Tesis Doctorado

Permanent URI for this collection

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

Browse

Now showing 1 - 20 of 87

Abatimiento de macrocontaminates derivados de la industria porcina mediante el uso de humedales artificiales.
(Universidad de Concepción., 2013) Plaza de los Reyes del Río, María Catalina; Vidal Sáez, Gladys Cecilia
Según el último censo agropecuario y forestal (2009), el número de cabezas de cerdos distribuidos a lo largo del país corresponde a 1.118.104 animales, representando las empresas de pequeña y mediana escala, un 40,1% de la producción nacional. El principal residuo generado en el proceso productivo corresponde a los purines, mezcla de heces y excretas, cuya composición fisicoquímica es heterogénea en cuanto al contenido de macrocontaminantes, destacándose la presencia elevada de materia orgánica (demanda química de oxígeno total o DQOT >16,1 g/L) y Nitrógeno (nitrógeno total o NT >1,5 g/L; nitrógeno amoniacal o N–NH4 + >0,9 mg/L). Se ha señalado que la mayor vía de incorporación de estos compuestos al ambiente se asocia a la aplicación de purines vía riego en suelos de cultivo como manejo tradicional de estos residuos, representando esto una amenaza para la calidad del suelo, el agua, aire y la salud tanto humana como animal de no presentar una adecuada gestión. Por lo que se hace primordial el tratamiento de dichos residuos, aumentando de esta forma la demanda de nuevas tecnologías que permitan la reducción en el origen, la revalorización de productos, el control de olores y la recuperación de energía. El tipo de tecnología específica para el tratamiento de los purines de cerdo corresponde a una secuencia de sistemas anaeróbicos y de eliminación de nutrientes o bien, sistemas que contemplen ambos procesos. Sin embargo, a pesar de su buena eficiencia muchas veces no son aplicables a pequeñas y medianas instalaciones, debido a su alto costo de implementación y operación, por lo que el uso de sistemas combinados anaeróbico – humedales artificiales como tecnología no convencional, se presenta como una alternativa tangible y viable para el abatimiento de macrocontaminates en este tipo de instalaciones. Este tipo de sistema se caracteriza por ser un sistema natural de tratamiento, capaz de generar efluentes acondicionados para su utilización en cultivos, minimizando los impactos en suelos y cuerpos de agua. Sin embargo, se ha discutido sobre el efecto de la materia orgánica en relación a los procesos relacionados a la eliminación de nitrógeno en humedales artificiales, por lo que es de esperar que un control adecuado de la relación Carbono/Nitrógeno (C/N) permitirá mejorar la eficiencia en este tipo de sistemas. El objetivo de esta tesis fue analizar la operación y la viabilidad de implementación de humedales artificiales como tecnologías no convencionales para el abatimiento de macrocontaminates presentes en purines de cerdos, con la finalidad de generar un efluente que pueda ser utilizado en procesos de fertirrigación, sin provocar efectos ambientales adversos, mediante a la reducción conjunta de materia orgánica y nitrógeno. Para lo cual, se estudiaron tres sistemas de humedales artificiales, considerando la variación del influente según la relación C/N, basada en el aumento progresivo de la velocidad de carga de nitrógeno (VCN). De esta forma, se consideró como alimentación; purín crudo diluido (C/N>10), purín tratado en una laguna anaeróbica (C/N=5–9) y finalmente, purín tratado en un reactor anaeróbico (C/N=2–5). Durante el periodo de experimentación se evaluó la calidad de los efluentes, el comportamiento de Typha latifolia L. y el análisis de los sedimentos, en base a la relación C/N aplicada para cada uno de los sistemas. Los resultados obtenidos señalan que la presencia de materia orgánica para las relaciones de alimentación C/N>10 y C/N=5–9, genera una inhibición en los procesos de nitrificación, a consecuencia de un agotamiento del el oxígeno disuelto disponible utilizado para la degradación de la materia orgánica por parte de los microorganismos heterótrofos. Contrariamente, para una relación de alimentación C/N=2–5, la ausencia de carbono orgánico dificulta los procesos de desnitrificación, predominando de esta forma los procesos de volatilización de amonio principalmente a VCN altas (>25 kg NT/ha·d). Por otra parte, el crecimiento y producción de Typha angustifolia L. se rige por un comportamiento estacional, favorecido por el tiempo de establecimiento y la robustez alcanzada en el tiempo. Encontrándose efectos de fitotoxicidad para los tres sistemas estudiados en un rango entre 300,0 – 496,0 mg N–NH4 +/L. Siendo el sistema menormente afectado, aquel alimentado con una relación C/N=5–9. Sin encontrarse diferencias significativas entre la incorporación de nutrientes y la producción de biomasa. Por otro lado, la incorporación de NT en los sedimentos, varió en un rango entre 2,7 – 16,9 g/m2. Representando estos valores <6,0% del NT incorporado. La relación C/N presente en los sedimentos indica que la mayor parte del NT en el sistema alimentado con una relación C/N=5–9 se encuentra inmovilizado (~80,0%), por lo que la relación C/N en los sedimentos se encuentra estrechamente relacionada al tiempo de operación y establecimiento del sustrato en sistema. De esta forma, la utilización de humedales artificiales para el tratamiento de purines de cerdo permite la reducción promedio de materia orgánica entre 59,4 – 70,7% y nitrógeno entre 34,8 – 45,2%, con un rango de VCN entre 2,0 – 30,2 kg NT/ha·d. Sin embargo, según los balances para ambos compuestos, dichas eficiencias se encuentran limitadas según la relación C/N del influente y a los potenciales efectos ambientales generados principalmente en la producción de gases con efecto invernadero (GEI). Destacándose la producción de metano para una relación de alimentación de C/N>10 (2,7 – 41,6 m3 CH4/ha·d) y las tasas de volatilización de amonio para una relación de alimentación C/N=2–5, principalmente a VCN >25,0 kg NT/ha·d (22,4 – 40,2 kg NT/ha·d). Finalmente, los resultados indican que el sistema que genera un menor impacto al medio ambiente es la configuración Laguna anaeróbica–Humedal artificial (C/N=5–9). Permitiendo en base a una gestión adecuada, la utilización del efluente final en procesos de fertirrigación y enmienda de suelos. Sin embargo, considerando las tasas de producción de metano (0,3 – 15,9 m3 CH4/ha·d) y la dilución del influente para contrarrestar los efectos de fitotoxicidad sobre las especies macrófitas, hacen de este tipo de configuración un sistema en retirada si se pretende dar cumplimiento a los requerimientos establecidos con el ingreso de nuestro país a la OCDE y al compromiso voluntario de reducción de un 20,0% en las emisiones de GEI al año 2020.
Agotamiento de las aguas subterráneas y su relación con la agricultura y los ecosistemas dependientes en cuencas del Centro-Norte de Chile.
(Universidad de Concepción., 2021) Durán Llacer, Iongel; Arumi Ribera, José Luis
El agua subterránea (GW) es la principal fuente de agua dulce no congelada del planeta y, en muchas áreas semiáridas, es la única fuente de agua disponible durante los períodos de estiaje. Su uso se ha intensificado en las últimas décadas y existe un creciente riesgo de agotamiento a nivel mundial. En el Centro-Norte de Chile, zona de alta producción agrícola, se ha producido un agotamiento de las GW como resultado de las condiciones semiáridas y la alta demanda de agua, lo que ha desencadenado importantes conflictos sociales, algunos por la sequía y otros por las prácticas del agronegocio en el contexto de un modelo privado de gestión hídrica. No obstante, debido a la alta demanda de GW, la integridad ecológica de muchos ecosistemas que dependen estrictamente de este recurso también puede verse afectada, en particular aquellos conocidos como Ecosistemas Dependientes de las Aguas Subterráneas (GDE). Por tanto, el objetivo principal de esta investigación es evaluar la relación entre el agotamiento de las GW con los cambios en la agricultura y los ecosistemas dependientes en las cuencas La Ligua y Petorca, Región de Valparaíso, Chile. La relación entre las GW y la agricultura fue evaluada a través del Índice Estandarizado de Precipitación (SPI), el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI), el cambio del uso del suelo entre 2002 y 2017, los derechos otorgados de las GW y los datos del nivel del agua en pozos. Estas variables empleadas fueron analizadas estadísticamente mediante correlaciones, correlaciones cruzadas, test de tendencia y análisis de conglomerados. El análisis satelital general se desarrolló en la plataforma Google Earth Engine (GEE). Posteriormente, un nuevo método geoespacial con un enfoque integrado y temporal fue desarrollado para mapear Zonas Potenciales de Ecosistemas Dependientes de las Aguas Subterráneas (PGDEZ en inglés), con el objetivo de analizar los cambios espacio-temporales de los GDE ante el nivel cambiante de las GW. Se realizó una encuesta a expertos para asignar peso a distintos parámetros geoespaciales considerados como predictores de la presencia de GDE. Luego 14 parámetros fueron reclasificados y normalizados en una escala de 1 a 5 según la alta o baja probabilidad de encontrar estos ecosistemas (muy alta, alta, media, baja y muy baja). El mapeo se llevó a cabo mediante la herramienta de superposición ponderada en el ArcGIS 10.8.1 y la validación se realizó mediante trabajo de campo. Por último, se analizaron datos de GW, lluvia y NDVI. Se demostró que el GW disminuyó significativamente (en el 75% de los pozos) y que la sequía hidrológica ha sido moderada pero muy prolongada. El área de cultivo del palto en La Ligua aumentó significativamente (2 623 ha), con respecto a otras áreas agrícolas, mientras que en Petorca disminuyó en 128 ha. En ambas cuencas las zonas de aumento del palto coincidieron con las zonas de mayor disminución de las GW y en Petorca se presentó el mayor aumento de la cantidad de embalses. Las correlaciones GW-lluvia fueron bajas, mientras con el NDVI resultaron altas, y los derechos de las GW se otorgaron continuamente a pesar de la sequía. Estos resultados confirmaron que el agotamiento de los acuíferos fue influenciado principalmente por factores antrópicos debido a la sobreexplotación de las GW como consecuencia del aumento de la demanda de agua por la agricultura y la falta de gestión hídrica. Por otra parte, los parámetros geoespaciales de mayor peso asignado por los expertos (N=26) con respecto a la probabilidad de presencia de un GDE fueron la geología, la lluvia, el uso del suelo, la geomorfología y el NDVI. Los mapas de las PGDEZ entre el 2002 y el 2017 mostraron un descenso en la superficie de las zonas “muy altas” y “altas” (0.72 y 7.43 %, respectivamente). Los parámetros temporales más sensibles en el análisis multicriterio fueron la lluvia y el cambio del uso del suelo, siendo la lluvia el de ligeramente mayor influencia. Se demostró además que los ecosistemas identificados como GDE disminuyeron o fueron afectados mayormente por el agotamiento de los acuíferos (NDVI-GW, r Pearson ≥ 0.74), respecto a la lluvia y los cambios antrópicos.
Análisis de funcionamiento y patrones asociativos de sistemas de tratamiento convencionales y naturales de aguas servidas para la eliminación de materia orgánica y nutrientes.
