Tesis Doctorado

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https://repositorio.udec.cl/handle/11594/180

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Browsing Tesis Doctorado by Author "Barra Ríos, Ricardo"

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    Gestión de descargas de salmuera: un enfoque multidisciplinario para la sustentabilidad ambiental de la industria desaladora.
    (Universidad de Concepción, 2024) García Bartolomei, Enzo René; Barra Ríos, Ricardo; Orrego Fuentealba, Rodrigo
    The increasing scarcity of freshwater resources, driven by climate change and overexploitation factors, has positioned seawater desalination as a cornerstone of water security strategies in arid and semi-arid regions worldwide. With its extensive coastline and highly variable precipitation patterns, Chile exemplifies this global trend. The nation has witnessed a rapid expansion of desalination capacity in recent decades, becoming the largest producer of desalinated water in the Americas. While this technological advancement has undoubtedly contributed to Chile's social and economic development, ensuring the long-term sustainability of this crucial industry requires a deeper understanding and mitigation of its potential environmental impacts. A critical aspect often overlooked in conventional desalination assessments is the discharge of hypersaline brine back into the marine environment. This effluent, a concentrated byproduct of the desalination process, can significantly alter coastal ecosystems' salinity gradients, nutrient balances, and ecological integrity. Despite the growing body of international research highlighting the potential risks associated with brine discharge, a significant knowledge gap persists regarding its specific effects on Chilean coastal waters. This lack of localized understanding, coupled with the absence of standardized assessment methodologies and comprehensive environmental regulations tailored to the Chilean context, presents a significant barrier to the sustainable development of the desalination industry in the country. This dissertation addresses this critical challenge by adopting a multidisciplinary approach to analyze and mitigate the ecological risks of brine discharge from Chile's desalination plants. Recognizing the unique geographic and oceanographic characteristics of the Chilean coast, this research integrates three interconnected areas of investigation: a) Assessing the Environmental Risk of Brine Discharge on Benthic Communities: This research focuses on characterizing the ecological risks associated with brine discharge from a Chilean desalination plant, moving beyond traditional physical dilution models to incorporate biological data for a more comprehensive assessment. Through a combination of field measurements and ecotoxicological analysis, this study investigates the behavior of the brine plume and its potential effects on benthic communities. Field data, including in-situ measurements of salinity and plume extent, are compared to model predictions to assess the accuracy of current modeling approaches. Additionally, species sensitivity distributions, derived from local and global ecotoxicological data, are used to establish salinity safety thresholds specific to the bay receiving the brine discharge. By integrating these thresholds into a spatial risk assessment framework, this study identifies areas of potential ecological concern and evaluates the overall risk posed by the desalination plant's brine discharge. b) Guiding Sustainable Territorial Planning: Recognizing that the location of desalination plants is crucial in determining the potential impact of brine discharge, this research component utilizes advanced modeling techniques to identify coastal areas most susceptible to adverse ecological effects. By integrating oceanographic data, environmental sensitivity maps, and projected desalination development scenarios, this analysis will inform spatial planning decisions, guiding the siting of future desalination plants to minimize environmental impacts and promote the long-term health of Chilean coastal ecosystems. c) Strengthening Environmental Governance: By analyzing international best practices, identifying gaps in current regulations, and incorporating the findings from this dissertation's ecotoxicological and spatial planning components, this research will propose concrete recommendations for strengthening the environmental governance of the desalination industry in Chile. This includes promoting more comprehensive and ecologically relevant assessment criteria, incorporating adaptive management strategies, and fostering greater transparency and stakeholder engagement in decision-making. By integrating these interconnected research areas, this dissertation aims to provide a comprehensive and scientifically grounded framework for the sustainable management of brine discharge from desalination plants in Chile—the expected outcomes of this research, including a refined understanding of brine plume.
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    Influencia de los Microplásticos (MPs) y Productos Farmacéuticos y de Cuidado Personal (PPCPs) Derivados de la Actividad Humana Costera y sus Efectos en el Ecosistema Antártico.
    (Universidad de Concepción, 2023) Perfetti Bolaño, Alessandra Antonella; Barra Ríos, Ricardo
