FACULTAD DE INGENIERÍA ÁREA DE CIENCIAS DE LA TIERRA

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Concepción Rubio Ramírez
hace 6 años
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1 FACULTAD DE INGENIERÍA ÁREA DE CIENCIAS DE LA TIERRA Nombre de la materia: BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL Clave Facultad: Clave CACEI:... IA Clave U.A.S.L.P.:... No. de créditos: 6 Nivel del Plan de Estudios:... VII Carrera: Ingeniería Ambiental Horas/Clase/Semana: 3 Horas/Práctica (y/o Laboratorio): 0 Horas totales/semestre: 48 Trabajo extra-clase Horas/Semana: 3 Fecha última de Revisión Curricular: JULIO DEL 2010 Materia(s) requisito: CINÉTICA EN INGENIERÍA AMBIENTAL (4012) OBJETIVO DEL CURSO Comprender, emplear, desarrollar y evaluar los sistemas biológicos para la remediación de diversos receptores ambientales (e.g. suelo, aire, agua) contaminados mediante procesos amigables con el entorno natural generando tecnologías verdes y sustentables. CONTENIDO TEMÁTICO Contenido temático y objetivos por unidad. Unidades: 1. PRINCIPIOS DE OXIDO-REDUCCIÓN BIOLÓGICA 10 h Conocer las relaciones de potencial de oxidoreducciones en sistemas biológicos naturales y de procesos 1.1 Conceptos básicos de Potencial Redox 2h Reacción de oxido-reducción Cálculos de equilibrio de reacciones redox Electrodos de referencia Diagramas pe-ph y Eh-pH 1.2 Condiciones Redox en aguas naturales Ciclo biogeoquímico (carbón, nitrógeno, azufre, hierro y manganeso) Secuencias de reacciones redox 2h Caso de estudio: Dinámica redox en lagos y humedales 1.3 Metabolismo microbiano en aguas 3h Crecimiento microbiano y energético Clasificación de microorganismos por donador de electrones; aceptor de electrones y fuente de carbono Reacciones de media celda para sistemas biológicos Balances de masa y energía para respiración aeróbica de glucosa

2 1.4 Crecimiento microbiano y energético 3h Clasificación de microorganismos por donador de electrones; aceptor de electrones y fuente de carbono Reacciones de media celda para sistemas biológicos Estimación de la producción de biomasa a partir de bioenergía Estequiometria de reacciones biológicas Mantenimiento y respiración endógena Stumm W. and Morgan J.J. 3 rd. Ed Capítulo 8. Shlensinger W.H. 2nd Ed Capítulo Reddy K.R. D Angelo E.M. and Harris W.G CINÉTICAS DE CRECIMIENTO MICROBIANO 10 h Identificar las cinéticas microbianas que modelan las transformaciones biológicas, sus alcances, restricciones y modificaciones aplicadas a biopelículas Expresiones básicas de velocidad 2h Parámetros cinéticos Balances de masa Balances de masa sobre biomasa inerte y sólidos suspendidos volátiles Fases del ciclo de crecimiento en reactor batch Sustrato soluble; productos microbianos solubles; nutrientes y aceptores de electrones Hidrólisis de sustrato polimérico y particulado 2.2. Modelos de crecimiento microbiano 3h Ecuaciones y parámetros del Modelo de Monod Inhibición: competitiva y no competitiva Otros modelos (e.g. Logístico, de crecimiento no constitutivo 2.3. Cinéticas en biopelículas 5h Agregación microbiana La biopelícula idealizada Balance de masa en la biopelícula en estado estacionario y transitorio La solución del sistema de biopelícula en estado estacionario Estimación de parámetros cinéticos específicos de biopelículas Reactor de biopelícula de mezcla completa Solución pseudo-analítica de biopelículas en estado no estacionario 3. PROCESOS DE TRANSPORTE 12 h Identificar los procesos de transporte que influyen en la trasformaciones biológicas en función de la reología y las fases de contacto presentes en los bioreactores bifásicos y multifásicos 3.1 Reología en sistemas biológicos 3h Fluidos no Newtonianos Medición de parámetros reológicos Modificaciones reológicas durante crecimiento microbiano 3.2. Transferencia de masa gas-líquido 3h Difusión en medios biológicos