(Universidad de Concepción., 2012) Vera Puerto, Ismael Leonardo; Vidal Sáez, Gladys Cecilia
El desarrollo de actividades humanas ha generado una fuerte presión sobre los sistemas acuáticos continentales por demanda de agua, y, disposición de aguas servidas. Las aguas servidas se originan por la mezcla de los residuos líquidos, producidos por las diferentes actividades humanas de un asentamiento, los que son recolectados y transportados por un sistema de alcantarillado. Presentan características de tipo físico, como sólidos (Sólidos Suspendidos Totales (SST): 120 a 450 mg/L), químicos, de tipo orgánico (Demanda Biológica de Oxígeno a los 5 días (DBO5): 100 a 800 mg/L; Demanda Química de Oxígeno (DQO): 200 a 1600 mg/L) e inorgánico (Nitrógeno amoniacal (N-NH4+): 12 a 70 mg/L, Fosfato (P-PO4-3): 3 a 30 mg/L), y microbiológicos (Coliformes Fecales (CF): 1x103 a 3,5 x 108 NMP/100 ml). En este sentido, la descarga de aguas servidas sin tratamiento presenta efectos en el funcionamiento de los sistemas acuáticos continentales, causando oscilaciones de oxígeno disuelto, eutrofización, toxicidad y enfermedades en los seres humanos. Para mitigar el efecto ambiental por descarga de aguas servidas en sistemas acuáticos continentales, el tratamiento se constituye de tres partes: recolección, tratamiento y restitución. Esta tesis se focalizó en la evaluación de sistemas de tratamiento de tipo convencional y natural. Para esto, se ha definido una clasificación a los asentamientos humanos: a) urbanos, poseen más de 2000 habitantes, y presentan actualmente sistemas de tratamiento convencionales, y, b) rurales, poseen menos de 2000 habitantes. Por tanto, el objetivo de esta tesis fue evaluar el funcionamiento y la relación entre sistemas de tratamiento convencionales y naturales, para la eliminación de materia orgánica y nutrientes, a través de patrones asociativos, empleando herramientas estadísticas, conceptuales y operacionales. Los sistemas convencionales aplicados en asentamientos urbanos (ver Capítulo III), se clasificaron en 4 tecnologías basadas en procesos aeróbicos de tratamiento, lodos activos, convencional y aireación extendida, reactores de flujo discontinuo, y, lagunas facultativas aireadas mecánicamente. Estos sistemas han sido operados por un promedio de 6 años. La eficiencia de eliminación para todas las tecnologías evaluadas, respecto a los parámetros DBO5, DQO y SST fue superior al 80%, mientras que, la eliminación de Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK) y P fue inferior al 80%, y 50%, respectivamente. Estos valores fueron respuesta al manejo de los parámetros de control, los que presentaron un mínimo de 50% de datos en los rangos óptimos de operación. Además en su funcionamiento, las 4 tecnologías presentaron índices medios de producción de lodo entre 0,3 y 8,14 kg/(Hab-año), y, un consumo medio de energía eléctrica entre 18,88 y 31,74 kWh/(Hab-año). Por otro lado, los resultados de la evaluación de desempeño y funcionamiento de sistemas naturales o no convencionales, se realizó con tecnología de humedales construidos de flujo Horizontal Subsuperficial (HSS). Los resultados fueron presentados en 4 capítulos de esta tesis, divididos por la escala de aplicación: a) Capítulo IV, HSS escala real en clima mediterráneo, b) Capítulo V, HSS escala piloto, instalado en la Región del Biobio, y, c) Capítulo VI y VII, HSS escala laboratorio, instalado en invernadero. La evaluación de HSS escala real, presenta los resultados de Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS), que incluyen HSS como tratamiento secundario en la línea de tratamiento. Se evaluaron datos de 11 PTAS con una operación promedio de 8 años. Los resultados mostraron que los efluentes tratados presentaron para la DBO5 concentraciones medias inferiores a 25 mg/L en 9 de las 11 PTAS, con eficiencias de eliminación entre un 78 y 96%. Por otra parte, la concentración de SST presentó valores inferiores a 35 mg/L, en 8 de las 11 PTAS, con eficiencias de eliminación entre un 65 y 88%. Para los nutrientes, N y P, las eliminaciones estuvieron en el rango de 48 a 66%, y, de 39 a 58%, respectivamente. Por otra parte, se estudió la influencia dada por unidades de pulimento posteriores a los HSS. Se determinó que no hay una mejora significativa (P>0,05) por parte de las unidades de pulimento, basadas solo en sistemas lagunares para DBO5, SST, N y P. Sin embargo, se obtuvo una mejora significativa (P<0,05) de las unidades de pulimento basadas en sistemas lagunares con HSS posteriores, para las concentraciones efluentes de DBO5, N y P, pero sin contribución significativa (P<0,05) en el manejo de SST. La escala piloto, contempló el estudio de cuatro unidades de HSS implementadas en la Región del Biobio (Chile), bajo condiciones climáticas mediterráneas australes. Los resultados resumen los primeros 193 días de operación, correspondientes a la etapa de puesta en marcha. De las cuatro unidades de HSS, dos unidades fueron plantadas con Phragmites australis y las otras dos, con Schoenoplectus californicus. Las eficiencias de eliminación fueron similares en todas las unidades, presentando eliminaciones de DBO5 bajo 60%, y de N y P, bajo 35%. Además, respecto de las plantas, se estableció que la especie Phragmites australis mostró una mejor adaptación temprana que la especie Schoenoplectus californicus. Para proyectar el trabajo a escala piloto, se estudió en HSS a escala laboratorio, la mejora en la eliminación de P (ver Capítulo VI) y N (ver Capítulo VII), mediante la aplicación de estrategias de aireación, junto a un cambio de medio de grava por zeolita. Estos sistemas fueron operados durante 500 días. El seguimiento realizado al P-PO4-3, indicó que el cambio de medio de soporte a zeolita en un HSS, mejora significativamente (P<0.05) la eliminación, llegando a valores de 70%. Además, se estableció que la aireación tuvo un efecto significativo (P<0.05) únicamente en el medio de soporte de grava, incrementando hasta 30% la eliminación de P-PO4-3, y llegando a valores del 50%. Por otro lado, la mejora en la eliminación de N, se discutió haciendo seguimiento al N-NH4+ y N-NO3-. Los resultados obtenidos para el medio de grava, mostraron que la estrategia de aireación incrementó entre 20 y 40% la eliminación de N-NH4+, con transformación a N-NO3-. Además, la eliminación de N-NH4+ en el medio de zeolita se incrementó hasta 60% por la capacidad de adsorción del medio, llegando a eficiencias de eliminación de hasta 90%. También, se estableció que la especie de planta usada, Schoenoplectus californicus, aporta entre 10 y 20% a la eliminación tanto de P como de N. Finalmente en el Capítulo VIII, se presentan de forma asociativa los resultados de influentes efluentes, y funcionamiento de los sistemas de tratamientos convencionales y naturales. En influentes y efluentes se estableció que asociativamente son similares entre sistemas convencionales y naturales. Para el funcionamiento, se determinó como patrón asociativo la Eliminación Unitaria Diaria (ELUD). Los valores de ELUD fueron entre 2 y 20 veces superiores en los sistemas convencionales, siendo más intensivas, y teniendo por tanto, índices de operación superiores, para la energía eléctrica y la producción de biosólidos. En el caso de la energía eléctrica el uso en sistemas convencionales y naturales es diferente, estando directamente relacionado con el tratamiento en las tecnologías de sistemas convencionales (por aireación). La producción de biosólidos de los sistemas naturales fue un 50% menor. Así, su producción fue por biomasa de la zona foliar de las plantas, y no por lodo derivado del tratamiento.
Análisis de la regulación nacional sobre planificación territorial y propuesta jurídica para la incorporación del enfoque ecosistémico en los instrumentos de ordenamiento territorial en Chile a través de la Evaluación Ambiental Estratégica
(Universidad de Concepción., 2022) Reicher Salazar, Oscar Eduardo; Arumi Ribera, José Luis; Delgado Schneider, Verónica
La incorporación de la variable ambiental en los instrumentos de planificación del uso de suelo, se ha concentrado en etapas previas a la decisión pese a que una vez adoptada la decisión estratégica, resulta también necesario hacer un seguimiento de los impactos o efectos ambientales que dicho plan efectivamente provoque, así como la posibilidad de que se adopten medidas destinadas a corregirlos cuando estos generen efectos adversos o imprevistos. La forma en que se realice el seguimiento variará en cada país según el respectivo ordenamiento jurídico. El objetivo de este trabajo es conocer estas formas de seguimiento en instrumentos de planificación del suelo urbano, comparando la regulación chilena con la francesa y portuguesa, a través de 3 preguntas de investigación centradas en determinar si existe dicha etapa, si es posible modificar el instrumento de planificación ante la generación de efectos adversos y si se contemplan medidas de compensación ante dichos efectos. Este trabajo demuestra que normativamente existe una brecha significativa con las regulaciones de Francia y Portugal, ya que los instrumentos de planificación chilenos no tienen la posibilidad de adecuación, ni tampoco existe en Chile normas destinadas a compensar los efectos ambientales adversos.El seguimiento de los impactos sobre el desarrollo sustentable generado por las ciudades, ha llevado a diferentes países incorporar el instrumento de gestión ambiental de Evaluación Ambiental Estratégica (EAE). Para ello, el uso de indicadores es esencial dado que permiten monitorear y prevenir efectos adversos que se produzcan como consecuencia de la urbanización. Tras una década de funcionamiento de ese instrumento en Chile, no se había realizado una revisión de los indicadores utilizados en el marco de la EAE para monitorear los efectos generados por planes urbanos. Como no existe una estandarización de indicadores en la normativa chilena, se siguieron clasificaciones internacionales de indicadores: Clasificación de Presión-Respuesta-Estado elaborado por la OECD y Norma ISO Nº37120. Bajo estos criterios se clasificaron los indicadores de seguimiento ambiental utilizados por las regiones con mayor población en Chile. Los resultados muestran bajos porcentajes en el uso de indicadores que pueden ser categorizados de seguimiento ambiental, centrándose en aspectos urbanos. El trabajo concluye con preguntas que debiesen ser consideradas para futuras mejoras en el seguimiento de los impactos generados por la urbanización.
Análisis de la variabilidad genética, conectividad y persistencia del género Percilia en las cuencas de los Ríos Biobío e Itata: conocimiento genético para la conservación en la gestión ambiental de Chile.
(Universidad de Concepción., 2021) Valenzuela Aguayo, Francisca Veronica; Habit Conejeros, Evelyn Maríana; Ruzzante, Daniel
La diversidad genética es el componente más básico y fundamental de la Biodiversidad dado que el potencial evolutivo de las especies depende en gran medida de la cantidad de variación genética dentro de las poblaciones y de su distribución entre poblaciones. Actualmente existe un consenso que considera la necesidad de integrar el conocimiento tanto ecológico como genético para poder asegurar la viabilidad de las especies a conservar. No obstante, a pesar de la importancia y del creciente interés en diseñar prioridades que incluyan el conocimiento de la variabilidad genética, la diversidad genética a nivel de población raramente ha sido considerada de forma explícita dentro de los procedimientos de planificación de la conservación en Chile y en el mundo. En la actualidad se ha registrado una disminución en la diversidad genética para muchas especies como resultado de las actividades humanas, específicamente en los ecosistemas de agua dulce, los cuales son uno de los ecosistemas más amenazados del mundo. Una de las principales amenazas a estos ecosistemas corresponde a las actividades antrópicas como la construcción de represas y la extracción de agua. Estas perturbaciones pueden aumentar, disminuir o incluso interrumpir la conectividad física y genética de la red fluvial, afectando a la diversidad y la persistencia de especies acuáticas a escala ecológica y evolutiva. En Chile se proyecta un aumento de la fragmentación de los sistemas fluviales andinos en la zona central producto del desarrollo hidroeléctrico. Específicamente la cuenca del río Biobío (la de mayor riqueza de especies de peces de Chile) posee uno de los más altos índices de fragmentación actual producto de barreras de centrales hidroeléctricas y proyecta un incremento sustancial al 2050, potenciando impactos en las comunidades de peces. Pero también la cuenca del río Biobío es caracterizada por una gran matriz de canales de riego agrícolas directos y derivados que tienen el potencial de facilitar la conectividad y el flujo de genes entre los ríos y entre cuencas, especialmente con la cuenca vecina del río Itata. La cuenca del río Itata, cuyo índice de fragmentación por centrales hidroeléctricas es cercano a cero, se conecta con el río Biobío gracias a la recepción de aguas provenientes de este último a través de los canales de regadío. Por lo anterior las cuencas Biobío Itata conforman un sistema complejo con distintos grados de intervención antropogénica que pueden tener efectos directos en la variabilidad genética de las poblaciones que en ellas habitan. En esta tesis se presenta la importancia del conocimiento de la variabilidad genética para la gestión de la biodiversidad a través del análisis de la influencia.
Análisis del comportamiento hidrológico y disponibilidad de agua, bajo escenarios de cambio climático, para dos sub-cuencas del río Biobío incorporando el impacto del aporte nival en la zona cordilleran.
