PRIMER TALLER INTERNACIONAL DE BIORREMEDIACIÓN EMPLEO DE BACTERIAS AUTÓCTONAS PARA LA BIORREMEDIACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS Y AGUAS CONTAMINADAS

Transcripción

1 PRIMER TALLER INTERNACIONAL DE BIORREMEDIACIÓN EMPLEO DE BACTERIAS AUTÓCTONAS PARA LA BIORREMEDIACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS Y AGUAS CONTAMINADAS Alfredo Gallego Cátedra de Higiene y Sanidad Facultad de Farmacia y Bioquímica Universidad de Buenos Aires

2 GESTIÓN DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS Más de compuestos químicos existentes Un 10% se emplea en volúmenes superiores a las 10 toneladas anuales Llegan al ambiente durante su producción, transporte, empleo o disposición En algunos casos se desconoce su efecto en el ambiente

3 GESTIÓN DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS ACUERDOS MULTILATERALES AMBIENTALES Convenio de Basilea sobre el Control de los Movimientos Transfronterizos de los Desechos Peligrosos y su Eliminación (1992) Convenio de Rotterdam sobre el Procedimiento de Consentimiento Fundamentado Previo Aplicable a Ciertos Plaguidas y Productos Químicos Peligrosos Objeto de Comercio Internacional (2004) Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (2004) Enfoque Estratégico para la Gestión de Productos Químicos a Nivel Internacional (Objetivo 2020)

4 Ley Nº de Residuos Peligrosos Decreto reglamentario 831/93 Niveles guía para Suelos Aire Agua Uso agrícola Residencial Industrial Aire ambiental Emisiones gaseosas Fuente de bebida humana Protección de la vida acuática Irrigación Bebida para ganado Pesca industrial Recreación

5 COMPUESTOS CONTROLADOS CONTAMINANTES EMERGENTES Clorofenoles Medicamentos Nitrofenoles Herbicidas Insecticidas Solventes halogenados Metales pesados

6 VÍAS DE ENTRADA DE LOS CONTAMINANTES PRODUCCIÓN PRODUCTOS RESIDUOS CONSUMIDOR TRATAMIENTO DE RESIDUOS MUNICIPALES TRATAMIENTO DE RESIDUOS INDUSTRIALES CONTAMINANTE

7 REMEDIACIÓN Tratamiento para reducir la contaminación

8 CLASIFICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS EMPLEADAS EN REMEDIACIÓN En base a: La remoción o no de la matriz contaminada Ex situ In situ La naturaleza del proceso empleado Procesos Físico-químicos Procesos Biológicos

9 PROCESOS BIOLÓGICOS VENTAJAS Bajo costo Degradación completa a CO 2 y H 2 O (Mineralización) No afecta la flora y fauna del lugar

10 BIORREMEDIACIÓN ES EL USO INTENCIONAL DE LOS PROCESOS DE BIODEGRADACIÓN PARA ELIMINAR CONTAMINANTES AMBIENTALES DE LOS SITIOS DONDE ELLOS SON O HAN SIDO LIBERADOS INTENCIONAL O INADVERTIDAMENTE

11 BIORREMEDIACIÓN Aplicación de organismos vivos para: Degradar (Biodegradación) Transformar (Biotransformación) Separar (Bioadsorción)

12 BIORREMEDIACIÓN INOCULACIÓN BIOESTIMULACIÓN MICROORGANISMOS ESPECÍFICOS NUTRIENTES AIREACIÓN SUSTRATO

13 EL COMPUESTO ES EMPLEADO COMO FUENTE DE CARBONO Y ENERGÍA TRANSFORMACIÓN INICIAL PARA PODER INGRESAR A LAS VÍAS CATABÓLICAS

14 COMPUESTOS BIOGÉNICOS XENOBIÓTICOS ESTRUCTURA SEMEJANTE A LOS COMPUESTOS SINTETIZADOS POR LOS SERES VIVOS ESTRUCTURAS O SUSTITUYENTES DISTINTOS A LOS ENCONTRADOS EN LA NATURALEZA

