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Biotecnologia Ambiental

Paulo Figueiredo


Avaliaçãotrabalhos individuais de exposição sobre temas definidos (TPC)

BibliografiaG. M. Evans, J. C. Furlong, Environmental Biotechnology. Theory

and Application. John Wiley & Sons, England, 2003.

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Muito virada para tratamento de resíduosremediação da contaminação causada por uso anteriorredução do impacte da actividade correntecontrolo da poluição


Principais objectivos:fabrico de produtos em condições de harmonia ambientalminimização de resíduos prejudiciais

sólidos, líquidos ou gasososlimpeza dos efeitos de anterior actividade humana

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Actuação:melhorar ou optimizar condições

para que os sistemas biológicos existentes funcionem mais rápida e/ou eficazmente

promover alterações que conduzam ao resultado desejado


Diversos organismos:de microrganismos a árvores

actuação com base em 3 fundamentos:aceitar (mais frequente)

utilização de espécies não modificadas, no seu ambiente natural

aclimataralterar

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Pontos de intervenção:processo de fabricogestão de resíduoscontrolo da poluição


Incentivos para indústria identificar abordagens mais baratas a tratamento de resíduos

empregá-las sempre que possívelAlterações na legislação levam a maior atenção na agenda políticaMaior aceitação de métodos biológicos de tratamento de resíduos

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Microrganismos e enzimas trabalham a temperaturas e pressões inferiores às dos processos químicos

custos reduzidosbenefícios ambientaismaior segurança


Relevância comercialconversão de produtos orgânicos de reduzido valor em produtos

de valor elevadoprodução de substâncias de elevada pureza

via enzimática

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200115-20 % do mercado mundial de “ambiente” baseado em

bitecnologiaUS $ 250 000 000-300 000 000crescimento projectado de 10 vezes nos anos seguintes


Acção integradaacções biológicas combinadas com outras

alcance superior ao de tecnologias individuais

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Requisitosconhecimentos de:

respiraçãofermentaçãofotossínteseciclos de carbono, azoto e águafluxo de energia através da biosfera


Remoção de um material de um dado ambiente pode seguir uma de duas vias:

degradaçãovias metabólicas actuando num organismo ou conjunto de

organismosimobilização por processo que o torna biologicamente indisponível

compostos químicos excretados por um organismocompostos químicos no ambiente próximo, os quais tornam a

molécula insolúvel e indisponível para a maioria dos processos biológicos

pode ser uma forma de remediação (estabilização do contaminante)

pode ser uma desvantagem, quando a digestão é preferível

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Utilização de bactériasbactérias com plasmídeos

DNA auto-replicantepodem conter genes das vias degradativasplasmídeos movimentam-se entre diferentes bactérias, onde

se replicamtransferência da capacidade metabólica


http://bmc.ub.uni-potsdam.de/1475-2859-1-2/F2.htm

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Utilização de retrovírusvírus eucariotas com RNA no genomatêm potencial para integração em DNA herdado, pois replicam o

seu RNA por meio de DNA intermediário


Estratégia da biotecnologia ambientalusar vias metabólicas microbianas para degradar ou metabolisar

material orgânicoanabolismocatabolismo

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Exemplo de novos problemas a resolver:estrogénio e análogos sintéticos usados nas pílulas contraceptivas

difícil decomposição por bactériasproblema ambiental em cursos de água

feminização de peixes em alguns lagos


Fermentação e respiraçãofermentação

electrões derivados do catabolismo da fonte de carbono doados a uma molécula orgânica

respiraçãoelectrões doados a um receptor inorgânico, por transferência

ao longo de uma cadeia de electrõesaeróbica

aceitador terminal é O2

anaeróbicaaceitador terminal não é O2

nitrato, sulfato, CO2, enxofre, Fe3+

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Fermentação e respiração


respiração aeróbica mais eficaz que anaeróbicadigestão anaeróbica de esgotos e resíduos sólidos menos

exotérmica que processos aeróbicos análogosprocesso aeróbico extrai cerca de 10 vezes a quantidade

de energia gerada por um processo anaeróbico, a partir da mesma quantidade de carbono