(Universidad de Concepción., 2008) Stehr Gesche, Alejandra Patricia; Zaror Zaror, Claudio; López Avaria, Andrés
El agua dulce es un elemento esencial para la sobrevivencia y desarrollo de los seres humanos y de los ecosistemas continentales. Chile es un país montañoso donde el 70% de la población se abastece del agua proveniente de las zonas alto-andinas. Como consecuencia del cambio climático global se esperan importantes cambios en los patrones de precipitación en gran parte de Sudamérica. Específicamente en el caso Chileno, el Estudio de Variabilidad Climática en Chile para el Siglo XXI, realizado por CONAMA-DGF, indica que para la zona centro sur de Chile, el régimen pluviométrico ha tenido una tendencia decreciente desde mediados de los años 1970. En cuanto a las temperaturas se refiere, en la región comprendida entre Santiago y Concepción se aprecia desde 1960 un aumento de +0.05°C/década y de +0.18°C/década en los promedios anuales de temperatura máxima y mínima diaria, respectivamente. Dicho informe menciona que la pluviometría disminuirá en la mayor parte del territorio y en el caso de las temperaturas dominarán los cambios positivos en todos los sectores de la cuenca para el período comprendido entre 2071 – 2100. Lo anterior, junto con la elevación de la isoterma 0°C, crea un cuadro preocupante para la región centro sur del país, ya que se estima que uno de los impactos hidrológicos más importantes que se producirá será reducción de la cantidad de nieve caída en cuencas de altura, teniendo como consecuencia cambios en la disponibilidad y calidad de agua, así como complicaciones en la gestión de los embalses y sistemas de riego. Es por ello, que es importante poder cuantificar estos efectos a nivel del ciclo hidrológico de los ríos locales, ya que esto posibilita un adecuado manejo de los recursos hídricos, como una protección efectiva al medio ambiente. Actualmente en Chile se está trabajando en elaborar una propuesta nacional de gestión de cuencas “Estrategia Nacional de Gestión de Cuencas”, que nace a partir de lo estipulado en la Agenda Ambiental 2006-2010, lo cual es fuertemente respaldado por el poder ejecutivo. De lo anterior nace la necesidad de proveer a los encargados de tomar las decisiones de herramientas que cuenten con un soporte científico y técnico solido, para así ayudar en la gestión los recursos hídricos, de tal manera de asegurar un suministro de agua eficiente para consumo humano pero que sea compatible con las funciones del ecosistema. Para ello el adecuado entendimiento de los procesos de precipitación escorrentía, tanto al mediano como largo plazo, así como su impacto en el balance hídrico de la cuenca, es fundamental. En este sentido el desarrollo y aplicación de un modelo hidrológico juega un rol de gran importancia, ya que además permite considerar el cambio climático al relacionar las variables climáticas con los caudales. En este contexto el objetivo de esta tesis fue generar una herramienta capaz de analizar el comportamiento de las cuencas en estudio: Vergara (4.265 km2) y Lonquimay (455 km2), bajo escenarios de cambio climático tanto a macro como a meso-escala (sub-cuencas), incorporando el impacto del aporte nival en la zona cordillerana y la disponibilidad del recurso agua durante diferentes períodos del año. Para realizar la modelación y considerando la disponibilidad de datos entre otros factores, se eligió el modelo Soil and Water Assessemnt Tool (SWAT). En el caso de la cuenca del río Lonquimay también se utilizaron las coberturas de nieve entregadas por imágenes MODIS, para validar el área cubierta de nieve. La evaluación estadística de los resultados entregado por el modelo durante los periodos de calibración y validación indican que el modelo es capaz de representa de manera adecuada los caudales medios mensuales en ambas cuencas. En cuanto al cambio climático, se utilizaron una serie de escenarios climáticos con la finalidad de obtener un rango de cambios esperados en los caudales para las distintas estaciones del año. Los escenarios fueron generados con MAGICC/SCENGEN (42 escenarios) y otros dos escenarios se obtuvieron a partir de un modelo climático regional. Los resultados indican una amplia gama de impactos potenciales en términos de reducción en la magnitud de los caudales medios mensuales, siendo esta variación mayor en las épocas de primavera y verano. Este estudio permitió realizar una primera interpretación cualitativa de los potenciales impactos del cambio climático en la disponibilidad de los recursos hídricos en la cuenca del río Biobío.
Assessment of the impacts of climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater sources to the coastal system of western Patagonia.
(Universidad de Concepción, 2023) Aguayo Gutierrez, Rodrigo Andres; Aguayo Arias, Mauricio
The western region of Patagonia is characterized by an almost pristine environment, with aquatic ecosystems composed of a great diversity of lakes, rivers and glaciers. The influence of westerly winds from the Southern Hemisphere results in high precipitation in the region, which determines large freshwater inputs to the coastal-marine system. In this vast (~400,000 km2), narrow (~200-300 km) and transboundary (Chile and Argentina) area, freshwater ecosystems interact with one of the most complex and extensive fjord systems in the world. In these systems, freshwater produces a pronounced vertical stratification of two or three layers, which is a key regulator of circulation patterns and primary production, and limits the depth of turbulent mixing. Turbulent mixing determines the exchange of nutrients between the different layers of the water column, a process that can trigger pulses of primary productivity and thus an increase in autotrophic biomass in the western Patagonian inland seas. Climate projections for most of Western Patagonia indicate a prolongation of the dry and warm conditions that have affected it in recent decades. Overall, the climate impacts recorded in Western Patagonia have been attributed to the Southern Annular Mode (SAM), which has shown a significant trend towards its positive phase. Given the heterogeneous and incomplete monitoring network of hydro-meteorological stations, most studies performed in this region have used only a very small subset of meteorological stations, satellite imagery or climate proxies to study environmental changes. Despite the low use of ground-based information, the region has shown evidence of a decrease in snow cover extent, an increase in forest fires, unusual tree growth patterns, a decrease in water availability and significant trends in major lakes, rivers and glaciers. Considering the threads posed by climate change scenarios, the main objective of the present doctoral thesis is to assess the impacts of anthropogenic climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater inputs to the coastal system of western Patagonia. To this end, four specific objectives have been proposed, each associated with a different phase of the present thesis. The first objective explored the main trends, challenges and gaps in hydrological drought projections, using northern Patagonia (40-45ºS) as a study case. For this purpose, historical severe droughts and their climatic drivers in northern Patagonia were evaluated. In addition, a hydrological model was calibrated using a combination of satellite, reanalysis and groundbased data. To assess the impact of climate change on future severe droughts, 90 scenarios were used to account for multiple sources of uncertainty in the climate impact modeling chain. The projections obtained with the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) 6 and CMIP5 models showed significant climatic (greater trends in summer and autumn) and hydrological (longer droughts) differences, and therefore it is recommended that future climate impact assessments adapt the new simulations as more CMIP6 models become available. Based on the detected hydrological gaps, the second objective was to develop PatagoniaMet (PMET) to analyze the hydrological consistency between atmospheric reanalysis models, ground-based meteorological observations and stream gauges. PMET is a compilation of ground-based hydrometeorological data (PMET-obs), and a daily gridded product of precipitation and maximum and minimum temperature (PMET-sim). PMET-obs was developed considering a 4-step quality control process applied to 523 hydrometeorological time series obtained from eight institutions in Chile and Argentina, while PMET-sim used statistical bias correction procedures, spatial regression models and hydrological methods. PMET-sim was compared against other bias-corrected alternatives using hydrological modelling, and achieved Kling-Gupta efficiencies greater than 0.7 in 72% of the catchments, while other alternatives exceeded this threshold in only 50% of the catchments. Considering the hydrological importance of glaciers in the region and their uncertain evolution, the third objective used the Open Global Glacier Model (OGGM) to estimate the evolution of each glacier (area > 1 km2) in the Patagonian Andes (40-56°S) over the period 1980-2099. To generate these projections, different glacier inventories (n = 2), ice thickness datasets (n = 2), reference climates (n = 4), general circulation models (n = 10), emission scenarios (n = 4), and bias correction methods (n = 3) were used to disentangle the importance of different sources of uncertainty from a hydrological perspective. Overall, the projections suggest that the northern area is expected to experience a steady decline, while the Patagonian Icefields should increase or maintain their glacier runoff in the coming decades. Considering the melt on glacier signatures, the future sources of uncertainty (GCMs, SSPs and BCMs) were the main source in only 18% ± 21% of the total catchment area. In contrast, the reference climate was the most important source in 78% ± 21% of the catchment area, highlighting the importance of the second objective. Based on recent advances in regional and global datasets (second objective), and the potential trajectory of evolution of each glacier in the Patagonian Andes (third objective), the fourth objective generated state-of-the-art projections of freshwater inputs to the coastal system. Specifically, Long Short-Term Memory (LSTM) neural networks in combination with the Open Global Glacier Model (OGGM) were used to estimate the runoff evolution from non-glacier and glacier areas, respectively. The total runoff of the study area was 23,533 ± 1,399 m3 s-1 in the historical period (1985-2019). From this total, the glacier runoff contributed 5,185 ± 471 m3 s-1. While the northern area is expected to experience the greatest relative reductions with values close to -22%, the central and southern areas are expected to show slight increases with relative changes of 6% and 13% (Figure 6.1), respectively. Finally, the results showed in this thesis provides: i) a basis for an open collaborative dataset that outperforms all current alternatives, ii) the first large-scale evaluation of the impact of various sources of uncertainty (historical and future) beyond future glacier mass loss, and iii) state-of-the-art projections of freshwater inputs to the coastal system that will contribute to future climate change adaptation plans for Western Patagonia.
Calidad de vida laboral en el contexto de responsabilidad social empresarial del sector forestal chileno.
(Universidad de Concepción., 2010) Lagos Padilla, Silvia Eliana; Rojas Hernández, Jorge
El objetivo de esta tesis fue estudiar la calidad de vida laboral (CVL) de los trabajadores forestales en el contexto en que fue concebida la Responsabilidad Social Empresarial (RSE), es decir, acciones estratégicas bajo los mismos parámetros en que se orientan las decisiones de negocio, y donde se debe priorizar cuales acciones abordar de acuerdo a la ponderación de los efectos que ellas provocan, en este caso, en la población forestal trabajadora. La metodología correspondió a métodos ergonómicos validados y probados en el sector forestal, útiles en el diagnóstico, pero además en la intervención de problemas de CVL, a metodología de la investigación social, como el método de análisis documental para la obtención y discusión de información de diferentes fuentes, en la comprensión de la complejidad ambiental, evolución de la empresa, RSE, CVL y Ergonomía. También se utilizó conceptos de RSE considerados en la evaluación de CVL, diferenciándose del proceso tradicional, en que la encuesta se aplicó a trabajadores, y su análisis y priorización de falencias, se realizó con una herramienta de la ingeniería de métodos, Diagrama de Ishikawa. Es así, como se investigó sobre salud, seguridad, alimentación, campamentos, educación, pobreza, permanencia y percepción de los trabajadores sobre las actividades laborales que desempeñaban. Se realizaron evaluaciones fisiológicas y antropométricas, capacidad aeróbica y composición corporal principalmente. La investigación de las diferentes variables fue de tipo longitudinal - retrospectiva y descriptiva, en diferentes muestras de trabajadores forestales de la Región del Bio-Bío. Los resultados principales fueron que los trabajadores se ubicaron en los segmentos sociales con más bajos niveles de escolaridad. La mayoría de ellos no contó con enseñanza media. La escolaridad promedio de la población fue de 8 años, promedio menor al promedio nacional y también en relación al promedio regional. Que los trabajadores están disminuyendo sus altos indicadores fisiológicos que los habían caracterizado por muchos años. Están bajando su capacidad aeróbica y han aumentado sus porcentajes de masa grasa, factores relacionados negativamente con la salud de las personas y por ende con la calidad de vida biológica. Que el Diagrama de Ishikawa priorizó la intervención, en los tópicos “Compensaciones y Beneficios”, “Salud y Seguridad Laboral” y “Carrera laboral”. En los cuales recayó el 65% de contribución en la generación del problema de CVL. Que las principales contribuciones porcentuales con efectos negativos en la CVL, radicaban en que los trabajadores eran consientes que el sueldo no les alcanzaba para sus necesidades, que tampoco estaba de acuerdo al esfuerzo que requería el trabajo y sentir que no era posible desarrollar una carrera laboral en el sector forestal, junto con darse cuenta que no jubilarían en la empresa donde estaban trabajando. Que en el ámbito de la RSE, se mantiene en Chile la tendencia mundial en relación a que la Calidad de Vida Laboral (CVL) es uno de los temas menos abordados, y cuando se aborda, el procedimiento actualmente en uso, no contempla la participación de los trabajadores, no considera una verificación externa y las respuestas del empresario dependen de su criterio y conocimiento en una variedad de temas especializados. Por lo que se considera al menos una metodología incompleta de evaluar CVL, que no siempre dará respuestas para introducir cambios que contribuyan a aumentar el bienestar de los trabajadores. Dentro de las principales conclusiones se destaca que debido a que la vida laboral o el trabajo, ocupa al menos un tercio de nuestra vida diaria y compromete un rango etario que en general va desde los 18 hasta los 65 años, la empresa y específicamente el lugar de trabajo, constituye uno de los principales hábitat del ser humano. Por lo que un aspecto fundamental que debería contemplarse en los estudios ambientales, es el estudio del medio ambiente laboral, pues los problemas ambientales, también hacen cuestionar nuestros ambientes antrópicos de vida cotidiana y de trabajo. Que debido a que son los sistemas productivos, los que afectan directamente a los trabajadores y por consecuencia su CVL, el compromiso principal en temas de RSE y especialmente en CVL debiera estar en las gerencias de procesos o de producción. Que el trabajo forestal debido al escaso valor agregado de sus productos, a que su empleo es de carácter cíclico, inestable y con bajo nivel salarial, sus trabajadores forestales temporeros constituyen segmentos sociales pobres, lo que en consecuencia genera bajo bienestar para ellos y sus familias y por ende una precaria calidad de vida. Finalmente, los nuevos conceptos -postfordistas y modernos- que inspiran el paradigma de la Responsabilidad Social Empresarial (RSE) y que se introducen y socializan progresivamente en Chile, constituyen una nueva motivación para iniciar una interrelación más armoniosa y eficiente entre empresa, ambiente y sociedad contribuyendo para que el país se convierta en un país desarrollado. Palabras claves: Responsabilidad Social Empresarial, Calidad de Vida Laboral, Ergonomía, Sector Forestal.