    El incremento de la actividad humana en la Antártica ha generado numerosos impactos en el ecosistema. Recientemente ha sido descrita la presencia de microplásticos (MPs) y Productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) en ambientes costeros, principalmente en la Península Antártica. El objetivo de esta tesis fue evaluar la contribución de la actividad humana en las concentraciones de MPs y PPCPs en el ecosistema antártico. Para esto, se determinó la abundancia y composición de microplásticos en suelos y en sedimentos intermareales de la Bahía Fildes, Antártica. En los suelos se obtuvo un promedio de 13,6 partículas/50 ml de muestra, con una longitud máxima de partículas de <500 µm. Estas partículas fueron identificadas como fragmentos, caracterizados por su composición basada en resina fenoxi de color naranjo, idénticos a los revestimientos de las instalaciones de la base Frei. En contraste, en los sedimentos intermareales se registraron exclusivamente fibras en una menor abundancia (1,5 partículas/50 ml de muestra), pero mayor longitud (<2000 µm). Estas fibras se caracterizaron po una composición de tereftalato de polietileno (PET) de distintos colores, con mayores abundancias en los sitios cercanos a los efluentes de aguas residuales, donde además se encontraron fibras de algodón, lo que permite presumir que su principal fuente corresponde a aguas grises. Respecto a las variables ambientales evaluadas, si bien la materia orgánica se correlacionó positivamente con los fragmentos de plástico del suelo, esta variable parece explicarse más en la composición de los microplásticos. En tanto, las fibras de los sedimentos intermareales se correlacionaron positivamente al tamaño de partícula de los sedimentos. En general, las variables ambientales seleccionadas en este estudio parecen no explicar las concentraciones de microplásticos. Finalmente, se observó que, a pesar de las restricciones impuestas en zonas protegidas, la contaminación por microplásticos se ha expandido a éstas áreas. Un objetivo adicional fue identificar las fuentes, concentraciones y distribución de PPCPs en el sistema costero antártico y sus efectos en la biota. De modo que se realizó una revisión de los artículos científicos disponibles en la Antártica, junto a la bibliografía del Consejo de Administradores de Programas Antárticos Nacionales (CONMAP) y la Secretaría del Tratado Antártico (ATS). Esto se complementó con los datos espaciales de Quantarctica. Los resultados muestran que existe una amplia variedad de PPCPs reportados en aguas costeras los que alcanzan concentraciones de hasta 60000 ng/l. Las mayores concentraciones se detectaron en base Esperanza debido a la ausencia de tratamiento, siendo significativamente elevados para los analgésicos acetaminofén (48744 ng/l), diclofenaco (15087 ng/l) e ibuprofeno (10053 ng/l). No obstante, la implementación de un sistema de tratamiento terciario en base Scott igualmente arrojó altos valores para los filtros UV 4- metil-bencilidenoalcanfor (4-MBC) (<11700 ng/l) y 2,4- dihidroxibenzofenona (BP-1) (<6830 ng/l), así como el surfactante 4-t-octilfenol (OP) (<7050 ng/l). En general, se observó que el número de ocupantes de cada estación no fue tan determinante como la implementación de algún sistema de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, otras variables como la frecuencia de muestreo también deben ser consideradas. De este modo, se identificó a los efluentes como la principal fuente de PPCPs en la Antártica, siendo mayores las concentraciones en zonas aledañas a las bases en comparación de mar adentro. Además, la biota antártica ha sido poco estudiada, con solo una especie evaluada, por lo tanto, los eventuales efectos de los microplásticos son por ahora desconocidos. Esta tesis demuestra que las actividades humanas en la Antártica han resultado en la contaminación por MPs y PPCPs de sus suelos, agua de mar y sedimentos costeros, y que existe un alto grado de desconocimiento de los eventuales efectos en la biota. Dado que la mayoría de las estaciones antárticas se localizan en las zonas costeras, sus efluentes tienen una gran influencia sobre el ambiente marino, siendo identificados como la principal fuente de contaminación por MPs y PPCPs. En contraste, los suelos son dominados por la contaminación de microplásticos que en bahía Fildes responde al uso de suelo mediante la infraestructura. En este sentido, debido a las restricciones que rigen del Protocolo Ambiental, las limitadas actividades efectuadas dentro del territorio antártico sólo permitirían el uso y posterior eliminación de PPCPs principalmente mediante los efluentes, de modo que su presencia en suelos se espera que sea escasa o nula. El principal inconveniente es que algunas de las estaciones de investigación carecen de tratamiento terciario, descrito como uno de los más efectivos en la remoción de PPCPs. Asimismo, se permite la liberación de efluentes sin tratamiento directamente al mar. En consecuencia, mayores esfuerzos por sobre lo dictado por el Protocolo Ambiental, como el mejoramiento voluntario de estos sistemas de tratamiento y el control, tanto en el ingreso como uso de estos contaminantes, son medidas que podrían compensar la deficiente remoción de algunos contaminantes, ante la espera de nuevas regulaciones de los contaminantes emergentes antes mencionados.
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