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TPC

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depende da natureza das substâncias a serem removidas ou tratadas

alvo do processamento biológico deve permitir a acção biológica em meio aquoso e gerar baixa toxicidade

condições ambientais adequadas:T = 0 – 50 ºC, de preferência 20 – 30 ºCpH = 5 – 9, de preferência 6.5 – 7.5no caso de tratamento de solos, funcionam melhor em areias

e areão (baixo teor de nutrientes, bom escoamento, permeabilidade e arejamento)

depende das condições ambientais existentes

Intervenção biológica


microrganismos extremófilos possuem algumas vantagensmetanogénesetolerância a ambientes salinostolerância a temperaturas e pressões elevadastolerância a níveis elevados de radiações ionizantestolerância a valores extremos de pH

Archaea, ...


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extremozimasmantêm actividade em condições não toleradas pela maioria das

enzimas



uso industrial de extremófilos levou à descoberta da PCRpolymerase chain reaction

polimerase do DNA (polimerase Taq) proveniente de Thermus aquaticus


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polymerase chain reaction



T média dos oceanos = 1 – 3 ºCpsicrófilos

várias bactérias e eucariotas fotosintéticosambientes fortemente salinos

halófilosbaixo pH (<5)

resultado da produção de gases sulfurados nas fontes hidrotermais e dos resíduos das minas de carvão

acidófilospH elevado (≥9)

águas ou solos fortemente alcalinosalcalófilos


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Exemplos de bactérias usadas em degradação de compostos orgânicos com importância industrial

degradação de tolueno por Pseudomonas putida


TPC


Exemplos de bactérias usadas em degradação de compostos orgânicos com importância industrial

degradação de fenol por Oceanomas baumanniiisolada a partir de lamas estuarinas

clorometano com Hyphomicrobium e Methylobacteriumsolos poluídos da indústria petroquímica

degradação de celulose com Clostridiumisolados de solos florestais


TPC

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Degradação de xenobióticos– compostos não produzidos por via biológica e para

os quais não existe equivalente na natureza



Degradação de xenobióticosmaior bioacumulação quando lipossolúveisdegradáveis por microrganismos se:

suficientemente semelhante a um composto naturalreconhecidom pelas enzimas do organismo

também reconhecido pelas enzimas do organismo, mas requer outra fonte de carbono, de modo a fornecer a energia necessária


degradação gratuita

cometabolismo

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Degradação de xenobióticosdepende da presença de outros contaminantes

metais pesados que afectam crescimento microbiano, ...



Degradação de xenobióticosalguns resistem à degradação no ambiente

estrogénios sintéticos (pílulas), ...

Intervenção biológica Disruptores endócrinos

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Degradação de xenobióticosestrogénios naturais desactivados no ser humano por

glucoronidaçãoexcretado nos esgotosbactérias possuem b-glucuronidase

reactivam hormona



Degradação de xenobióticosbactérias das ETAR não são capazes de degradação

eficaz das hormonaselevados níveis nos cursos de água

alterações hormonais em peixes


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TPC


TPC

processos de eliminação de estrogénios da água

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Degradação de xenobióticosoutros compostos possuem actividade semelhante aos

estrogénioshidrocarbonetos poliaromáticos (PAH)diclorodifeniltricloroetano (DDT)alguns detergentesfitoestrogénios



Degradação de xenobióticosdiversos géneros de bactérias capazes de degradar PAHs


http://breast-cancer-research.com/content/BCR781/figure/F1?highres=y

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Degradação de xenobióticoshidrocarbonetos policíclicos (PCB) difíceis de degradar na

natureza devido a halogenaçãoPseudomonas putida capaz de degradar



Degradação de xenobióticosftalatos usados no fabrico de diversos polímeros

degradados por associações de microrganismos metanogénicos

maior parte Archaea


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factores a ter em conta:toxicidadepersistênciamobilidadefacilidade de controlobioacumulaçãoquímica