El cambio de uso del suelo en el centro sur de Chile. Comprendiendo su dinámica a través de la modelación espacialmente explícita y explorando sus efectos ambientales en una cuenca hidrológica de meso escala.
(Universidad de Concepción., 2008) Aguayo Arias, Mauricio Iván; Parra Barrientos, Óscar
Los usos del suelo han transformado una gran proporción de la superficie del planeta en los últimos 300 años. La tala de bosques, la producción agrícola, y la expansión de los centros urbanos son acciones humanas que han cambiado drásticamente el paisaje natural. En el centro y sur de Chile las transformaciones del paisaje estuvieron asociadas, en un inicio, a la expansión de la frontera agropecuaria que permitió satisfacer tanto las necesidades internas como la creciente demanda externa por productos agrarios. Posteriormente, un fuerte incentivo a la forestación, comandado por el estado, genera un acelerado proceso de desarrollo forestal que explica, en gran medida, la actual configuración del paisaje en esta región. El cambio de uso del suelo es el resultado de complejas interacciones entre factores sociales –incluido los políticos, económicos y culturales- y ambientales. Las técnicas de modelación espacialmente explícitas constituyen una poderosa herramienta que permite analizar los mecanismos que determinan los cambios y predecir los potenciales impactos derivados de las transformaciones del territorio. Una manera directa de explorar los efectos ambientales del cambio de uso del suelo es evaluar el impacto que esta perturbación genera sobre los recursos hídricos. La cobertura del suelo constituye un componente determinante en los procesos hidrológicos que ocurren a nivel de cuenca. Cambios en la cobertura, producto de diversas prácticas de uso del suelo, alteran significativamente el balance de aguas superficiales y la partición de las precipitaciones dentro de los procesos de evaporación, escorrentía y flujo de agua subterránea. En el centro sur de Chile la principal fuente de abastecimiento corresponde a cursos de agua superficiales. Muchas de las cuencas que dan origen a estas fuentes de abastecimientos han sido sometidas a intensos procesos de transformación incluyendo la tala de bosque nativo, el desarrollo de actividades agropecuarias y, en las últimas décadas, la forestación masiva con especies exóticas de rápido crecimiento. Este proceso de forestación ha hecho surgir con fuerza la idea de que las plantaciones forestales disminuyen la producción de agua en las cuencas hidrográficas. En este contexto, las hipótesis que guían este trabajo hacen referencia, por un lado, a la combinación de factores sociales y ambientales cuya distribución geográfica influyen fuertemente en el patrón espacial de la transformación del paisaje y, por otro, a los efectos que las coberturas de reemplazo generan sobre la producción hídrica en una cuenca de meso-escala. De este modo, los objetivos estuvieron centrados en la caracterización del patrón espacial de los cambios de uso del suelo que ha experimentado el paisaje del centro sur de Chile durante los últimos 30 años, explorando sus efectos ambientales a través de la respuesta hidrológica de una cuenca de meso escala. El área de estudio cubre una superficie de 2,3 millones de hectáreas y se encuentra localizada en una de las regiones más pobladas e industrializadas del país. Los cambios en la cobertura del suelo fueron detectados y cuantificados a través del uso de dos imágenes satelitales cuyas escenas corresponde a los años 1979 y 2000. Usando métodos cuantitativos basados en técnicas estadísticas y modelación espacial se sometieron a prueba una serie variables que, a priori, fueron consideradas factores forzantes del cambio de uso del suelo. Los resultados reafirman que las principales transformaciones del paisaje están dadas por el desarrollo de la actividad forestal, la mantención de los rubros agropecuarios y el crecimiento urbano e industrial. Las coberturas que experimentaron los mayores cambios corresponden a matorrales, terrenos agrícolas, bosque nativo y plantaciones forestales, siendo esta última la principal cobertura de reemplazo. Las áreas urbanas y las plantaciones forestales registraron los mayores avances durante el período de análisis. Una parte importante de las plantaciones se establece sobre suelos aptos para la agricultura. El tamaño de la propiedad y algunas variables demográficas determinan, en gran medida, la probabilidad de expansión forestal. Así también, el avance forestal se ve favorecido por la presencia de plantaciones previamente establecida y buenas condiciones accesibilidad. Por su parte, la presencia de bosque nativo influye positivamente en la probabilidad de expansión forestal debido a que una parte importante de estas áreas poseen condiciones favorables para el establecimiento de las plantaciones. Los procesos de desforestación y sustitución del bosque nativo están fuertemente controlados por condiciones topográficas extremas y de accesibilidad. Bosques ubicados en sectores con topografía moderada y altamente fragmentados son más susceptibles a los cambios. Los datos revelan que la principal causa de pérdida del bosque nativo, en el área de estudio, se debe a la expansión de la frontera forestal hacia los cordones montañosos. En cuanto a las áreas urbanas, las vías de acceso siguen siendo la variable que tradicionalmente ha estructurado su crecimiento. Gran parte de la expansión urbana se establece en suelos agrícolas, tendencia observada en la mayoría de las ciudades ubicadas a lo largo del valle central de Chile. En cuanto a los efectos ambientales, el modelo Soil an Water Assesment Tool (SWAT) fue elegido para evaluar la respuesta hidrológica de la cuenca del río Vergara (4.265 km2) ante distintos escenarios de uso del suelo construidos a partir de reglas heurísticas y modelos de regresión logística. Los resultados muestran que el modelo aplicado posee una buena capacidad para representar la hidrología de la cuenca bajo análisis. Las tendencias en la variación del caudal son consistentes con las encontradas por otros autores en cuencas de pequeña y meso escala. Escenarios en donde los usos agrícolas son dominantes producen un aumento del caudal medio anual. Por el contrario, escenarios predominantemente forestales generan una disminución de los caudales de descarga. Los resultados también sugieren que el proceso forestación, independiente de la especie utilizada, devuelve las condiciones hidrológicas típicas de una cuenca cuya principal cobertura de suelo son formaciones boscosas.
Cambios ambientales y dinámica de inundaciones fluviales en una cuenca costera del centro sur de Chile.
(Universidad de Concepción., 2015) Rojas Vilches, Octavio Enrique; Mardones Flores, María
El objetivo fundamental de esta investigación es Analizar, explicar y evaluar las relaciones entre cambios ambientales y dinámica de inundaciones fluviales en la sección inferior de la cuenca costera del río Andalién (36°S), Región del Biobío, Chile. Se indaga: tendencias históricas de las inundaciones, rol de la dinámica climática (variabilidad de El Niño Oscilación del Sur –ENOS-, tendencias), mareas, urbanización y cambios geomorfológicos. Las tendencias climáticas y mareas además fueron vinculadas con el Cambio Climático Global (CCG). La evaluación de las tendencias históricas y efectos ambientales de las inundaciones se realizó a escala del territorio chileno continental (1574-2012) y de cuenca (1960-2010), mediante revisión de periódicos y fuentes secundarias. Para evaluar el rol de la dinámica climática (1960-2010) se utilizó ajuste de valores extremos, correlaciones y pruebas de tendencias (Mann-Kendall y estimador de Sen). La influencia de las mareas en las inundaciones se estudió mediante modelación hidráulica (1D) y datos topo-batimétricos (GPS, LIDAR). El análisis de las relaciones de cambio entre los factores urbanización-geomorfología e inundaciones (1943-2011) fueron estudiados a través de fotointerpretación, datos censales y modelación hidráulica (HECgeo-RAS 4.3.1, Hec-Ras 4.1). Las cartografías temáticas se generaron en el SIG ArcGIS 9.3. El dominio mediterráneo chileno presentó la mayor recurrencia de inundaciones a nivel nacional, asociado con precipitación intensa y persistente; consistente con cambios ambientales ocurridos durante las últimas tres décadas, como los acaecidos en lacuenca costera del río Andalién. En esta última se registraron 21 eventos de inundación (1960-2010), con una recurrencia promedio de 2.43 años, 100% durante el invierno austral. Se observaron tres periodos de inundaciones; 1960-1974 con una magnitud relativa moderada de inundaciones (7,3); 1975-1998 con eventos de pequeña magnitud relativa (5,2); y 1998-2010 con inundaciones de mediana y gran magnitud (9,2). Las implicaciones del CCG a escala local, se observó en el incremento de la intensidad de las precipitaciones máximas diarias (Rx1day, Rx2day y Rx3day) que mostraron un aumento del ≈14% en 50 años, que pueden ser asociadas con el aumento de un 26% en la magnitud relativa de las inundaciones. En relación a la ocurrencia de episodios ENSO-cálidos e inundaciones, no se comprobó una relación estadísticamente significativa. Las inundaciones históricas y los niveles de mareas en el estuario micromareal del Andalién, revelaron que eventos de elevada magnitud ocurrieron cuando se combinaron mareas meteorológicas y astronómicas en sicigias; durante estas últimas ocurrió un 57% de los eventos. Potenciales aumentos de 60 cm en el NMM atribuidos al CCG, provocarían un aumento de las zonas inundables en un 4% en relación al peor escenario actual; mientras que las tendencias de alzamiento tectónico costero, podrían implicar un efecto de amortiguación en los pronósticos de aumento de NMM.Las transformaciones físicas del cauce desde el año 2008 disminuyeron el riesgo para tasas de retorno de 2, 5 y 10 años; sin embargo, para tasas de retorno elevadas (e.g. 500 años) el riesgo se mantuvo alto. El incremento de la superficie urbana en la planicie de inundación en 1.458 ha en los últimos 68 años en unidades geomorfológicas susceptibles a inundaciones (<8 msnm y pendientes <0,5), aumentó la exposición y vulnerabilidad. La superficie destinada a usos residenciales, comerciales e industriales incrementó su superficie inundada de 15 ha en T=2 a 374 ha en T=500 y la cantidad de personas afectadas aumentó en 37.380. La evaluación final de los factores de cambio ambiental, mostró que la tendencia climática y mareas contribuyeron en la generación de inundaciones desde la desembocadura hasta el 7,3 Km del cauce. En el tramo más urbanizado 7,3-14,8 Km y estero Nonguén, las tendencias de aumento en la precipitación extrema y el aumento de la urbanización, explicaron de mejor forma las inundaciones. La carta de riesgos de inundación propuesta para diferentes tasas de retorno, podría favorecer una ocupación del territorio más sustentable y menos vulnerable a este tipo de desastres.
Caracterización de la calidad del agua del río Bíobio, entre las confluencias de los ríos Vergara y Laja y antecedentes para su modelación matemática.
