BIOTECNOLOGÍA MEDIOAMBIENTAL

Transcripción

1 BIOTECNOLOGÍA MEDIOAMBIENTAL Es la aplicación de un proceso biotecnológico para la protección y restauración de la calidad del medioambiente con una perspectiva a largo plazo. Biorremediación Biodegradación Biorrestauración Bioacumulación Bioaumentación La biotecnología puede ser considerada una tecnología limpia y que limpia 1

2 Biodegradación Es la descomposición de sustancias por la actividad de microorganismos. Puede involucrar a uno o a varios. biodegradable Beneficiosos Sin impacto medioambiental Alta aceptación social Compuestos recalcitrantes Compuestos químicos orgánicos que no pueden ser degradados fácilmente por microorganismos o que son resistentes a su ataque. Ej. Lignina, cabellos, suero de leche, desechos agrícolas, etc. Compuestos xenobióticos Compuestos que no se forman por procesos de síntesis naturales. Son sustancias extrañas al ecosistema que a menudo presentan un efecto tóxico 2

3 BIORREMEDIACIÓN DEFINICIONES: Es una técnica que utiliza el potencial metabólico de los microorganismos que transforman contaminantes orgánicos en compuestos más simples, poco o nada contaminantes. Es la utilización de organismos vivos para reducir o eliminar riesgos medioambientales resultantes de la acumulación de compuestos químicos tóxicos y otros residuos peligrosos. FACTORES QUE DETERMINAN LA EFICACIA DE LA BIORREMEDIACIÓN I) Propiedades del contaminante: biodegradabilidad Los hidrocarburos lineales se degradan más rápidamente que los ramificados. La presencia de dobles enlaces, anillos aromáticos y diversas sustituciones químicas hacen una molécula más resistente a su biodegradación II) Presencia de comunidades microbianas adecuadas: Los microorganismos pueden ser autóctonos : BIORREMEDIACIÓN INTRÍNSECA O ATENUACIÓN NATURAL Microorganismos añadidos al sistema para mejorar la degradación: BIOAUMENTACIÓN 3

4 FACTORES QUE DETERMINAN LA EFICACIA DE LA BIORREMEDIACIÓN III) Disponibilidad del contaminante: «factor crítico» depende de su solubilidad (agua) estado de oxidación, adsorción a componentes (suelo). IV) Naturaleza del medio contaminado: puede afectar al crecimiento microbiano y al metabolismo del compuesto en cuestión: Permeabilidad (suelos) Temperatura, ph, etc. Presencia o ausencia de nutrientes orgánicos, Niveles de oxígeno u otros aceptores de electrones etc. BIORREMEDIACIÓN Aplicación sobre: SÓLIDOS LÍQUIDOS GASES Suelos Lodos Residuos Aguas Superficiales Aguas Subterráneas Aguas Residuales Emisiones industriales 4

5 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES HIDROCARBUROS CLORADOS PCB, TCE, PCE (policlorados) Pesticidas Herbicidas HIDROCARBUROS en GENERAL Aromáticos Alifáticos BTEX PHAs 5

6 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES COMPUESTOS NITROAROMATICOS TNT (explosivos) Otros OTROS COMPUESTOS METALES PESADOS Organofosforados Cianuros Fenoles Otros Cr, Zn, Cd, Pb, Hg Otros EMPLEO DE MICROORGANISMOS EN BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS ATENUACIÓN NATURAL BIORREMEDIACIÓN NATURAL O INTRÍNSECA µorganismos autóctonos Depende de las habilidades metabólicas de los µorg. Dos modelos de degradación Aeróbico Anaeróbico 6

7 EMPLEO DE MICROORGANISMOS EN BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS BIOESTIMULACION INTRODUCCION DE MODIFICACIONES EN EL MEDIOAMBIENTE Aporte de nutrientes Aireación Aceptores de electrones (O 2, NO 3-, etc.) Ajuste de ph Otros metabolitos EMPLEO DE MICROORGANISMOS EN BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS BIOAUMENTACION ADICION DE µorganismos ESPECIALIZADOS AL MEDIO PARA POTENCIAR LA BIORREMEDIACION 7

8 PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS IN SITU EX SITU Bioventing Biosparging (burbujeo) Bioaumentación Landfarming Composteo Bioacumulación Biorreactores BIOVENTING IN SITU O O2 2 + Nutrientes Aire O2 + Nutrientes Extracción O2 Tratamiento del O2 vapor AGUA SUBTERRANEA Aplicación: Contaminantes degradables aeróbicamente: Petróleo, Nafta, Kerosene. Diesel Más frecuente Inyección de aire y nutrientes Estimulación microbiana Bajos flujos de aire 8

9 BIOVENTING IN SITU IN SITU Inyección de aire a presión por debajo de la napa freática : burbujeo. Favorece la degradación de compuestos orgánicos Aumenta la cc de O 2 en la napa incrementando la velocidad de degradación 9