15 Cómo predecir la biodegradabilidad? ASPECTOS BIOQUÍMICOS TIPO DE SUSTITUYENTE XENÓFOROS: CL, NO 2, Br, SO 3 H NÚMERO DE SUSTITUYENTES POSICIÓN DE LOS SUSTITUYENTES NÚMERO DE ANILLOS AROMÁTICOS RAMIFICACIÓN DE CADENAS ASPECTOS FISICOQUÍMICOS COEFICIENTE DE PARTICIÓN OCTANOL / AGUA PUNTO DE FUSIÓN / EBULLICIÓN RADIO DE VAN DER WAALS s HAMMET

16 Cómo predecir la biodegradabilidad?

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18 COMPUESTO BIODEGRADABLE = COMPUESTO BIODEGRADADO PRESENCIA DEL MICROORGANISMO CONCENTRACIÓN Y DISPONIBILIDAD DEL COMPUESTO CONDICIONES FAVORABLES DEL MEDIO AMBIENTE

19 BIODEGRADACIÓN Microorganismos autóctonos Microorganismos genéticamente modificados Naturalmente presentes en ambientes contaminados Mayor impacto ambiental

20 OBJETIVO GENERAL Seleccionar comunidades microbianas autóctonas capaces de degradar y detoxificar compuestos tóxicos y persistentes en el ambiente con el fin de aplicarlos para la biorremediación de efluentes líquidos y aguas contaminadas

21 ESQUEMA DEL TRABAJO Aguas superficiales contaminadas Selección de comunidades degradadoras Aislamiento Identificación

22 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento

23 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Concentración

24 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores ph

25 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Tamaño del inóculo

26 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Presencia de otros compuestos

27 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Adaptación

28 ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Reactor continuo

29 ESQUEMA DEL TRABAJO Ensayos de Biodegradación

30 ESQUEMA DEL TRABAJO Ensayos de Biodegradación Evaluación de la Biodegradación

31 ESQUEMA DEL TRABAJO Evaluación de la Biodegradación

32 ESQUEMA DEL TRABAJO Evaluación de la Biodegradación Evaluación del crecimiento bacteriano Recuento en placa Microscopía electrónica de barrido Evaluación de la degradación del compuesto Espectrofotometría UV DQO Cromatografía gaseosa Electroforesis capilar Evaluación de la toxicidad Bioensayos estandarizados Vibrio fischeri Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna Lactuca sativa

33 ESQUEMA DEL TRABAJO Compuestos estudiados 2-clorofenol 2,4-diclorofenol 2,4,6-triclorofenol m-nitrofenol o-, m- y p-cresol ácido 3-clorobenzoico p-cloroanilina 2,4-D MCPA Ibuprofeno Cloruro de benzalconio

34 Selección de microorganismos Muestras de aguas superficiales Enriquecimiento en medio mínimo + compuesto en estudio Evaluación del desarrollo bacteriano y la + degradación del compuesto - Subcultivos sucesivos Determinación de la viabilidad + - Aislamiento de cepas degradadoras Nuevo subcultivo Descartar

35 Ensayos de biodegradación Reactor batch ADAPTACIÓN Frasco Erlenmeyer ml medio mínimo Incubación a 28 ºC en baño termostatizado con agitación planorotatoria Microfermentador New Brunswick Multigen TA Volumen efectivo 1250 ml 28 ºC - agitación (200 rpm) aireación Medio mínimo + compuesto en estudio Evaluación de la biodegradación

36 Ensayos de biodegradación Reactores continuos Reactor de lecho fluidizado con recirculación Reactor de lecho fijo y flujo ascendente Reactor de lecho fijo y flujo descendente

37 Reactor de lecho fluidizado con recirculación Aireación Tubo de acrílico 152 x 9,2 cm Relleno: Carbón activado granular Salida Volumen efectivo: 6 L Caudal de entrada: 6 L/día Caudal de recirculación: 4 L/min Relleno Carbón activado granular Recirculación Entrada Líquido residual sintético: Agua potable libre de cloro + fertilizante agrícola (N:P:K 10:2:6) + compuesto en estudio

