ING Tesis doctorado

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https://repositorio.uc.cl/handle/11534/3278

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Browsing ING Tesis doctorado by browse.metadata.categoriaods "06 Agua limpia y saneamiento"

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    Optimization under uncertainty for the management of hydroelectric resources
    (2023) Favereau Monti, Marcel Joseph; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Hydroelectric generation management is considered a fundamental problem in the operation of power systems, where operations research has contributed significantly to decision making. One of the most relevant difficulties is that the decisions of storage and use of water resources in the present affect future decisions. Additionally, this problem presents another important challenge associated with the uncertain nature of hydro inflows, which is becoming even more complex today due to the consequences of climate change. Thus, this thesis proposes the development of optimization under uncertainty models to support medium- and long-term planning of hydrothermal system operations. First, this thesis proposes to develop a statistical model that represents the random behavior of hydro inflows in multinodal and multireservoir hydrothermal systems. The purpose is to capture statistical aspects such as trend, seasonality, spatio-temporal correlation, asymmetry and multiple modes present in historical hydrological data through the use of autoregressive models and variational inference algorithms. In a second part, it is proposed the development of a risk-averse optimization under uncertainty model that incorporates the previously proposed statistical methodologies for the medium-term operation of hydrothermal systems. The main objective is to determine an optimal generation policy capable of operating efficiently under the least favorable realizations of future hydrological trajectories. Finally, the third stage consists of the development of optimization under uncertainty models that support long-term energy planning and operation processes. The idea is to analyze the role of water in the interaction with other productive sectors such as agriculture, thus improving the efficiency of the use of their resources. This tool will also make it possible to anticipate future phenomena such as the penetration of new technologies, regulatory changes in the use of water resources or their low availability, and what would be the impacts on the resource management for different users.
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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.