3 Solubilidad de gases en medios biológicos Transferencia de masa en reactores bifásicos 3.3. Columnas de burbuja 3h Generación de burbujas en un orificio Coeficiente de transferencia de masa K L a Patrones de circulación de líquido; área interfacial y distribución de gas Ejemplo para el diseño de un reactor de columna de burbujas Correlaciones para K L a 3.4. Reactores biológicos en tanque agitado 3h Tamaño de burbuja en el equilibrio Coeficiente de transferencia de masa K L a Estimación experimental de K L a Requerimientos de potencia y mezclado Bird R.B. et al Capítulos 3, 17, 18 y 23 computo y audiovisuales 4. REACTORES BIOLOGICOS 8 h Establecer los balances de masa y energía requeridos para el diseño y modelado de bioreactores 4.1. Clasificación 3h Monofásicos, bifásicos y polifásicos Balances de materia y energía Consideraciones para diseño 4.2. Análisis de modelos para bioreactores. 5h Sistemas Batch Sistema de tanque agitado (CSTR) Bioreactores de flujo tapón Biofiltros para tratamiento de aire Modelado para digestión anaerobia de residuos orgánicos Modelado de reactores anaerobios competición sulfato reducción contra metalogénesis Chou et al Bioresource technology (99) APLICACIONES EN INGENIERIA AMBIENTAL 8 h Comprender los principios de funcionamiento, los modelos de aproximación y los parámetros de control que permiten describir los sistemas de depuración y tratamiento biológico para aire, agua y residuos sólidos orgánicos 5.1. Biofiltros de aire 3h Adhesión de Biopelícula Descripción del modelo Balance de masa en: Fase gas; biopelícula y soporte Caso de estudio: Eliminación de metil-etilcetona (MEK) y metil-isobutil-cetona (MIBK) 5.2. Depuración biológica de aguas residuales 3h Tipos de tratamiento y parámetros específicos de control Modelos de lodos activados ASM1, ASM2 y ASM Digestión anaerobia de residuos orgánicos 2h Fundamentos y parámetros de control Descripción del sistema

4 Análisis de un modelo de aproximación Deshusses M.A Environmental Science and technology (29) Chou et al Bioresource technology (99) Henze M. et al. (1987) IAWPRC scientific and technical report No.1 Henze M. et al. (1995) IAWQ scientific and technical report No.3 Henze M. et al. (1999) Water, Science and Technology 39 (1) Henze M. et al. (2000) Water, Science and Technology 39 (1) Exposición por parte de los estudiantes sobre la aplicación de las estrategias aprendidas a la resolución de un METODOLOGÍA Estrategias de enseñanza y aprendizaje Exposición de los temas con apoyo de recursos informáticos, de Tareas sobre los temas expuestos estrategias y herramientas aprendidas a problemas específicos Participación por parte de los estudiantes con exposición de temas relacionados a las aplicaciones biotecnológicas para tratamiento y control de la dispersión de contaminantes en diversas matrices ambientales y desarrollos biotecnológicos Métodos Planteamientos de teorías, dinámicas de grupos, esquemas explicativos. Prácticas N/A EVALUACIÓN Elaboración y/o Periodicidad Abarca Ponderación presentación Primer examen parcial 3 Unidades 1 y 2 20% Segundo examen 8 Unidades 2 y 3 20% parcial Tercer examen parcial 12 Unidades 3 y 4 20% Examen Ordinario 16 Unidad 5 10% Tareas y participación Variable 10% Exposiciones en Variable 10% equipos Trabajos de Variable 10% investigación TOTAL 100% Examen a título Incluirá el contenido de las 5 unidades Examen de regularización Incluirá el contenido de las 5 unidades Otros métodos y procedimientos Elaboración de un trabajo de investigación y tareas

5 BIBLIOGRAFÍA Bibliografía y recursos informáticos Textos básicos 1. Blanch H.W. & Clark D.S, Biochemical Engineering. Marcel Dekker Inc., USA 2. Bailey J.E., & Ollis D.F Biochemical engineering fundamentals. Mc Graw Hill 3. Jördening H.J and Winter J Environmental Biotechnology. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 4. Metcalf & Eddy Inc., Wastewater engineering: treatment and reuse. 4th ed. McGraw Hill Inc. New York, U.S.A. 5. Rittmann BE, McCarty PL Biotecnología del medio ambiente. McGraw Hill Inc., Madrid. 6. Stumm W. and Morgan J.J Aquatic Chemistry. Chemical equilibrium and rates in natural waters. 3 rd Ed. John wiley &Sons, Inc. New York, U.S.A. Henze M. et al. (2000) Water, Science and Technology 39 (1) monod_spanish.html Textos complementarios/ Sitios de Internet Stumm W. and Morgan J.J. 3 rd. Ed Capítulo 11. Reddy K.R. D Angelo E.M. and Harris W.G Biogeochemistry of wetlands. In CRC Press Handbook of soil science. Shlensinger W.H. 2nd Ed Capitulo Deshusses M.A Environmental Science and technology (29) Chou et al Bioresource technology (99) Henze M. et al. (1987) IAWPRC scientific and technical report No.1 Henze M. et al. (1995) IAWQ scientific and technical report No.3 Henze M. et al. (1999) Water, Science and Technology 39 (1)

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