Vidal Sáez, GladysDomínguez Lecky, Viccelda María2021-05-062024-05-142024-08-282021-05-062024-05-142024-08-282004https://repositorio.udec.cl/handle/11594/5493Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales.En la cuenca del río Biobío y en el área marina adyacente se concentra aproximadamente un 50% de las plantaciones forestales del país, un 90% de la producción nacional de celulosa, 100% de papel periódico y 90% de madera. La situación actual y futura, implica una creciente presión sobre la calidad del agua del río Biobío, debido a que ésta es usada para abastecimiento de agua potable (uso doméstico), industrial, riego y como receptor de las descargas de los residuos líquidos tratados (industriales y domésticos). La industria de celulosa kraft produce una variada gama de compuestos específicos que son descargados a través de sus efluentes. Debido a las tecnologías empledas en el blanqueo de la pulpa de celulosa kraft, esta industria puede descargar pentaclorofenol (PCP) y 2,4,6-triclorofenol (2,4,6-TCP) al medio. En efecto, estos compuestos han sido encontrados en el río Biobío y en particular en los subtramos estudiados. Dichos compuestos son tóxicos y ampliamente reconocidos como agentes carcinogénicos. El objetivo de esta tesis es investigar los mecanismos de autodepuración de PCP y 2,4,6-TCP en el río Biobío entre Negrete y Laja, considerando, dos subtramos con características hidrodinámicas y físico-químicas distintas y condiciones críticas de descarga. Se investigaron básicamente como mecanismos de transformación la biodegradación y fotólisis, mientras que como mecanismos de transferencia de masa la adsorción/desorción y volatilización. Para la determinación de las cinéticas de biodegradación y adsorción/desorción se tomaron muestras de agua y sedimento en el subtramo Laja y se realizaron ensayos en batch a nivel laboratorio. Considerando las características físico-químicas del agua del río y las características del PCP y 2,4,6-TCP se determinaron teóricamente las constantes cinéticas de fotólisis y volatilización. Por otro lado, en el subtramo de Coihue se realizaron pruebas hidráulicas en terreno, con la finalidad de determinar la constante de dispersión transversal, mediante la aplicación de un programa de calidad de aguas elaborado por el Grupo de Modelación Matemática de Calidad del Agua y Resolución Numérica (GMMCARN 2002) de la Universidad de Concepción y el método de análisis de cambio de momentos. Para determinar cual es el parámetro más sensible del programa de calidad de agua, se realizaron análisis de sensibilidad simples y combinados. Se pudo determinar que en tramos donde hay una elevada carga ambiental debido a descargas de PCP y 2,4,6-TCP existen bacterias adaptadas que son capaces de degradar concentraciones de 2,4,6-TCP hasta 260 mg/L de 2,4,6-TCP. Para este tipo de microcosmo, se determinó un valor para la constante de saturación (Ks) de 112,4 mg/L de 2,4,6-TCP, mientras que la constante de inhibición (Ki) fue de 243,9 mg/L de 2,4,6-TCP. Sin embargo, estas mismas cepas no presentaron la habilidad para degradar PCP. Para efectos de modelación se consideró como constante debido a la biodegradación de 2,4,6-TCP el valor de 4,2-10-5 1/s. En el caso de la fotólisis, se consideró un valor para el PCP y 2,4,6-TCP de 1,6-10-6 1/s cada uno. El sedimento del subtramo Laja del río Biobío, presenta baja adsorción e irreversibilidad debido principalmente a su granulometría, arena gruesa (escala de Wentworth), mínimo porcentaje de finos (0,12), bajo contenido de carbono orgánico (0,22 %) y pH cercano a 7. La constante cinética de adsorción del 2,4,6-TCP y PCP fue de 2,9-10-7 1/s y 4,3-10-7 1/s, respectivamente. Por otra parte, la cinética de volatilización calculada en condiciones críticas (época de estiaje: 20 °C y velocidad del agua de 0,5 m/s) fue de 2-10-6 1/s para el PCP y 2,2-10-6 1/s para el 2,4,6-TCP. Además de determinar los coeficientes hidráulicos de dispersión y advección, se aplicó la condición de caudal más crítica (7Q10) para predecir la calidad del agua, de acuerdo al programa GMMCARN (2002). Los resultados indican, que bajo el escenario crítico (época de estiaje), en el subtramo de Laja, se cumpliría con el valor recomendado por la Organización Mundial de la Salud, para concentraciones de 2,4,6-TCP en el agua (10 μg/L). Sin embargo, en la zona de mezcla (lugar de descarga de la industria de celulosa kraft blanqueada) esto no ocurre. Más aún, para el caso del PCP en ninguna de las secciones simuladas, se cumpliría con la futura norma secundaria de calidad ambiental para la protección de las aguas continentales superficiales (CONAMA 1997), considerando calidades de agua clases 1 (Muy buena calidad: indica un agua apta para la protección y conservación de las comunidades acuáticas, para el riego irrestricto y para los usos comprendidos en las clases 2 y 3) y 2 (Buena calidad: indica un agua apta para el desarrollo de la acuicultura, de la pesca deportiva y recreativa, y para los usos comprendidos en la clase 3). Considerando las constantes cinéticas de transformación y transferencia de masa, determinadas en este estudio, sólo se podría alcanzar a cumplir con calidad de agua clase 3 (indica un agua adecuada para bebida de animales y para riego restringido). Se recomienda seguir realizando estudios que consideren los efectos sinérgicos de la mezcla de contaminantes, y además