Controlo da poluição


Estratégias de controlo“clássicas” e biotecnológicas

diluição e dispersãoaráguasolo

concentração e contenção


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Aplicações práticas de controlo da poluição do arremoção de H2S

discutida desde 19201ª patente em 1934actualmente usam-se biofiltros


TPC


Aplicações práticas de controlo da poluição do arfiltros

biofiltrospercoladores biológicosbiodepuradores (bioscrubbers)

todos capazes de tratar 103 – 105 m3/h de gases


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Aplicações práticas de controlo da poluição do arbiofiltros

mais antigoscontentor feito de betão, metal ou plástico resistentecontém filtro de material orgânico

turfa, urze, casca de pinheiro, ...gás forçado a atravessar filtro




meio de filtração possui boa capacidade de retenção de água

compostos solúveis existentes no gás, dissolvem na película de humidade formada ao redor da matriz

microrganismos degradam compostos da solução resultante


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requerem humidificaçãobem mantidos, reduzem emissão

de odores ≥ 95%



Aplicações práticas de controlo da poluição do arpercoladores biológicos

tecnologia intermédiareactor com meio inerte

escórias, ...muitos espaços vazios entre partículaselevada razão superfície/volume do filtro

formação de biofilme microbianogás forçado através do filtro, enquanto água percola

a partir do topoestabelecido fluxo em contra-corrente, entre gás

que sobe e água que descemicrorganismos metabolizam substâncias em

solução


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Aplicações práticas de controlo da poluição do arpercoladores biológicos

capacidade de tratar maiores concentrações de contaminantes que biofiltros

requer menos espaçomais caro


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Aplicações práticas de controlo da poluição do arbiodepuradores

não são verdadeiros sistemas biológicosgás atravessa um spray de água muito fino

contaminante absorvido pela águaágua acumula na base

solução com contaminante removida por um bioreactor

biodegradação




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Vantagens do controlo biotecnológico da poluição do arinvestimentos competitivoscustos de operação reduzidosbaixos custos de manutençãobaixo ruídonão produzem COnão requerem temperaturas elevadasnão apresentam risco de explosãoprocessamento mais seguro e mais “verde”robustez e tolerância a variações



Redução de poluição na origemintervenção biotecnológica

alterações no processamentocontrolo biológicobio-substituições


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Redução de poluição na origemalterações no processamento

substituição de processos químicos por processos microbianos ou enzimáticos

utilização de OGMsoperação a temperaturas mais baixasmaior rendimento

menos produtos secundários




exemplos:miristato isopropílico para cosméticos

esterificação enzimática


TPC

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exemplos:indústria têxtil

métodos tradicionais de extracção do linho substituídos por processos enzimáticos

mais rápido e mais baratofibras poliméricas biodegradáveis sintetizadas por

bactérias do solo modificadasredução de materiais persistentes em aterros





biolavagemremoção de sujidades por enzimas

bio-branqueamentouso de enzimas para “aclarar” roupa

biopolimentoenzimas tornam algodão mais suave e

resistente


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geotêxteis usados em linhas férreasincorporação de materiais adsorventes e

microrganismos nos materiaisrestos de combustíveis e óleos

absorvidos e degradadosdiminuição da poluição no solomelhores condições de trabalhoredução de risco de incêndio




exemplos:indústria das peles

retirar pelos das pelesdesengordurar pelesuso de biosensores


TPC

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exemplos:combustíveis

dessulfurização de carvão e petróleoremoção de S inorgânico por bactérias

acidófilas quimolitotrofasThiobacillus

oxidação do enxofreproblema das condições de utilização

alternativa: termófilos extremosSulfolobus

Controlo da poluiçãoTPC



exemplos:combustíveis

remoção de S orgânico por diversos microrganismos aeróbios

Pseudomonas, Rhizobium, Paecilomyces, Sulfolobus

também possível via anaeróbicaDesulfovibrio


TPC

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Redução de poluição na origemcontrolo biológico

substituição de produtos químicos, por produtos biológicos, para controlo de pestes e organismos patogénicos

mais específicosrequerem maiores cuidados de utilização




exemplos:magnificação de inimigos naturais de uma dada peste

produção de nemátodos capazes de crescer em insectos do solo

nemátodos são portadores de bactérias, que se multiplicam no insecto e o matam

espécies usadas nos EUA:Steinernema carpocapsae, S. riobravis, S.