38 Reactor de lecho fijo y flujo ascendente Recipiente de PVC 50 x 14 cm Relleno: Cilindros de PVC (15 x 15 mm) Volumen efectivo: 7,7 L Caudal de entrada: 2-3 L/día Flujo por goteo por diferencia de presión hidrostática Líquido residual sintético: Agua potable libre de cloro + fertilizante agrícola (N:P:K 10:2:6) + compuesto en estudio

39 Relleno: Cilindros de PVC

40 Reactor de lecho fijo y flujo descendente Tubo de PVC 100 x 10 cm Relleno: Cilindros de PVC Volumen efectivo: 7,8 L Caudal de entrada: 2-5 L/día Flujo por goteo Líquido residual sintético: Agua potable libre de cloro + fertilizante agrícola (N:P:K 10:2:6) + compuesto en estudio

41 BIOENSAYOS DE TOXICIDAD Vibrio fisheri Daphnia magna Pseudokirchneriella subcapitata Lactuca sativa

42 RESULTADOS

43 Crecimiento bacteriano (Log UFC/m L ) Degradación de 2-clorofenol (100 mg/l) por una cepa autóctona de Achromobacter sp. Reactor batch % 2-Clorofenol remanente Tiempo (h) Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 97,5 / 91,6

44 C onc entración 2-Clorofenol (m g/l) Degradación de 2-clorofenol (200 mg/l) por una cepa autóctona de Achromobacter sp. Reactor continuo de lecho fluidizado Días de operación Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 99,9 / 94,9

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46 Microfotografías del relleno del reactor 5 mm 10 mm 2720 x 2080 x

47 CE 50 (%v/v) Evaluación de la toxicidad Reactor continuo Achromobacter sp. 2-clorofenol 200 mg/l INICIAL FINAL 75 > ,5 Daphnia magna

48 Crecimiento bacteriano (Log UFC/mL) % BKC remanente Degradación de Cloruro de Benzalconio (500 mg/l) por una cepa autóctona de Pseudomonas sp. 9 Reactor batch Tiempo (h) Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 98,0 / 89,1

49 Concentración (mg/l) Degradación de Cloruro de Benzalconio (100 mg/l) por una cepa autóctona de Pseudomonas sp Reactor continuo Días de operación Entrada Salida Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 99,5 / 95,0

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51 Microfotografías del relleno del reactor 1 mm 500mm 5mm

52 CE 50 (%v/v) Evaluación de la toxicidad Reactor continuo INICIAL FINAL 75 >90 >90 > CE (%v/v) 0 0,2 1,0 0,1 Vibrio fischeri Pseudokirchneriella subcapitata Lactuca sativa

53 Degradación de p-cloroanilina por una comunidad bacteriana autóctona Pseudomonas sp. Achromobacter sp. Sphingopyxis sp.

54 Degradación de p-cloroanilina por una comunidad bacteriana autóctona

55 Degradación de p-cloroanilina por una comunidad bacteriana autóctona

56 Concentración (mm) 0.30 Biodegradación Nitrificación Denitrificación Influente Efluente Efluente Efluente PCA Cloruro Amonio Nitrato

57 Microfotografías del relleno del reactor

58 CE 50 (%v/v) Evaluación de la toxicidad INICIAL FINAL 75 >90 >90 > ,4 CE (%v/v) 0 22,0 16,0 Vibrio fischeri Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna

59 Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Ensayo respirométrico Agua superficial + Ibuprofeno 20 mg/l

60 Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Ibuprofeno Control

61 Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Cultivo en medio Mínimo con el compuesto como única fuente de carbono 28ºC - Agitación

62 Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Puntos a partir de los que se seleccionan bacterias

63 CONCLUSIONES El empleo de bacterias y comunidades bacterianas autóctonas es una alternativa eficiente y económica para el tratamiento de efluentes y la biorremediación de aguas contaminadas con compuestos persistentes

64 MUCHAS GRACIAS