10 LAND FARMING Transporte EX SITU Se estimula la degradación aeróbica de contaminantes excavados y transportados. Es eficiente para baja profundidad cm de suelo. Se emplea para degradar: contaminantes orgánicos, lodos y petroleo LAND FARMING EX SITU 10

11 COMPOSTEO EX SITU DESECHOS Verdes Marrones AIRE Compost AGUA ORGANISMOS Miceroorganismos Hongos Bacterias Macroorganismos Gusanos Insectos CALOR COMPOSTEO EX SITU La temperatura es el parámetro de control de la actividad microbiana 11

12 COMPOSTEO EX SITU COMPOSTEO DOMÉSTICOS Desechos orgánicos + O 2 CO 2 + H 2 O + Q + Compost EX SITU 12

13 COMPOSTEO EX SITU BIOACUMULACIÓN EX SITU Biopila 13

14 EX SITU BIOACUMULACIÓN BIORREACTORES EX SITU Altos costos de capital Infraestructura compleja Requiere transporte 14

15 RESUMEN DE ESTRATEGIAS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS MUESTREO DE CAMPO 15

16 SONDAS DE MUESTREO SONDAS DE MUESTREO 16

17 BIORREMEDIACIÓN DE GASES CONTAMINANTES BIOFILTRACIÓN Biofiltración Consiste en pasaje del gas contaminado a través de un medio poroso en el cual contiene una biomasa que lleva a cabo la degradación de los tóxicos a productos menos nocivos. Cargas volumétricas altas Bajas concentraciones del contaminante Es particularmente eficaz sobre compuestos orgánicos simples: alcoholes, aldehídos, cetonas y algunos aromáticos como xileno o tolueno. BIOFILTRACIÓN Requiere una gran superficie (hasta m 2 ). Es muy económica Diversos microorganismos biodegradan los compuestos contaminantes transformándolos en otros subproductos como CO 2 o vapor de agua. Necesidad de humidificación. Alta eficiencia (usualmente entre 95 y 99%). 17

18 Procesos de Biorremediación de Aguas Lodos Activados Biofiltros Aeróbico Tanques Agitados Anaeróbico* Lechos fluidizados y Lechos expandidos BIORREMEDIACIÓN DE AGUAS Los tratamientos de efluentes líquidos incluyen tres categorías de tratamiento: AGUA A TRATAR 18

19 LODOS ACTIVADOS Desarrollo de un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculos (lodos activados) en un depósito agitado y aireado, alimentado con el agua a depurar. Tratamiento biológico Tratamiento Físico Tratamiento Químico Fitorremediación Consiste en el empleo de plantas para la eliminación, degradación o contención de contaminantes en: suelos aguas Es una técnica no destructiva, pasiva, basada en la energía solar que constituye una alternativa a los métodos físicos y químicos, y también al uso de Microorganismos Uso in situ. Bajo costos. Alta aceptación social. Beneficiosa para el suelo. Se emplea para la remoción de Metales, Disolventes, Explosivos, Pesticidas, Hidrocarburos, etc. Existen especies hiperacumuladoras de metales. 19

20 Fitorremediación Fitorremediación 20

21 Biorremediación de Metales Pesados FITORREMEDIACIÓN REMEDIACIÓN por µorganismos Acciones tóxicas de los metales pesados: o generación de especies tóxicas de oxígeno o Se unen a grupos SH de proteínas: inactivación de su f(x) La biodisponibilidad del metal depende del estado de oxidación y éste depende de las condiciones físico-químicas. Un microorganismo puede realizar distintas acciones: Movilización del M BIOLIXIVIACION Inmovilización del M Transformación en especie volátil BIORREMEDIACION Efecto de la acumulación de tóxicos en los tejidos 21

22 BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL VS BIOTECOLOGÍA INDUSTRIAL VARIABLE OBJETIVOS PREDOMINIO METABÓLICO BIOMASA SUSTRATO OPTIMIZACION BIOT. AMBIETAL Nutrientes Catabolismo Consorcio Mezclas Selección ecológica BIOT. INDUSTRIAL Productos Anabolismo Cepas Esp. Puro y definido Ingeniería Genética BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL + BIOTECOLOGÍA INDUSTRIAL DESECHOS Basura domiciliaria Desechos agroindustriales Glicerol Desechos de la producción de alimentos Otros DESECHO DEGRADADO + PRODUCTO/S Enzimas Lípidos Polisacáridos Compost Antioxidantes Otros 22

23 BOLSAS DE USO DOMÉSTICO BOLSAS DE USO DOMÉSTICO Cuesta más reciclar una bolsa que producirla (100 veces) Consumo promedio: 250 bolsas /habitante/año Terminan en el mar o incineradas Contaminan durante su fabricación y su incineración (dioxinas, cianuro...). Tardan entre 150 y 1000 años en descomponerse 23

24 POLIHIDROXIALCANOATOS SINTETIZADOS POR BACTERIAS Cuál es el rol del biotecnólogo en los procesos de biorremediación? En qué procesos de biorremediación emplearía organismos genéticamente modificados? 24

25 VIDEOS DE INTERES