feltiae, Heterorhabditis bacteriophora, H. megidis


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exemplos:aplicação de compostos químicos produzidos pela

naturezaAzadirachta indica (Neem ou Amargosa) produz

azadiractinainsecticida de largo espectro


TPC



exemplos:utilização de agentes semioquímicos

substâncias que influenciam crescimento, desenvolvimento e comportamento em plantas e animais

inclui feromonascontrolo de diversos insectos

afastando-os das colheitasatraindo elevado número de inimigos

naturais


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exemplos:utilização de agentes semioquímicos

aplicação de tecnologia transgénica para aumentar eficácia


TPC


Redução de poluição na origembio-substituições

substituição de materiais ou substâncias poluentes por alternativas biotecnológicas menos prejudiciais

biocombustíveisprodução biológica de polímeroslubrificantes biodegradáveis


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problemascusto

biolubrificantes mais caros que convencionaispreconceito em substituir tradicionais por

biolubrificantes




processos simplescombustão directa de biomassa para obter energiamateriais de construção ecológicos

cânhamo, feno, palha e linho comprimidosparedes feitas com estes materiais conferem

melhor isolamento sonoromelhor gestão de resíduos de construção e de

demolição


TPC

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TPC


in situmenor perturbação do terrenoredução do risco de propagar a contaminaçãomenor exposição de trabalhadores a compostos voláteisadequada a situações em que a contaminação está disseminada

ou em profundidadeadequada a contaminantes em baixa ou média concentraçãousada quando há disponibilidade de tempo

métodos lentosnecessidade de profundo conhecimento do localrequer elevado nível de recursos

Bioremediação

Classificações

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ex situsolo removido para tratamentomais fácil de optimizar condiçõescontrolo do processo mais simplesmonitorização mais simples e rigorosamais fácil e/ou segura a introdução de organismos especializadosmais rápida que in situadequada a poluição relativamente localizada e a contaminantes

em concentração relativamente elevadaadequada a contaminantes mais superficiaiscustos de transporterisco de fugapotencial de poluição secundárianecessidade de terreno para o tratamento

Bioremediação

Classificações


Bioremediação

Classificações

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tecnologias intensivasmais sofisticadasmais rápidasmais interventivasrespostas rápidas e curtasexcelentes para situações de forte

contaminaçãogrande necessidade de recursoselevados custosexemplos:

lavagem de solostratamentos térmicos

Bioremediação

Classificações


tecnologias extensivasintervenções de baixo níveltecnologia simplesbaixa necessidade de recursosbaixos custosmenores danos ao solo tratadorespostas mais lentastratamentos longosexemplos:

compostagemprecipitação de sulfitos metálicos, em condições anaeróbias

Bioremediação

Classificações

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Bioremediação

Classificações


integração de processoscombinação de diversas tecnologias e sequências de abordagens

ex situ, in situ, intensivas ou extensivas

Bioremediação

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mecanismosmineralização

microrganismo usa contaminante como alimento e metaboliza-o

contaminante removido e destruídodecomposição pode ser parcial

acumulação de produtos intermédiostratados com outros microrganismos

Bioremediação


mecanismoscometabolismo

microrganismos metabolizam contaminante em conjunto com os seus alimentos

produz compostos menos perigosospodem ser mineralizados por outros microrganismos

