Browsing by Author "Briso Retamales, Alejandro Eduardo"

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    Sludge management of drinking water treatment plants (DWTRS): environmental fate and reuse in metal-rich Andean watersheds
    (2023) Briso Retamales, Alejandro Eduardo; Pastén González, Pablo Arturo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los residuos de las plantas de tratamiento de agua potable (DWTRs) son lodos ricos en oxihidróxidos de Fe y Al, arcillas, arenas y otros componentes que representan desafíos y oportunidades a la gestión sustentable dependiendo de sus propiedades fisicoquímicas. La gestión actual de los DWTRs depende de cada país, que va desde la descarga directa a los ríos aguas debajo de la planta de tratamiento de agua potable (PTAP) hasta reusarlos, por ejemplo, como sorbente de metaloides. Actualmente, existe muy escasa investigación sobre el destino ambiental de DWTRs descargados a nuevos ambientes receptores y su potencial reúso en cuencas andinas ricas en metal(oide)s. Las diferencias hidroquímicas entre cuencas podrían conferirles características diversas a los DWTRs, que impliquen que su gestión y oportunidades de reúso sean sitio-dependientes. Para establecer los desafíos y oportunidades de los DWTRs en cuencas de países mineros, se usó como caso de estudio las cuencas chilenas y así ejemplificar escenarios. Se hizo una caracterización hidroquímica usando monitoreos existentes de las captaciones de agua cruda superficial usadas para generar agua potable. Con ello, se creo un modelo para estimar la composición de los DWTRs para un rango de condiciones hidroquímica y operacionales, lo que permitió establecer una clasificación de los DWTRs en a) limpios, que tienen un alto potencial para reusarlos como sorbentes de contaminantes; y b) cargados, que poseen en su estructura una capacidad de acumular metal(oid)es, los que podrían implicar desafíos en cuanto a su destino ambiental. Los DWTRs limpios, formados con agua del río Maipo, se funcionalizaron (nanoCSH_DWTRs), es decir, se modificaron los grupos funcionales en su superficie con silicatos de calcio nanoestructurados hidratados (nanoCSH). Se caracterizaron mediante técnicas múltiples como SEM, IR, XRD, XRF, BET, entre otras. Se estudió la reactividad de DWTRs cuantificando la sorción de Cu y As a distintos pH, dosis de DWTRs, generando curvas cinéticas e isotermas de remoción. Se encontró mayor remoción de Cu con nanoCSH_DWTRs a pH más ácidos (pH3). La remoción colectiva de As-Cu fue mayor con nanoCSH_DWTRs en muestras de ríos enriquecidos en metales (e.g., río Toro, río Yerba Loca y río Mapocho Alto). Estos resultados sugieren que la funcionalización con nanoCSH es una muy buena alternativa para remediar metal(oide)s en ambientes ácidos como accidentes de derrame de relaves o concentrados mineros. Los DWTRs cargados y limpios fueron estudiados para establecer el destino químico mediante escenarios de descarga de DWTRs a nuevos ambientes receptores. Se usaron DWTRs cargados con Cu (DWTRs-Cu, formados con agua del río Mapocho alto), DWTRs cargados con As (DWTRs-As, formados con agua sintética) y DWTRs limpios (DWTRs, formados con agua del río Maipo), los cuales se agregaron a soluciones acuosas que simularon ríos ácidos (= pH5) y básicos (= pH8). Los resultados mostraron que los DWTRs-Cu tienen una capacidad remanente de sorción a pH5 y pH8 en ambientes enriquecidos con metales. Si arriban a ambientes no enriquecidos con Cu, a pH8 son persistentes, no liberando el Cu, Fe ni Al desde los DWTRs. Sin embargo, a pH5, una fracción del Cu en los DWTRs, se libera, generando un escenario más desfavorable para los ambientes receptores. Los DWTRs-As tienen una capacidad remanente de sorción a pH5 y pH8 en ambientes enriquecidos con metales. Si arriban a ambientes no enriquecidos con As, se liberan una fracción de As asociado al del DWTR a pH5 (10%) y pH8 (50%), lo que genera escenarios desfavorables para el manejo sustentable de estos residuos. Esta investigación contribuye al conocimiento crítico necesario para mejorar la sostenibilidad y robustez de los procesos de producción de agua potable. Establece un debate con base científica sobre la gestión de residuos y su necesidad de regulación. También promueve las oportunidades de reúso de los DWTRs en países andinos, para avanzar hacia la gestión sustentable en un contexto de economía circular, contribuyendo a la elaboración de políticas públicas de gestión ambiental.