(Universidad de Concepción., 2000) Vargas Baecheler, José; Ayala R., Luis
La presente investigación, titulada “Caracterización de la Calidad del Agua del río Biobío, entre los río Vergara y Laja, y Antecedentes para su Modelación”, tiene como objetivo analizar la influencia antrópica sobre la calidad del agua del río Biobio, en el tramo definido por las confluencias de los ríos Vergara y Laja, y realizar la modelación matemática mediante el balance de oxígeno disuelto como indicador de contaminación orgánica. Se estudió la porción de la cuenca del río Biobío, delimitada por los ríos Vergara y Laja, debido a que en este tramo el río Biobío es presumiblemente más contaminado, como consecuencia de las diversas actividades que se desarrollan en la cuenca, tanto aguas arriba como en el tramo estudiado. Se efectuaron dos campañas de muestreo; una Abril de 1992 (estiaje) y otra en Junio de 1992 (invierno). Los parámetros muestreados fueron: Oxígeno Disuelto (OD), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Demanda Química de Oxígeno (DQO), Carbono Orgánico Total (TOC), pH, Conductividad, Sólidos Totales, Sólidos Suspendidos, Nitratos, Nitritos, Nitrógeno Total y Fosfato Total. También y con el fin de verificar su presencia, Mercurio, Cloro residual y Sulfitos. Con los datos anteriores se efectuó una caracterización de la calidad del agua del río Biobío, en el tramo de estudio. Dicha caracterización permitió determinar que el río Biobío no se encuentra contaminado en término de los indicadores considerados. Se estudió los modelos de calidad de aguas, entre ellos, WASP, QUAL2E y WODA; y la forma cómo operan. En general, se basan en el balance de oxígeno disuelto a través de un balance masa. WASP y QUAL2E, resuelven la ecuación advección-dispersión mediante diferencias finitas. Al estudiar el balance de oxígeno disuelto aplicado a los ecosistemas lóticos, se detectó un problema comúnmente omitido: la estimación de los parámetros. En la presente investigación se desarrolló una metodología de cálculo del coeficiente de dispersión longitudinal en función de una exhaustiva revisión de la bibliografía respectiva, encontrando una expresión que estadísticamente permite una mejor aproximación de ese coeficiente para el tramo en estudio. Se efectuó la modelación de la calidad del agua para el tramo en estudio, tanto para condiciones de estiaje como de invierno, mediante el programa QUAL2E, dado que que es el más utilizado y probado mundialmente. Los resultados se compararon con los datos obtenidos en terreno. Se observa que el modelo funciona adecuadamente para el oxígeno disuelto, con errores inferiores al 4%, no así para la DBO, en que los errores son bastantes mayores, pero se deben a que están dentro del rango de sensibilidad del método de determinación de laboratorio. Debido a que bajo las condiciones reales modeladas, el Biobío resultó libre de contaminación, se simularon condiciones de escenarios hipotéticos, donde se representó un mayor grado de contaminación del sistema fluvial. Se concluye que el río Biobío, en el tramo estudiado, posee una gran capacidad de autodepuración que redunda en una gran capacidad de asimilación de contaminantes orgánicos. Se comprueba que el balance de oxígeno disuelto del río Biobío en el tramo de estudio no es sensible a cambios importantes del coeficiente de dispersión longitudinal ni a la demanda de oxígeno de los sedimentos, pero sí al coeficiente de reaireación y a las tasas de desoxigenación. Palabras claves : Río Biobío, calidad del agua, modelación matemática.
Caracterización de la comunidad bacteriana asociada a rocas volcánicas y su influencia en la movilización de arsénico.
(Universidad de Concepción., 2011) Campos Araneda, Víctor Leandro; Mondaca Jara, María Angélica
El arsénico forma parte de mas 300 minerales, tales como arsenopirita (FeAsS), realgar (AsS) y ornopirent (As2S3). La erosión, el volcanismo y la actividad antropogénica ( minería, fundición, fabricación de vidrio, industria farmacéutica, electrónica, pesticidas, y las armas químicas) favoreciendo el ingreso de arsénico a la atmósfera, suelo y aguas superficiales y subterráneas. La contaminación de los suministros de agua potable con arsenito y arseniato ha sido ampliamente reportado, y el arsénico se ha identificado como un riesgo importante para la salud humana en distintas partes del mundo (noreste de la India, Bangladesh, el noroeste de Estados Unidos y el norte de Chile). Los efectos toxicológicos del arsénico están relacionados con su forma química y el estado de oxidación; las formas orgánicas son menos tóxicas. Entre las formas inorgánicas, el As (III) es en promedio 100 veces más tóxico y mas móvil que el As (V). En la Unión Europea, la norma de calidad para el arsénico en el agua potable está fijado en 10 mg/L. Una gran cantidad de bacterias reductoras y oxidantes de Arsénico, han sido aisladas desde sedimentos, rocas y columna de agua. La diversidad de bacterias capaces de reducir arseniato, son mayoritariamente heterotróficas y se extienden a bacterias del grupo de las δ-proteobacteria, ε- proteobacteria, bacterias Gram positivas del genero Clostridium, Bacillus, Desulfitobacterium y Chrysiogenis arsenatis. Por otro lado, estudios realizados en rocas provenientes de minas de oro (arsenopirita y arginita), fuentes hidrotermales y sedimentos, han permitido aislar un grupo de microorganismos con la capacidad de oxidar arsénico. Entre estos se incluyen bacterias heterotróficas como Pseudomonas putida y Alcaligenes faecalis y bacterias quimiolitoautotróficas, como Pseudomonas arsenitoxidans y algunas cepas del genero Ancylobacter, Thiobacillus, Hydrogenophaga, Acidithiobacillus y la cepa NT-26 Agrobacterium. Sin embargo, la mayoría de las bacterias descritas, capaces de movilizar arsénico, directa e indirectamente, se han aislados desde drenajes ácidos de minas (pH ácido), como es el caso de Acidithiobacillus, bacteria tolerante a arsénico y algunas cepas de Thiomonas. Sin embargo, Rhine et al. (2008) reportó el aislamiento de una alfa-proteobacteria, con la capacidad para movilizar arsénico desde rocas en condiciones aeróbicas, a pH circumneutral (pH 5,5-7,4). El objetivo de esta tesis fue conocer el rol de los microorganismos en la especiación y movilización del arsénico en los sistemas acuáticos, a pH circumneutral, utilizando como modelo ecológico rocas volcánicas, que entre sus constituyentes se encuentre arsénico. Los estudios de especiación química elemental en cultivos bacterianos incubados bajo condiciones controladas de laboratorio, permite entender los cambios o biotransformaciones químicas del arsénico por las poblaciones bacterianas resistentes El río Camarones fue caracterizado fisicoquimicamente y microbiológicamente. Los resultados obtenidos demuestran que el río Camarones presenta un gradiente de concentración de arsénico, detectándose en la parte superior del río (potamon) las concentraciones mas alta de arsénico (1100 ug/L), en cambio en la zona media se detectó una concentración de 750 ug/L y en la zona baja (desembocadura) 550 ug/L de arsénico total. La caracterización microbiológica del río demostró la presencia de bacterias resistentes a arsenito y arseniato, con niveles de tolerancia mayores a 8mM. Al investigar las propiedades redox (oxidación y/o reducción) se encontró que el 36,84% de las cepas, aisladas de sedimentos ricos en arsénico (potamon), presentaron actividades reductoras en porcentajes mayores al 50%. En cambio, en bacterias aisladas desde sedimentos con bajas concentraciones del metaloide (Zona media y baja), la actividad reductora varío entre un 10% y 25%. Se puede concluir que la presencia de arsénico selecciona bacterias con la capacidad de tolerar concentraciones altas de arsénico a través de la transformación de As (V) en As (III). Los estudios de biomovilización de arsénico, desde rocas volcánicas, fueron realizados en experimentos de microcosmos. Los experimentos fueron realizados incubando la comunidad natural asociada a la roca volcánica durante 45 días (Control biótico). Un control abiótico (roca esterilizada) fue implementado como control negativo. A Las bacterias adheridas (biopelicula) a la rocas volcánicas fueron caracterizadas en base a estudiar su capacidad de movilizar arsénico, desde la roca volcánica, a pH circumneutral. La estructura de la biopelicula fue analizada mediante microscopia electrónica de barrido asociada a un espectrómetro de energía dispersiva (MEB-EED). Las cepas fueron aisladas desde la biopelicula e identificadas mediante análisis de secuencias del gen ADNr 16s. La actividad oxidante y reductora de las cepas aisladas fueron estudiadas mediante la amplificación de los genes aox y arsC, respectivamente. La composición de la comunidad bacteriana asociada a la roca volcánica fue analizada mediante electroforesis en gel de gradiente denaturante (DGGE). Los análisis de MEB-EED demostraron la presencia de una biopelicula estable, luego de 45 días de incubación. Además se detecto la presencia de arsénico y otros metales trazas. Los análisis mediante secuenciación del gen ADNr 16s, de las cepas aisladas, detectaron la presencia de 6 géneros bacterianos diferentes Burkholderia, Pseudomonas, Rhizobium, Enterobacter, Erwinia y Acinetobacter. El 80% de las cepas aisladas fueron resistentes a arsenito y solo 65 % de ellas fueron capaces de oxidar el metaloide, con una eficiencia de transformación de As(III) a As(V) cercana a 97 %. En cambio el 100 % las cepas resistentes a arseniato fueron capaces de reducir el metaloide, con una eficiencia de transformación de As(V) a As(III) entre 69-86%. Los análisis polifásico de las cepas aisladas determinaron la presencia de una nueva especie bacteriana denominada Pseudomonas arsenicoxydans. El análisis de las secuencias del gen ADNr 16S obtenidos mediante DGGE revelaron la presencia de 4 grupos bacterianos (-proteobacteria -proteobacteria, Firmicutes y Actinobacteria). Los resultados de los experimentos de microcosmos demostraron que en los cultivos estériles la concentración de arsénico fue de 0,37 mM, luego de 45 días de incubación. En cambio en los experimentos con la comunidad natural, la concentración total de arsénico total fue alrededor de 1,31 mM. Estos resultados demuestran que la comunidad bacteriana epilítica participa en la movilización y especiación de arsénico. Además, la comprensión de estos procesos biológicos pueden ser utilizado en el modelamiento de la movilización de arsénico desde rocas hacia fuentes de agua potable.
El curso inferior y "estuario" del río Biobío: ¿ un eficiente convertidor de materia orgánica en biomasa bentónica?.
(Universidad de Concepción., 1999) Bertrán Vives, Carlos Enrique; Parra Barrientos, Óscar
Uno de los sistemas lóticos chilenos de mayor importancia de acuerdo a su caudal es el río Biobío. Su “estuario” es reducido, debido a la poca penetración del agua marina a su interior, especialmente en las épocas de máximo caudal. Durante los meses de verano, existe una mayor influencia marina, una mayor sedimentación de la materia particulada en suspensión (incluyendo el material orgánico), riqueza específica, diversidad, densidad y biomasa bentónica. Con el objetivo de verificar la hipótesis que en verano la disminución del caudal del río Biobío, determina una mayor depositación del material particulado fino y con el aumento del caudal en invierno existe un lavado y transporte del material depositado hacia el mar, se tomaron muestras en el curso inferior y “estuario” del río Biobío, en condiciones contrastantes de caudal (agosto, 1993 y marzo, 1994). Estos cambios incidirían en las diferencias estacionales de conversión de la materia orgánica particulada a biomasa bentónica. La fauna bentónica estuvo compuesta por 16 especies en el muestreo de invierno, la mayoría de ellas representada por muy poco individuos. Las especies más abundantes fueron un Archiannelida indeterminado y el poliqueto Perinereis gualpensis. En el muestreo de verano aumentó la riqueza específica (42) y sus abundancias totales. El promedio de las abundancias de las especies de mayor densidad por transecto y los grupos dominantes de cada uno se mantuvieron igual para ambas condiciones. Se concluye que en el curso inferior y “estuario” del río Biobío, producto de la disminución del caudal durante el verano, se posibilita la depositación del material suspendido fino, el que permite el desarrollo exitoso del macrozoobentos. El aumento del caudal de la época invernal, determina el transporte del material depositado hacia el mar. Aún cuando los valores de diversidad, abundancia y biomasa de la fase estival fueron de un orden de magnitud mayor (hasta en 2.7 bits, promedio: 53 veces, promedio 13 veces, respectivamente) que en la fase invernal, ellos fueron menores que los citados para estuarios chilenos típicos. Esto contribuye a confirmar el carácter atípico del estuario del río Biobío, el que no actúa como un buen convertidor de la materia orgánica en biomasa bentónica.
