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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
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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 conta- minante 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
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
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
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
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
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
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)
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Equipo de bioremediación (sitio # 2)
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
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
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Est
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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
Universidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ciencias Biológicas
Instituto de Biotecnología
Tema: Biorremediación
Cd Universitaria Enero del 2011
Dr Hugo Alberto LunaProfesor