contaminantes orgánicos del tipo PCBs, en suelos enmendados con biosólidos mediante el proceso de incubación y el uso de columnas de lixiviación. Se utilizaron suelos provenientes de la Región Metropolitana, y un biosólido de una de sus plantas de tratamientos de aguas servidas, el cual previo a su uso como enmienda, fue enriquecido con 300 mg·kg-1de PCBs totales (Aroclor 1242, Aroclor 1254, Aroclor 1260 cada uno en 100 mg·kg-1), para cuantificar de mejor manera la eventual movilidad. Las muestras de suelos se enmendaron con el biosólido en una relación de 30 Mg·ha-1. El proceso de incubación se llevó a cabo durante periodos de 0, 30 y 60 días, en condiciones de temperatura constante y capacidad de campo. Para el estudio de lixiviación en columnas, se utilizaron las muestras de suelo con mayor y menor cantidad de materia orgánica. Estas columnas de lixiviación fueron fabricadas en acrílico, de 12 cm. de alto por 2 cm D.I. seccionada en 6 partes iguales de 2 cm. cada una. En la parte superior se dispuso lodo enriquecido con 300 mg·kg-1 de estos compuestos. En cada una de siguientes cuatro secciones se colocaron 12 g de suelo y la inferior fue llenada con arena de cuarzo. Se utilizaron dos sistemas para realizar la lixiviación: CaCl2 0,5 M y una solución del sulfonato de alquilbeceno lineal (LAS) 25 mg·L-1, considerando que los biosólidos contienen altas concentraciones de estos detergentes. Para la extracción de los analitos se utilizó la técnica de extracción con solventes presurizados (PSE) en continuo y asistido con ultrasonido, a una presión de trabajo de 1900 ± 100 psi, a flujo constante de 2 mL·min-1, y a temperatura de 50 ± 5 ºC. El extracto obtenido fue secado en una columna de vidrio con 10 cm de Na2SO4. El volumen de extracto después del secado fue reducido a 1 mL en un concentrador Kuderna-Danish, luego se realizó un “clean up”, en una columna de vidrio que contenía 3 g de sílica gel y 2 cm de Na2SO4, eluyendo los analitos finalmente con 80 mL de n-hexano, para su posterior concentración a 1 mL bajo flujo de nitrógeno. Se usó como estándar interno una mezcla de fenantreno-criseno deuterados y los compuestos fueron determinados a través de cromatografía de gases acoplada a un detector de masa, para esto, se utilizó un equipo GC-MS MAT-95XP con una columna HP-5 de 30 m x 0,32 mm D.I. x 0,25 μm de fase interna. Para el análisis de los cromatogramas se utilizó el software XCALIBUR.
Los resultados mostraron la presencia de PCBs en biosólidos previo al enriquecimiento, en concentraciones máximas de 300 μg·kg-1. La liberación de PCBs correlacionó con el tiempo de incubación, mostrando una mayor disponibilidad de estos al ir aumentando el tiempo de incubación. El estudio de lixiviación en columnas, mostró que el CaCl2 no fue capaz de movilizar los PCBs desde el biosólido al suelo, en la escala de tiempo implícita en el experimento (30 días), en cambio el surfactante LAS movilizó estos compuestos, obteniéndose concentraciones de 1,57 mg·kg-1 y 0,55 mg·kg-1 para la segunda sección y de 0,83 mg·kg-1 y 0,35 mg·kg-1 en la tercera sección de la columna para los suelos LP (La Paloma) y EM (El Maitén) respectivamente, y concentraciones de 0,20 mg·kg-1 y 0,10 mg·kg-1 en la cuarta y quinta sección de la columna con el suelo LP. Los congéneres que fueron detectadas en las secciones más profundas de la columna LP (cuarta y quinta sección) correspondieron a los congéneres de mayor peso molecular (HCBp y HeCBp). Los resultados demuestran que la presencia de LAS encontrado en el biosólido estudiado en concentraciones de mg·L-1, podrían movilizar PCBs al suelo. / The application of biosolids to soils with the purpose of complementing or replace synthetic fertilizers or simply as a biosolid disposal, can incorporate to these substrates inorganic and organic species capable of causing a possible adverse effect on the environment. The environment risk of the organic compounds contained in the biosolids as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polychlorinated dibenzodioxin and dibenzofurans (PCDD/Fs), volatile organic compounds (VOCs) and surfactants, depends on the factors such as their concentration, persistence, lability, biotoxicity and ability to be incorporated in the food chain. Within these components, PCBs are of increasing interest, their use is banned in our country (Chile) and they are found in the list of the twelve most dangerous families of compounds to the human being.