Degradabilidad del complejo EDTA-Fe(III) mediante un tratamiento químico-biológico.
(Universidad de Concepción., 2003) Oviedo Silva, Claudia Andrea
El ácido etilendiamino tetraacético (EDTA) es un compuesto sintético de amplio uso doméstico e industrial, con capacidad de coordinar con alta afinidad iones metálicos en solución. El objetivo de esta tesis es constituirse en un aporte en el conocimiento de la degradabilidad de este agente quelante. La tesis consta de una introducción y de cinco artículos. El artículo I (EDTA: The chelating agent under environmental scrutiny), sistematiza la información existente acerca del comportamiento ambiental del quelante. Se concluye que el EDTA es una sustancia persistente en el sistema natural y que entre los principales riesgos que involucra su presencia en el ambiente están los procesos de biodisponibilidad y removilización de metales pesados.Uno de los complejos mayoritarios del EDTA en aguas residuales y naturales es el EDTA-Fe(III). La abundancia de este complejo resalta su crucial importancia dado que, en los sistemas acuáticos naturales, ni la tasa de degradación fotoquímica ni la degradabilidad biológica representan una vía eficaz de degradación del complejo. Por ende, se ha intentado la degradación de este complejo mediante diversas tecnologías, antes de su liberación a las aguas naturales. Esta investigación apunta justamente a este propósito, pues se estudió la degradabilidad del complejo EDTA-Fe(III) en un tratamiento químico y en un tratamiento biológico, para proponer la realización de un tratamiento combinado químico-biológico. El tratamiento químico consistió en una reacción de oxidación avanzada inspirada en los procesos fúngicos de degradación de madera, denominada reacción de Fenton asistida por catecol, que fue seguido por un tratamiento biológico con la levadura Saccharomyces cerevisiae. En primer lugar, se evaluó la degradabilidad del complejo mediante la reacción de Fenton asistida por catecol (Degradation of the Fe(III)-EDTA complex by the Catechol driven Fenton reaction, Artículo II). Se demostró que el complejo es degradable por medio de esta reacción, estudiándose también el efecto de las variables: concentración de catecol, Fe(III) y peróxido de hidrógeno. Se encontraron las concentraciones de las variables para obtener una óptima degradación del complejo, lográndose un 90% de degradación del complejo EDTA-Fe(III) con un concomitante 20% de remoción de carbono orgánico total (TOC). Mediante análisis CG/MS se identificaron los principales productos de reacción: ácido acético, glioxal, ácido succínico, glicina, ácido nitrilotriacetico, ácido cítrico y ácido N-metil-N-(2-iminoacetil)-1,2-dioxaetil-2- aminoacetico. El complejo EDTA-Fe(III) no afectó la viabilidad de S. cerevisiae, pero no fue degradado por las levaduras ni como única fuente de carbono, ni en presencia de un sustrato fácilmente metabolizable. Una vez alcanzadas las condiciones de máxima degradación por el tratamiento químico, se realizó el tratamiento combinado químico-biológico para la remoción de los subproductos del tratamiento químico del complejo (Fe(III)-EDTA complex abatement using a catechol driven Fenton reaction, Artículo III). El tratamiento biológico con la levadura S. cerevisiae aumentó la mineralización del complejo pretratado químicamente, y fue eficaz en remover el fierro soluble. El tratamiento combinado químico-biológico logró 100% de degradación de EDTA-Fe(III), 68 % de remoción de TOC y 90% de remoción de fierro soluble. Entre las aptitudes que hicieron de S. cerevisiae el microorganismo de elección para la etapa posterior al tratamiento químico utilizado, está su capacidad reductora (enzimática y no enzimática) de Fe(III) a Fe(II) lo que podría potenciar la reacción de Fenton (Fe(II)/H2O2). La reacción de Fenton asistida por catecol es un mecanismo no enzimático de las vías fúngicas de degradación de madera por los hongos de pudrición de la madera. El artículo IV (Screening method for detecting iron reducing fungi) evalúa la capacidad reductora de Fe(III) a Fe(II) de diversos hongos de pudrición de madera, usando a S. cerevisiae como control positivo y diseñando un ensayo en medio sólido, para detectar esta capacidad. Se logró establecer un ensayo que resultó ser rápido y sensible encontrándose que los hongos de pudrición parda Gloeophyllum trabeum y Latiporeus sulphureus exhibieron mayores capacidades reductoras de fierro que los hongos de pudrición blanca ensayados Trametes versicolor, Ganoderma australe and Ceriporiopsis subvermispora. Por último, se comparó la degradación de dos compuestos persistentes, el EDTA-Fe(III) y el alcohol veratrílico mediante la reacción de Fenton asistida por catecol (Degradation of recalcitrant compounds by catechol driven Fenton reaction, Artículo V), encontrándose que en ambos casos la reacción de Fenton asistida por catecol es más eficiente que la reacción de Fenton (Fe/H2O2).
Degradación aeróbica de clorofenoles por bacterias del río BíoBío sustentadas con sustratos de fácil metabolización.
(Universidad de Concepción., 2002) Aranda Borghero, Carlos Patricio
En las últimas décadas el hombre ha sintetizado y liberado al ambiente un gran número de compuestos orgánicos tóxicos, mutagénicos o difíciles de degradar. Estas propiedades definen a estos compuestos de origen antropogénico como xenobióticos. La biodegradación de xenobióticos mediante bacterias es una estrategia eficiente tanto para la recuperación de ambientes contaminados como también para el tratamiento de residuos que los contengan. Son básicamente tres los mecanismos que presentan las bacterias para la degradación de estos compuestos: (1) biodegradación como única fuente de energía y de carbono, (2) biodegradación como sustrato secundario, debido a una biodisponibilidad inferior a la requerida para sustentar el crecimiento bacteriano, y (3) biotransformación cometabólica en que la célula bacteriana requiere de otro sustrato para sustentar el crecimiento. En esta tesis se considera como hipótesis la existencia de un nuevo mecanismo, que implica la biodegradación completa de un xenobiótico que no tiene la capacidad para sustentar el crecimiento bacteriano debido a que los niveles de toxicidad del compuesto sobrepasan las capacidades degradativas en el microorganismo. Como modelo de estudio se utilizó la biodegradación aeróbica de clorofenoles por bacterias aisladas del río Biobío. Se postula que la biodegradación aeróbica de estos xenobióticos, en ambientes acuáticos receptores tanto de clorofenoles como de compuestos orgánicos de fácil metabolización, podría ser llevada a cabo por bacterias que requieren de sustratos de fácil metabolización para sustentar su crecimiento. Los resultados obtenidos demostraron que la cepa Sphingopyxis chilensis S37 y la cepa S32 tipo Sphingopyxis, aisladas de un sitio contaminado del río Biobío, pueden crecer y degradar 2,4,6-triclorofenol en un medio salino mineral adicionado con glucosa como fuente de carbono. Los resultados por espectrofotometría, medición de cloruro liberado, GC y GC-MS y HPLC, mostraron la ruptura del anillo aromático del halofenol y la liberación estequiométrica de cloruro, sin la detección de intermediarios metabólicos que indiquen cometabolismo. Utilizando un rango de concentraciones del clorofenol entre 0,025 y 0,2 mM, se encontró que a mayor contenido del halofenol, estas bacterias requieren también de una mayor concentración de glucosa para sobreponerse al efecto tóxico del xenobiótico, pudiendo crecer y degradar este último. Por otro lado, en una condición de ausencia de crecimiento, utilizado suspensiones bacterianas de la cepa S. chilensis S37 con una densidad celular de 10 7 UFC ml -1, se demostró que 2,4,6-triclorofenol 0,5 mM provoca una muerte de la bacteria que se evita con una adición equimolar de un sustrato de fácil metabolización como la glucosa. Adicionalmente, se realizó un análisis de los modelos cinéticos que describen el crecimiento bacteriano y la degradación de compuestos tóxicos, poniéndose especial énfasis en el concepto de la mínima concentración de sustrato que permite el crecimiento bacteriano. Este concepto define la posible existencia de un sustrato secundario debido a una biodisponibilidad de sustrato inferior a la requerida para sustentar el crecimiento. Se propone una nueva ecuación que explica la posible mineralización de 2,4,6-triclorofenol que no sustenta el desarrollo de biomasa a cualquier concentración. Esta ecuación describe el efecto del incremento de la concentración de un compuesto tóxico, sobre el valor teórico de su concentración mínima que permitiría el desarrollo de la biomasa. Debido a que mayores concentraciones de un sustrato tóxico genera mayores requerimientos energéticos para la célula bacteriana, se demuestra la posibilidad de que cualquier concentración disponible de este compuesto sea siempre menor al valor teórico de su mínima concentración que permitiría el crecimiento bacteriano. Esta propuesta describe un nuevo tipo de sustrato secundario, el cual sólo puede ser mineralizado cuando el metabolismo bacteriano es sustentado con sustratos de fácil metabolización. Con la detección de bacterias con este tipo de propiedades se puede concluir que en el ambiente existiría un mayor potencial de autodepuración que el considerado hasta ahora. La comprensión y manejo de este potencial permitiría mejorar las estrategias de biorremediación de ambientes contaminados con compuestos tóxicos.
Degradación de antibióticos utilizados en la salmonicultura mediante el uso de hongos marinos
(Universidad de Concepción., 2016) Ahumada Rudolph, Ramón Esteban; Becerra Allende, José; Marínez Poblete, Miguel
El sector pesca y acuicultura en nuestro país genera una importante actividad productiva, con un PIB cercano al 3,5 %. La existencia de enfermedades bacterianas es considerada el componente más perjudicial de la producción acuícola. En Chile la oxitetraciclina (OTC) es uno de los antibióticos mayormente utilizados por la industria de la salmonicultura (i.e., 157 toneladas en el 2013). Los hongos terrestres han demostrado capacidad ecológica y bioquímica para degradar residuos de productos químicos, ya sea por modificación química o influyendo en su biodisponibilidad, a través de un sistema enzimático extracelular e intracelular no específico. Dada esta especial capacidad de los hongos terrestres, el objetivo de este trabajo fue aislar, identificar y determinar la capacidad de cepas nativas de hongos para biotransformar antibióticos como la oxitetraciclina, desde muestras de sedimentos recolectadas en zonas de fiordos. El muestreo de sedimentos (28 muestras) se realizó mediante un box corer, en Julio 2014, en los centros de cultivo de salmones: Victoria 1 y Victoria 2, Provincia de Aysén, con el apoyo y coordinación de la empresa Blumar Salmones S.A., a través del proyecto PAI-CONICYT 7813110001. Las muestras fueron guardadas en frío, hasta su traslado al laboratorio de Productos Naturales en la Universidad de Concepción. En este estudio se aisló un total de 38 cepas, 22 de ellas fueron identificadas mediante microscopía electrónica de barrido y análisis de PCR en base al DNA. Se probó que 12 de ellas presentaban capacidad para degradar OTC. Las cepas aisladas e identificadas (Código Genbank®) se encuentran almacenadas en el Cepario del Laboratorio de Química de Productos Naturales de la Universidad de Concepción. En un primer estudio, en 18 días de exposición a OTC, seis cepas de Filum Ascomicetes, Penicillium commune, Aspergillus terreus, Beauveria bassiana, Trichoderma harzianum, Epicoccum nigrum y Emericellopsis alkalina demostraron ser capaces de degradar entre un 75 y 91,7 % de la OTC presente en el cultivo. Posteriormente, en 21 días de experimentación, las cepas de hongos i.e., Trichoderma deliquescens, Trichoderma harzianum, Taralomyces atroroseus y Penicilium crustosum demostraron ser capaces de degradar entre 73 a un 93 % OTC y la levadura Rhodotorula mucilaginosa de degradar un 74,2 % de la OTC presente en una solución. El análisis de la concentración intracelular de oxitetraciclina en 5 hongos, i.e., Penicillium spinulosum, Epicoccum nigrum, Penicillium solitum, Beauveria bassiana y RA201 demostraron un incremento intracelularmente en la concentración de OTC i.e., 115 mg/50 mg de micelio, para posteriormente disminuir i.e., 20 mg/50 mg de micelio. En el medio la concentración de OTC disminuyó desde 250 mg/L hasta 60 mg/L en el periodo en estudio. Paralelamente, no se detectó compuestos distintos de los observados en el medio control. El análisis del comportamiento de E. nigrum frente a estresores ambientales i.e., T°, pH y salinidad demostró que el hongo fue capaz de modificar su membrana celular i.e., contenido de ácidos grasos y esteroles; y a nivel de ultraestructura aumentar el grosor de su pared celular frente al aumento de la salinidad; además, de producir sustancias poliméricas extracelulares, frente a cambios en el pH y T° del medio. Se concluye que, la cepa E. nigrum sería la adecuada para continuar estudios que permitan el diseño de procesos biotecnológicos de remediación de OTC en sedimentos. Además, demostró ser capaz cohabitar bajo distintas condiciones de salinidad, temperatura y pH, mantener su condición heterótrofa y biodegradar OTC. Presentó un rápido crecimiento y capacidad para adaptarse a las condiciones de estrés en terreno, i.e., poca luz, salinidad y presencia de antibióticos.
