2011 biorremediacion

Universidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ciencias Biológicas

Instituto de Biotecnología

Tema: Biorremediación

Cd Universitaria Enero del 2011

Dr Hugo Alberto LunaProfesor

Diversidad de contaminantes en el ambiente

Solventesclorados

TricloroetilenoTetracloroetileno

Explosivos TNT (2,4,6Trinitrotolueno)

Metales pesados

CromoPlomo

Radionúcleos

HidrocarburosAromáticosPolicíclicos

Bifenilos Policlorados

Plaguicidas

BTEX

PlutonioUranio

CreosotaDisel

Aroclor

AtrazinaBenlateMalation

BenzenoToluenoEtilbenzenoXileno

El ecosistema global

FCB, UANL - Dr Hugo Alberto Luna

Biorremediación

Biodegradación

Mineralización

Cometabolismo

Consorcio

Biorremediación

Estrategia o proceso que utiliza microorganismos, plantas y enzimas microbianas o vegetales paradestoxificar contaminantes en el suelo u otrosambientes.

Deposiciónatmosférica

Desechos industriales

Escurrimientosurbanos

Escurrimientosagrícolas

Intercambio conla atmósfera

Resuspensión del sedimento

Cadena tróficaMigración através del

agua subterránea

Reciclaje de contaminantes en un cuerpo de aguaF.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

Zooplancton0.04 ppm

Pezchico

0.5 ppm

Pezgrande2 ppm

Avedepredadora

25 ppm

10,000,000veces

Incremento

Agua0.000003 ppm

Biomagnificación acuática

F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

Golfo de AlaskaBahía Bristol

0 50 100 Km

N

Isla Montague

Sewar

Homer

Anchorage Valdéz

kwak is nuK oiR

kagahsuN oíR

antisuS oí

R

Ko kdia

Criterios para biorremediación

1.- El sitio contaminado deberá reunir condiciones que favorezcan el crecimiento microbiano o vegetal y/o la actividad enzimática de estos.

2.- El contaminante blanco deberá encontrarse “biodisponible” .

3.- Los organismos deberán tener la actividad catabólica necesaria para degradar el contaminante a velocidades que permitan alcanzar en corto plazo los niveles regulatorios.

4.- El costo de la bioremediación deberá ser mas barato o igual al de otras tecnologías que remuevan el contaminante.

Estrategias debiorremediación

1) Pasiva o intrínseca

2) Bioestimulación

3) Bioventilación

4) Bioincremento

5) Labranza del sitio

6) Composteo

7) Fitorremediación

Método de biolabranza


Cuerpode Agua

Edif.Edificio

Caracterización del sitio después de un derramede contaminantes.

4 mg/L

1 - 4 mg/L

0.01 - 1 mg/L

Cloruro de Vinilo

Edificio

Columna debiorremediaciónen microcosmos


M = Pozos de monitoreo

M

M

M

M

M M M

M

M

Fuentes de nutrientesy oxígeno

Galería deinyección

n e Ta qu

c nta in n eo m a t

Hidrocarburocontaminente

Pozo debioventilación

Esquema de biorremediación


Ciclo deKrebs

Cadena transportadora de electrones

Via de glucolisis

Exoenzima

Exoenzima

Liasa

CO2

H O2O2½Monómeros

Transporte a trávesmembrana

Exoenzima

Endoenzima

Endoenzima

Metabolismo general de hidrocarburos

Factores ambientales críticos para la biorremediación en suelo

Factor Niveles óptimos

Oxígeno

Metabolismo Aeróbico: mayor de 0.2 mg/l de O2 disuelto y mínimo del 10% de espacio poroso lleno de aire.

Metabolismo anaeróbico: menos del 0.2 mg/l de O2 disuelto y menos del 1% de espacio poroso lleno de aire.

Nutrientes

Suficiente N, P y otros elementos para que no se limite el crecimiento microbiano. (proporciones sugeridas de C: N: P: = 120: 10: 1).

Humedad

Suelo no saturado: 25 – 85 % de la capacidad de retención de agua, -0.01 Mpa; afectará la transferencia de O2.

Zona saturada: el agua afectará la tasa de transferencia de O2 = tasa de bioremediación aeróbica.

pH 5.5 – 8.5

Redox Aerobios y anaerobios facultativos: mas de 50 mV.

Anaerobios: menos de 50 mV

Temperatura 15 – 45 °C (mesofílicos).

Equipo de bioremediación (sitio # 4)F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

Equipo de bioremediación (sitio # 3)


Equipo de bioremediación (sitio # 2)


Estrategia

Estrategia

Estrategia

Bombade

vacío

Bombade

vacíoAbsorción

sobrecarbón

activadoBiofiltraciónCombustión

Acuífero

Nutirentes

Bioventilación y biofiltración en la zona de vadosa

Flujode aire

Flujode aire

Suelo contaminado

Zona devadosa

Condición del aireContaminadoPuro

Estrategia

Estrategia

Estrategia

Absorciónsobre

carbónactivadoBiofiltración

Combustión

Condición del aireContaminadoPuroAcuífero contaminado

Flujode aire

Equipoaspersorde aire

Equipoextractorde aire

Zona devadosa

Flujode aire

Flujode aire

Biorremediación en el acuífero mediante burbujeo de aire

H

1A 2A 3A

Tabla periódica resaltando los metales tóxicos (en rojo) así como losesenciales (en verde).