realizar campañas en terreno de calibración y validación de modelos para contaminantes específicos, que permitan predecir con mayor precisión la calidad del agua y así mejorar la gestión de ésta.Around 50 % of the country’s total forest plantations, 90 % of the current national cellulose, 100 % of the newspaper paper and 90 % of the wood are located within the Biobío River Basin and its marine adjacent area. Both, the current and future situation involve a growing pressure in the Biobío river water quality, which is used to provides drinking, industrial and irrigation water, and also as receiver of the treated sewage (industrial and domestic). Bleaching-kraft pulp mill produce specific compounds, which are, contained in their wastewater discharges. Due to the technologies involve in the bleached kraft processes, this industry may discharge pentachlorophenol (PCP) and 2,4,6-threechlorophenol (2,4,6-TCP) to the environment. These compounds have been funded in the Biobío River, and specifically in the sub-reaches investigated. These substances are carcinogenic and extremely toxic and hazardous to the environment. The objective of this thesis is to investigate the mechanisms of self-purification of PCP and 2,4,6-TCP, in Biobío River between Negrete and Laja. Considering two sub-reaches with different hydrodynamics and physical-chemical properties. Also critical condition of wastewater discharge was considered. Biodegradation and photolysis were investigated basically as transformation mechanisms, while as mass-transfer mechanisms were sorption and volatilization. Water and sediment from the Biobío River in Laja sub-reach were collected in order to determinate biodegradation and adsorption kinetics. Batch essays were made in the laboratory. Considering the physical-chemical properties of the river water and the pollutants, the kinetic constants of photolysis and volatilization were theoretically evaluated. On the other hand, in Coihue sub-reach hydraulics field test were made with the aim of studying the transverse mixing coefficient (Ey) using a water quality program elaborated by the Group of Water Quality Mathematical Modeling and Numerical Resolution (GWQMMNR) in the year 2002. The Generalized Method of Moment also was applied to determinate Ey. An individual and combined sensitivity analysis was made in order to determinate the most sensitive parameter of the water quality program. This study support the idea that in areas with high environmental load due to wastewater discharge containing PCP and 2,4,6-TCP, there are adapted cells that are able to degrade 2,4,6-TCP in high concentrations. Thus, 112.4 mg/l and 243.9 mg/l were determined as saturation (Ks) and inhibition (Ki) 2,4,6-TCP constants. Even though, these same strains were not able to degrade PCP. Due to the 2,4,6-TCP biodegradation constant the 4.2-10-5 1/s value was consider as a constant value for modeling effects. In the case of photolysis, a value of 1.6-10-6 1/s it was considered for PCP and 2,4,6-TCP. The sub-reach sediment study in the Biobío River presents a low adsorption and it is an irreversible phenomenon due to the very low fines content (0.12 %) and organic carbon content (0.22 %), granulometric classification (coarse sand in the Wentworth size class) and the solution pH (nearly 7). The 2,4,6-TCP and PCP adsorption kinetic constant was 2.9-10-7 1/s and 4.3-10-7 1/s, respectively. On the other hand, the kinetic of volatilization calculated in critical conditions (summer: 20 ºC and water velocity of 0.5 m/s) was 2-10-6 1/s for PCP and 2.2-10-6 1/s for 2,4,6-TCP. Besides the calculation of the hydraulic coefficients of advection and dispersion, the most critical flow scenario 7Q10 was used to predict water quality, according to GWQMMNR (2002) program. The results of the most critical scenario, shows that in Laja sub-reach, 2,4,6-TCP concentration in water fulfill the recommend value of the World Health Organization (10 μg/l). Nevertheless, in the mixing zone (the point of industrial bleached kraft cellulose discharge) the results are different. Even, for PCP concentration any transept fulfills the recommended value of the future secondary law on environmental quality for the protection of superficial continental water (CONAMA 1997) considering class 1 waters (Very good quality. This water is adequate for the conservation and protection of aquatic communities, irrigation and class 2 and 3 application range) and class 2 waters (Good quality. This water is adequate for aquiculture development and sport fishing and for class 3 application ranges). Considering the constant kinetics of transformation and mass-transfer mechanisms, of this study, the PCP concentration only could fulfill the class 3 water quality standards (Regular quality. This water is adequate as drinking water for animals and restricted irrigation). It is recommendable to develop more of these studies in order to establish the synergistic interactions of pollutants mix. Furthermore, it will be also quite recommendable to measure calibration and validations of water quality model for specific pollutants in the field, in order to better precise the water quality and therefore improve its management.spaCreative Commoms CC BY NC ND 4.0 internacional (Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional)BiodegradaciónCompuestos OrganocloradosCalidad del AguaRío Bío-Bío (Chile).Tesis