Desarrollo de sistemas integrados para la producción de Xilitol , a-celulosa y acidos orgánicos a partir de bagazo de caña de azúcar.
(Universidad de Concepción., 2004) Macedo Baudel, Henrique; Zaror Zaror, Claudio; Abreu, César
Escenarios formulados para el sector alcoholero (período 2005-2020) indican un incremento superior a 50% en la producción alcoholera brasileña en virtud del aumento de las exportaciones del mismo, además de la implementación de políticas de incentivo a su empleo como combustible vehicular. Sin embargo, existe una incertidumbre con respecto a las implicaciones ambientales de tal desarrollo. Las elevadas demandas por recursos hídricos, materiales y energéticos, además de emisiones líquidas y de "gases invernaderos" son aspectos de naturaleza ambiental que efectivamente pueden restringir la sustentabilidad de la actividad alcoholera. Específicamente, la producción alcoholera genera cantidades masivas de bagazo de caña, como residuo de proceso sin utilización, operándose un impacto significativo sobre el entorno ambiental de la actividad. En virtud de su composición ligno-celulósica, carácter renovable y bajo costo, el bagazo representa una oportunidad de explotación económica a través de la producción de xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos, los cuales poseen amplio uso industrial, además de valor agregado superior al etanol. En este contexto, la implementación de una planta para a producción integrada de etanol, xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos a partir del bagazo excedente de las destilerías emerge como una alternativa viable en términos económicos. El objetivo general de la preente investigación consistió en desarrollar un sistema integrado “eco-eficiente” de producción de xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos a partir del bagazo de caña de azúcar excedente de las destilerías, en la perspectiva de su aplicación a la realidad local. El referente geográfico abordado en esta investigación fue la Cuenca del Tapacurá-Capibaribe (Pernambuco, Brasil), la cual constituye un sistema socioeconómico y ecológico donde la actividad alcoholera se encuentra inserida desde el siglo XVI. En términos generales, el desarrollo del sistema integrado para la producción de xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos emergió como una alternativa factible. Debido a las características del bagazo, los procesos de hidrólisis ácida y deslignificación pudieron ser conducidos bajo condiciones moderadas. Se logró producir xilitol y -celulosa con elevado rendimiento y selectividad. Por otro lado, se evidenció la factibilidad de producirse -celulosa mediante el empleo de una secuencia de deslignificación "limpia y suave" totalmente exenta de cloro (TCF), sin generación de compuestos organoclorados (AOX) altamente tóxicos a la biota acuática. Además de esto, la oxidación húmeda de los licores negros (generados en la secuencia de deslignificación) con producción de ácidos orgánicos permitió formular un sistema productivo integrado compatible con la capacidad ambiental de los medios receptores. En términos generales, se produce cerca de 2540 ton de xilitol, 5.250 ton de -celulosa y 5.480 ton de ácidos orgánicos a partir del procesamiento anual de 16.000 ton de bagazo seco, lo que representa un incremento económico del orden de 157% sobre la actividad de producción de alcohol etílico. Los posibles impactos ambientales asociados a la producción de etanol, xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos se distribuyen en las dimensiones temporal y espacial. Asimismo, el desarrollo de un sistema integrado eco-eficiente requiere un análisis de los diversos aspectos ambientales con base al ciclo de vida del sistema, en diferentes escenarios formulados para la actividad alcoholera El procesamiento industrial del alcohol etílico es responsable por la mayor parte del consumo de agua y energía, así como de las emisiones líquidas. La actividad agrícola ejerce una importante contribución a la reducción del efecto invernadero, mediante la fijación del CO2 atmosférico. El balance neto de CO2 en el ciclo de vida completo del sistema integrado promueve una fijación neta de 4,90 ton CO2/m³ etanol, aunque se considere la combustión del etanol en los vehículos automotores. El sistema químico aporta la mayor cantidad de DQO no renovable, proveniente de la producción de -celulosa. El balance energético del sistema altamente tóxicos a la biota acuática. Además de esto, la oxidación húmeda de los licores negros (generados en la secuencia de deslignificación) con producción de ácidos orgánicos permitió formular un sistema productivo integrado compatible con la capacidad ambiental de los medios receptores. En términos generales, se produce cerca de 2540 ton de xilitol, 5.250 ton de -celulosa y 5.480 ton de ácidos orgánicos a partir del procesamiento anual de 16.000 ton de bagazo seco, lo que representa un incremento económico del orden de 157% sobre la actividad de producción de alcohol etílico. Los posibles impactos ambientales asociados a la producción de etanol, xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos se distribuyen en las dimensiones temporal y espacial. Asimismo, el desarrollo de un sistema integrado eco-eficiente requiere un análisis de los diversos aspectos ambientales con base al ciclo de vida del sistema, en diferentes escenarios formulados para la actividad alcoholera El procesamiento industrial del alcohol etílico es responsable por la mayor parte del consumo de agua y energía, así como de las emisiones líquidas. La actividad agrícola ejerce una importante contribución a la reducción del efecto invernadero, mediante la fijación del CO2 atmosférico. El balance neto de CO2 en el ciclo de vida completo del sistema integrado promueve una fijación neta de 4,90 ton CO2/m³ etanol, aunque se considere la combustión del etanol en los vehículos automotores. El sistema químico aporta la mayor cantidad de DQO no renovable, proveniente de la producción de -celulosa. El balance energético del sistema altamente tóxicos a la biota acuática. Además de esto, la oxidación húmeda de los licores negros (generados en la secuencia de deslignificación) con producción de ácidos orgánicos permitió formular un sistema productivo integrado compatible con la capacidad ambiental de los medios receptores. En términos generales, se produce cerca de 2540 ton de xilitol, 5.250 ton de -celulosa y 5.480 ton de ácidos orgánicos a partir del procesamiento anual de 16.000 ton de bagazo seco, lo que representa un incremento económico del orden de 157% sobre la actividad de producción de alcohol etílico. Los posibles impactos ambientales asociados a la producción de etanol, xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos se distribuyen en las dimensiones temporal y espacial. Asimismo, el desarrollo de un sistema integrado eco-eficiente requiere un análisis de los diversos aspectos ambientales con base al ciclo de vida del sistema, en diferentes escenarios formulados para la actividad alcoholera El procesamiento industrial del alcohol etílico es responsable por la mayor parte del consumo de agua y energía, así como de las emisiones líquidas. La actividad agrícola ejerce una importante contribución a la reducción del efecto invernadero, mediante la fijación del CO2 atmosférico. El balance neto de CO2 en el ciclo de vida completo del sistema integrado promueve una fijación neta de 4,90 ton CO2/m³ etanol, aunque se considere la combustión del etanol en los vehículos automotores. El sistema químico aporta la mayor cantidad de DQO no renovable, proveniente de la producción de -celulosa. El balance energético del sistema altamente tóxicos a la biota acuática. Además de esto, la oxidación húmeda de los licores negros (generados en la secuencia de deslignificación) con producción de ácidos orgánicos permitió formular un sistema productivo integrado compatible con la capacidad ambiental de los medios receptores. En términos generales, se produce cerca de 2540 ton de xilitol, 5.250 ton de -celulosa y 5.480 ton de ácidos orgánicos a partir del procesamiento anual de 16.000 ton de bagazo seco, lo que representa un incremento económico del orden de 157% sobre la actividad de producción de alcohol etílico. Los posibles impactos ambientales asociados a la producción de etanol, xilitol, -celulosa y ácidos orgánicos se distribuyen en las dimensiones temporal y espacial. Asimismo, el desarrollo de un sistema integrado eco-eficiente requiere un análisis de los diversos aspectos ambientales con base al ciclo de vida del sistema, en diferentes escenarios formulados para la actividad alcoholera El procesamiento industrial del alcohol etílico es responsable por la mayor parte del consumo de agua y energía, así como de las emisiones líquidas. La actividad agrícola ejerce una importante contribución a la reducción del efecto invernadero, mediante la fijación del CO2 atmosférico. El balance neto de CO2 en el ciclo de vida completo del sistema integrado promueve una fijación neta de 4,90 ton CO2/m³ etanol, aunque se considere la combustión del etanol en los vehículos automotores. El sistema químico aporta la mayor cantidad de DQO no renovable, proveniente de la producción de -celulosa. El balance energético del sistema integrado a través del ciclo de vida indica un excedente neto de energía del orden de 19%. La carga ambiental (en particular, las descargas del DQO) y los consumos de agua y energía concernientes a la actividad alcoholera de la Cuenca pueden ser significativamente reducidos a niveles aceptables mediante acciones de modernización tecnológica y de gestión ambiental. En el contexto global, la implementación de estas medidas permitiría duplicar la capacidad de producción de etanol, además de introducir un sistema químico a la matriz productiva, sin aumentar la carga orgánica sobre los cursos de agua en la misma proporción.
Development of fishways for longitudinal connectivity of Chilean rivers threatened by small-scale hydropower plant.
(Universidad de Concepción., 2022) Laborde García, Anita Alejandra; Link Lazo, Óscar Eduardo
Freshwater ecosystems have become severely fragmented by artificial instream structures. Significant efforts have been made to reconnect freshwater systems to support fish movement through the design and installation of dedicated fish passage structures, or fishways. However, fishway design is based on a traditionally unique focus on salmonids or a small number of species often from northern regions. As such, designs may not be effective in other parts of the world, such as the Southern Hemisphere. Particular examples include Australia, New Zealand and South America, where native species consist mainly of small-bodied fish, a term that refers to adult fish with a body length of up to 15 cm. The present research is motivated by the need to develop novel and innovative approaches to advancing fishway mitigation technologies for small-bodied fish and small juveniles exposed to instream structures. The situation of Chilean native fish species is used as the basis of a case study for the development of fishways for small-bodied fish worldwide. Three fundamental research questions are raised. (1) Which is the target group for the development of fishways in Chile? (2) What is the swimming performance of target group species? (3) Is there a fishway configuration suitable for passage of the target group, and can that suitability be quantified? Trichomycterus, Diplomystes and Percilia (the TDP group) were the most prevalent genera within the assemblages present at planned hydropower project sites in South Central Chile (present at 40% of the sites; Laborde et al., 2020). The TDP group is composed of two small-bodied fish species (T. areolatus and P. irwini) and a species that coexists alongside them in its juvenile stage (D. nahuelbutaensis, juveniles up to 15 cm; Arratia et al., 1983). All three are benthofagous and resident species. Consequently, the TDP group was identified as a target group for the facilitation of fish passage. Swimming capacities of TDP group species were estimated based on information obtained from the literature concerning applicability of proposed dimensionless variables and a proposed correlation of swimming capacities with fish species characteristics. Results showed that the dimensionless swimming capacities of small-bodied and large-bodied fish species are not comparable, even for the same taxonomic order, suggesting scale effects. Results also showed that the distance design curve proposed by Peake (1997) and applied to Percilia suggests fish passage velocity of up to 41 cm/s -1 along a 100-metre-long fishway. Based on a review of the literature, fishway baffle designs were identified as the most suitable for the TDP group. Consequently, three different fishway configurations were proposed and evaluated over a 4-metre-long prototype fishway: lateral baffles (treatment 1); baffle array (treatment 2); and alternating lateral baffles (treatment 3). Passage of individual fish and interspecific fish groups was assessed. Performance was quantified as passage efficiency, percentage of attempts, and percentage of impingements. In general, results showed that baffles increased passage efficiency and decreased the percentage of impingements. The lateral baffles configuration (treatment 1) showed the highest passage efficiency for T. areolatus (efficiency of 70%, 30% and 0% for treatments 1, 2 and 3, respectively) and P. irwini (efficiency of 43%, 0% and 20% for treatments 1, 2 and 3, respectively). In individual and interspecific group experiments, fish passage performance metrics in the lateral baffles configuration were not significantly different for T. areolatus, P. irwini and D. nahuelbutaensis. As such, lateral baffles constitute the optimum multi-species fishway design for small-bodied fish. Group passage efficiency in the lateral baffles configuration was 37%.