No Metales4A 5A 6A 7A

Li

Na

Be

Mg

1

3

11

4

12

19

37

55

87

20

38

56

88

21

39

57

89

22

40

72

23

41

73

24

42

74

43

75

44

76

45

77

46

78

47

79

48

80

31

5

49

81

32

14

6

82

33

15

7

51

83

16

8

52

84

35

17

9

2

53

85

36

18

10

54

86

K

Rb

Cs

Fr Ra Ac

Ca

Sr

Ba

Sc

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La

Ti

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Ta

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La

Ac

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Mo

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Ra

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Oro

Mn

25 Ma

ng

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26 Fie

rro

27 28 29 30

Co Ni Cu Zn

Co

ba

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Níq

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l

Co

bre

Zinc

Fe

13

Al

Alu

min

io

34

Se

Sele

nio

50

Sn

Est

año

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

+M

+M

+M

+M

+M

+M - Cl2

Permeabilidadde lípidos

Endocitosis

Canal iónico

Bomba iónica

Proteínaacarreadora

Complejopermeado

Mecanismos de flujo de metales a través de las mebranas microbianas

Respuesta de los microorganismos a metales tóxicos

Bomba deEflujo

-(Cis - Cis) - Cdn

Producción de proteinascomo metalotionina

Se

Se

Se

Se

SeSe

2+Cd

2+Cd2+Cd

2+Cd 2+CdAdsorción a

exopolímeros

Precipitación como sales metálicas

Unión a membranaso pared celular

Reducción

Volatilización

2+Cd CdS

2+Cd

2+Cd

2+ 0Hg Hg

2+Hg

+CH Hg3

(CH ) Hg3 2

2+Cd CdPO4

6+ 3+Cu Cu

2+Cd2+Cd2+Cd

2+Cd

2+Cd 2+Cd2+Cd

2+Cd2+Cd

2+Cd

2+Cd

2+Cd

Acumulaciónintracelular

Apocynum canabinum

Ambrosia artemisiifoliaTrichocarpa deltoides

Helianthus annuus

Cl Cl

ClCl

ClCl

CO +2 Cl -Microbios

Suelo contaminado

MO

MO

Esquema de fitorremediación de un tóxico orgánico

Plantas hiperacumuladoras de metales tóxicos

Especie Metal Peso seco

(% de hojas) Origen

Thlaspi calaminare Zn < 3 Alemania

Viola sp Zn 1 Europa

Aeolanthus biformifolius Cu 1 Zaire

Phyllanthus serpentinus Ni 3.8 Inglaterra

Alyssum bertoloni otras 50 especies mas de Alyssum

Ni > 3 Sur de Europa, Turquía

Severita acuminata Ni 25 (látex) Inglaterra

Stackhousia tryonii Ni 4.1 Australia

Brassuca juncea Pb < 3.5 India

Haumaniastrum robertii Co 1 Zaire

Aplicaciones

Suelo: La mayoría de suelos con bajo a mediano nivel de contaminación.

Acuífero: Adecuada para mantos contaminados a menos de 7 m, algunas veces efectiva a mayor profundidad.

Ventajas 1) Menos costosa y con menores costos de instalación y

mantenimiento.2) Alta aceptación pública.3) Capaz de limpiar fuentes crónicas de contaminación.

Desventajas 1) Tarda al menos 2 – 3 años para limpieza de un sitio.2) No se ha probado extensivamente en la mayoría de

contaminantes excepto para hidrocarburos, plaguicidas y nutrientes agrícolas.

Fitorremediación

Porcentaje de sitios tratados por biorremediación

Acuíferos32%

Sedimentos6%

LodosActivados

2 %Aire1 %

Agua Superficial

1 %

Suelo58 %

Solventes12 %

Conservadoresde maderas

10 %

Petróleo65 %

Plaguicidas3%

Otros10 %

Proporción de los contaminantes del ambiente

Ejemplo de Costos de un Proceso de Bioremediación (Bioventilación)

Esquema · Un area de 5000 m3 de suelo contaminado con combustible para jet. · 3,000 mg / Kg de hidrocarburos. · 4 pozos de inyección. · Contaminación a 5 m de profundidad.

Primera etapa Costo (dólares)

Planeación del proyecto $ 11,000

Pruebas piloto $ 27,000 Aprobación regulatoria $ 3,000

Segunda etapa

Construcción a gran escala $ 27,000

Monitoreo por 2 años $ 6,500 Consumo de energía $ 2,800 Muestreos de suelo $ 13,500 Total $ 90,800 Costo / m3 $ 18

Contaminantes orgánicos e inorgánicos comunes en el ambiente y su potencial de eliminación mediante estrategias de biorremediación

Compuestos Ocurrencia Condición de la tecnología

Gasolina, aceites muy frecuente establecida

Hidrocarburos aromáticos policíclicos común emergente

Creosota poco frecuente emergente

Alcoholes, cetonas, esteres común establecida

Eteres común emergente

Orgánicos clorinados muy frecuente emergente

Bifenilos policlorinados (PCBs) poco frecuentes emergente

Nitroaromaticos (TNT) común emergente

Metales (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) común posible

Nitrato común emergente

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Instituto de Biotecnología

Tema: Biorremediación

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