The aim of this research was to evaluate the PCBs mobility in soils amended with biosolids by means of the process of incubation and the use of leaching columns. Soils from the Metropolitan Region and one biosolid from a wastewater treatment plant in this region have been used. Before the use of the biosolid as amend, it was spiked with 300 mg·kg-1of PCBs (Aroclor 1242, Aroclor 1254, Aroclor 1260 each with the amount of 100 mg·kg-1) in order to quantify clearly the eventual mobility of these compounds. Soil samples were amended with the biosolid in a rate of 30 Mg·ha-1. The incubation process was carried out during a period of 0, 30 and 60 days at constant temperature and field capacity. For leaching columns study, soil samples with different amounts of organic matter were used. These leaching columns were made of acrylic in 2 cm ID and 12 cm length sectioned in 6 equal parts of 2 cm each. Spiked biosolid was located in the upper part of the columns. In each of the following four sections, 12 g of soil was added and the bottom part was filled up with quartz. Two aqueous solutions were used to perform the leaching test: 0,5 M CaCl2 and 25 mg·L-1 linear alkylbenzene sulfonate (LAS), taking into account that the biosolids contain high concentration of these surfactants.
Pressurized solvent extraction (PSE) was used for extraction of PCBs from the samples. This technique was assisted by ultrasound. Extractions were carried out by using a pressure of 1900 ± 100 psi, with a constant flow of 2 mL·min-1 and with temperature of 50 ± 5 ºC. The obtained extract was dried in a glass column with 10 cm of Na2SO4. The volume of the extract after being dried was reduced to 1 mL in a Kuderna-Danish concentrator. The “clean-up” was performed in a glass column which contained 3 g of silica gel and 2 cm of Na2SO4. Finally the analytes were eluted with 80 mL of n-hexane and concentrated to 1 mL under nitrogen flow. A mix of phenanthrene-chrysene was used as internal standard and the compounds were determinated by gas chromatography coupled to a mass detector. For this the equipment GC-MS MAT-95XP was used with a column HP-5 of 30 m x 0.32 mm D.I. x 0.25 μm as an internal phase. For the analysis of the chromatograms the software XCALIBUR was used.
The results show the existence of native PCBs in the biosolids with concentrations of 300 μg·kg-1 maximum. The release of the PCBs correlated with the incubation time, showing an increase with this variable. The leaching columns study showed that the CaCl2 was not able to mobilize the PCBs from the biosolid to the soil column, instead the surfactant solution (LAS) mobilized these compounds, obtaining concentrations of 1.57 mg·kg-1 and 0.55 mg·kg-1 in the second section and values of 0.83 mg·kg-1 and 0.33 mg·kg-1, in the third column section for the soils LP (La Paloma) and EM (El Maitén) respectively and concentrations of 0.20 and 0.10 in the fourth and fifth sections section of LP soils. The concentration that was detected in the lowest sections of the column (fourth and fifth sections) corresponded to the congeners of higher molecular weight (HCBp and HeCBp). The results demonstrate that the presence of the LAS found in the biosolid studied in concentrations of mg·kg-1 could mobilize PCBs to the soil. / FONDECYT
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/111994 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Leiva Miranda, Claudio Andrés |
| Contributors | Ahumada Torres, Aída Inés de Lourdes, Richter Duk, Pablo, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas, Departamento de Química Inorgánica y Analítica, Laboratorio de Química Ambiental |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | English |
| Type | Tesis |
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