Distribución latitudinal, evaluación de zonas de convergencia y los factores ambientales que afectan la depositación de bifenidos policlorados(PCBs) en áreas remotas del sur de Chile (Región de Aysén).
(Universidad de Concepción., 2008) Mendoza Neira, Rafael Gonzalo; Barra Ríos, Ricardo Orlando
Los Contaminantes Orgánicos Persistentes (COPs) son un problema medioambiental global, en parte por su uso masivo y emisiones continuas al ambiente, pero en particular, debido a su extraordinaria toxicidad, persistencia y movilidad en el ambiente. Cuando la producción y el uso de estos compuestos comenzaron en forma industrial, en la década de los 40` del siglo pasado, una gran cantidad de estos compuestos ingresaron al medio ambiente, desconociéndose sus posibles efectos y los daños en el medio ambiente y en la salud de la población. Una gran variedad de procesos de transporte está dispersando los COPs a través del planeta. Por ello, el año 2001 el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), luego de varios años de negociaciones, concretó el desarrollo y firma del Convenio de Estocolmo, que permite a una escala global, introducir un manejo sustentable de los COPs, este convenio fue ratificado por Chile en Julio del 2005. Para cumplir con los objetivos del convenio, se han realizados investigaciones tendientes a comprender la dinámica temporal de la contaminación con COPs, en particular en aquellas áreas geográficas donde no existen información (hemisferio Sur) ni fuentes puntuales de emisión de dichos contaminantes. En la presente tesis se determino el transporte latitudinal de Bifenilos Policlorados (PCBs) a lo largo de la costa Chilena, utilizando para ello al bivalvo P. purpuratus como especie bioindicadora de la contaminación, los resultados indican la presencia de un fraccionamiento global registrándose con esta tesis la primera publicación científica avalando dicha hipótesis para el hemisferio Sur, específicamente a lo largo de la costa de Chile. Se identificaron dos fenómenos; primero las concentraciones son mas elevadas hacia el sur del País y el segundo que los perfiles encontrados a lo largo de la costa son diferentes, encontrando congeneres mas pesados en concentraciones menos elevadas en latitudes mas bajas, en tanto se encuentran congeneres mas livianos en latitudes mas altas. En forma reciente, se ha planteado la posibilidad de la existencia de zonas de convergencia de contaminación, áreas geográficas que de acuerdo a sus características naturales, permiten una acumulación selectiva de COPs o que pueden actuar como una trampa natural de ellos. En la presente tesis además de determinar el transporte latitudinal, se evalúo el transporte de PCBs y Éteres Polibromados (PBDEs) a nivel longitudinal en la Región de Aysén en sedimentos lacustres y suelos. Esta región presenta particulares características geográficas, es decir existen importantes gradientes espaciales de precipitación en zonas relativamente pequeñas y de temperaturas relativamente homogéneas, lo que permitió demostrar en forma experimental, zonas geográficas donde existe algún grado de convergencia (acumulación selectiva de PCBs) a lo largo de gradientes altitudinales, y en segundo lugar evaluar la temporalidad de este fenómeno para responder la pregunta si la depositación de PCBs y PBDEs es mas intensa en períodos recientes. Los resultados indican bajas concentraciones de PCBs (7 congéneres) desde no detectado (n.d) hasta 10 ng g-1 dw (peso seco), encontrándose las concentraciones más altas en la parte superior del corer. Las concentraciones de PBDEs son inclusive más bajas desde n.d hasta 0,32 ng g-1 dw, representado por tres congéneres importantes (47,99 y 100). Al igual que los PCBs encontrados estos se ven incrementado en los últimos años pero su aparición es mas reciente. Estos resultados apuntan a que contaminantes antropogénicos están llegando a ecosistemas remotos en del Sur de Chile (PCBs aprox. en la década de los ’90 y PBDEs en los últimos 5 años) Existen diferencias en las concentraciones y proporción de los congeneres encontrados a lo largo de la transecta altitudinal en los lagos analizados y los suelos cercanos a ellos, dicha diferencia explicada por el tipo de precipitación en el caso de los lagos, siendo la nieve el factor predominante en altas altitudes; y para el suelo explicado por la temperatura y otros factores ambientales como la materia orgánica y tipo de vegetación. La principal fuente de esta contaminación podría ser la deposición atmosférica, sin embargo, otras fuentes tales como el biotransporte, migración de Salmónidos principalmente, no puede ser excluido y debe ser estudiado en futuras investigaciones.
Distribución, estructura comunitaria y poblacional de Galáxidos en Patagonia aspectos determinantes históricos y actuales amenazas para su conservación.
(Universidad de Concepción., 2012) González González, Jorge Fabián; Conejeros, Evelyn Habit
Una de las principales amenazas a la integridad de la fauna nativa, a nivel mundial, es la pérdida de biodiversidad resultante de la introducción de especies exóticas. Sin embargo, no es fácil desvincular los efectos de estas introducciones sobre la distribución y patrones geográficos de riqueza de especies, de otras múltiples variables físicas, biológicas y antrópicas que afectan a esta fauna. Por otro lado, estos efectos varían espacialmente y dependen de la escala de análisis. El impacto de la introducción de salmónidos sobre la fauna de peces nativos en zonas protegidas de la Patagonia se espera que sea menor, sin embargo, se ha visto que las áreas silvestres protegidas no son muy eficaces en la conservación de esta fauna. Los Galáxidos son uno de los grupos de peces más afectados por los salmónidos introducidos en todo el mundo, sin embargo, no existen suficientes estudios que examinen los mecanismos responsables de estos efectos negativos. En esta investigación se documentan en un amplio rango latitudinal (28º-54ºS) los cambios recientes en la distribución de cinco especies de Galáxidos, mediante la comparación de las distribuciones históricas y actuales basada en la más extensa base de datos de peces de agua dulce de Chile, y poniendo a prueba las relaciones de la distribución y abundancia de los peces nativos, con la incidencia de las especies introducidas. Por otro lado, estudiamos los gradientes de riqueza de especies de peces de agua dulce nativos e introducidos en lagos de la Patagonia chilena (39°-54°S). Aquí nos enfocamos en el rol del entorno físico (temperatura, tamaño del ecosistema, conectividad actual e histórica, actividad humana como vías de acceso y uso de suelo), en explicar los patrones de riqueza de nativos, en tanto, para los patrones de riqueza y dominancia de salmónidos introducidos, se ponen a prueba las hipótesis de resistencia biótica y actividad humana. Todo esto, con el objetivo de identificar los factores que mejor explican la persistencia de lagos sin salmónidos en la Patagonia. A menor escala, se analiza la composición, distribución y estructura de las comunidades de peces nativos en relación con la invasión de salmónidos y la protección de áreas silvestres protegidas en la cuenca del río Serrano, Patagonia (50° S). Además, se comparan relación la longitud/peso, dieta y composición isotópica (15N y 13C) de Galáxidos, en sistemas invadidos y libres de salmónidos. Encontramos que los rangos de distribución de la mayoría de las especies de Galáxidos se ha reducido significativamente en los últimos años (Galaxias maculatus: 26%, Brachygalaxias bullocki: 17%, Aplochiton taeniatus: 7%), excepto Galaxias platei especie que mostró un aumento considerable de su distribución, producto de un aumento en el esfuerzo de muestreo desplegado en la Patagonia sur. Esta especie es dominante en los sistemas de alta elevación, mientras que en sistemas de elevaciones intermedias, especialmente ríos, están dominados actualmente por salmónidos. Se sugiere que las interacciones negativas entre nativos y salmónidos, son responsables de algunas de las reducciones de rango en la distribución de Galáxidos en Chile. Sin embargo, la gravedad de los impactos varía con la latitud y la altitud, y está probablemente relacionado con la temperatura. Los peces nativos parecen haber encontrado refugio de los salmónidos en sistemas más cálidos del norte y en la zona costera, así como en altura, en ambientes relativamente fríos. Los peces nativos también parecen ser menos vulnerables a los salmónidos en lagos que en ríos. En ecosistemas lacustres de la Patagonia, encontramos que la riqueza de especies introducidas se correlacionó positivamente con la riqueza de especies nativas, y que la riqueza de nativos e introducidos se correlaciono negativamente con la latitud, y positivamente con la temperatura y el tamaño de los ecosistemas (área del lago). Además, las variaciones en la riqueza de nativos se relacionaron con las conexiones de drenaje históricos, mientras que la riqueza y la dominancia de salmónidos fueron significativamente afectados por la conectividad del hábitat actual. Encontramos un total de 15 lagos libres de salmónidos, todos ellos situados en zonas remotas al sur de los 45°S, y todos ubicados aguas arriba de barreras físicas de origen natural. No se encontró evidencias a favor de la existencia de resistencia biótica ejercida por especies nativas a la expansión de salmónidos, y a pesar de que las introducciones originales fueron mediadas por el hombre, los patrones actuales de riqueza no están relacionados con actividades antropogénicas, al menos aquellas medidas a través del acceso de caminos y uso de suelo. Por el contrario, los factores ambientales, especialmente la conectividad del hábitat y la temperatura, parecen limitar la expansión de salmónidos en aguas continentales. A una escala menor, intracuenca, en la cuenca hidrográfica del río Serrano (51⁰ S), encontramos que, a pesar de que la invasión de los salmónidos en las zonas prístinas estudiadas no ha generado cambios regionales en la riqueza de especies nativas, sí esta impactando sobre algunas de ellas. Las interacciones negativas con salmónidos, como depredación y/o exclusión competitiva, parecen estar desplazando a las especies nativas a hábitats menos productivos y provocando cambios en su conducta alimentaria, lo que consecuentemente, se ve reflejado en variaciones en la composición de la dieta, un deterioro de la condición física y una disminución de su posición trófica. Este resultado se obtuvo consistentemente para especies del género Aplochiton y Galaxias platei, al comparar poblaciones en sistemas con y sin salmónidos. Dichas interferencias podrían dar lugar a disminuciones de los tamaños poblacionales y explicarían la disminución de rango de distribución de algunas especies y explicarían la marcada distribución disjunta entre nativos y truchas. Asociado a los resultados anteriores, un aporte interesante de esta tesis es que se encontró que las áreas silvestres protegidas estudiadas (Parque Nacional Torres del Paine y Bernardo O’Higgins) ofrecen poca protección de la invasión de salmónidos a las especies de Galáxidos y, además, sus limites no se ajustan a los patrones actuales de distribución y diversidad de esta fauna nativa. Por otro lado, los resultados de esta tesis han permitido identificar cuencas hidrográficas y sistemas acuáticos particulares que son críticos para la conservación de la biodiversidad de peces nativos de agua dulce de Chile. Los principales sistemas que se proponen son la cuenca del río Maullín, Valdivia, los ríos del norte de la isla de Chiloé y varios lagos en la región de Aysén, la mayoría de las cuales incluye la totalidad de las especies de Galáxidos. Además, se identificaron 15 lagos libres de salmónidos de las cuencas del rio Aysén (1), del rio Cuervo (2), del Baker (5) y del rio Serrano (7), los cuales consideramos como prioritarios para la conservación de estas poblaciones únicas de peces nativos. Finalmente, esperamos que toda esta información sea un aporte significativo a entender el efecto de la introducción de salmónidos, al manejo áreas silvestres protegidas y a la conservación de la ictiofauna nativa en la Patagonia.

Browse

Browsing Tesis Doctorado by Title

Results Per Page

Sort Options