Bioremediação

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mecanismosimobilização

adsorção ou bioacumulação de contaminnates (sobretudo metais)

por microrganismos ou plantas

Bioremediação


Bioremediação

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factores que afectam bioremediaçãorelacionados com as características do contaminante

natureza químicaestado físico

relacionados com as condições ambientaistemperaturapHtipo de solo

Bioremediação


factores que afectam bioremediaçãooutros factores:

disponibilidade de nutrientesoxigenaçãopresença de contaminantes inbidorescaracterísticas do local

contidoescorrimento de águas subterrâneas

contaminantes presentesquaisondeconcentraçõesbiodegradabilidade

Bioremediação

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factores que afectam bioremediaçãooutros factores:

objectivos da remediaçãotempo disponívelquantidade de solo que requer tratamentotratamentos alternativoscustos

Bioremediação


factores que afectam bioremediação

Bioremediação

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técnicas in situbiolavagem

usada para remediar contaminações no nível freático ou abaixo deste

existe superarejamento da água subterrâneasimula degradação acelerada do contaminante

depende da permeabilidade do solomaior oxigenação aumenta a eficácia

Bioremediação



ar introduzido por tubosforma bolhas na água subterrâneaO2 dissolve-se na água

aumenta oxigenação do soloestimula actividade microbiana e metabolização

de poluentes

Bioremediação

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equipamento pouco específico e disponívelexistem versões mais sofisticadas

Bioremediação


técnicas in situbioventilação

usada em remediação acima do nível freáticousa superarejamento para estimular a degradação dos

poluentesno solo

não adequada para locais com níveis freáticos muito próximos da superfície (< 1 m) nem muito húmidos

Bioremediação

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ar bombeado para a zona contaminadaO2 estimula microrganismos a degradar contaminantes

extractores sob vácuo na periferia auxiliam fluxo de araumenta O2 dissolvido na água do solo

facilita absorção por microrganismos

Bioremediação



compostos voláteis resultantes da contaminação ou formados como subprodutos são mobilizados

mais fácil extracçãotaxa de extracção do ar ajustada para maximizar a

decomposição subterrâneareduz necessidade de tratamento superficial para voláteis

Bioremediação

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técnicas in situinjecção recuperação

usa o movimento da água subterrânea, na zona contaminada, para auxiliar a remediação

processo mais sofisticadotratamento biológico dividido em 2 etapas

poço de injecçãopoço de recuperação

a jusante da injecção

Bioremediação



ar e nutrientes forçados pelo poço de injecçãoatravessam a zona contaminada

estimulam crescimento e actividade microbianaremediação

Bioremediação

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água subterrânea enriquecida em contaminantes, microrganismos, metabolitos microbianos e produtos de degradação dos contaminantes

extraída pelo poço de recuperaçãosofre tratamento posteriorreinjectada, depois de suplementada com ar e

nutrientesciclo repetido várias vezes

Bioremediação


técnicas ex situland farming

etapa de pré-tratamentosolo escavado e verificada presença de rochas, pedras e

outros materiais de grandes dimensõeszona de tratamento isolada por material impermeávelmicrorganismos nativos fazem a remediação

se necessário podem ser adicionados microrganismos especializados

Bioremediação

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solo a ser tratado colocado sobre uma camada de areiaareia colocada sobre areão

tubos de drenagem colocados no areãopolímero plástico ou argila impermeáveis isolam sistema de

contacto directo com o solo em redorágua e nutrientes adicionados

estimular actividade biológicaarejamento mantido ao trabalhar a terra

Bioremediação



eficácia depende:características do soloclima

Bioremediação

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técnicas ex situsoil banking

solo escavado e verificada presença de materiais estranhossolo colocado em montes

por vezes adicionada matéria orgânicamais rápido que land farmingadequado para climas mais frios e húmidosmicrorganismos nativos usados para remediação

possibilidade de introduzir microrganismos especializadosnutrientes adicionados para optimizar actividade

microbiana

Bioremediação



biopilhasversão mais sofisticada, quando há limitação de espaço

llixiviado recolhido num reservatório e recirculado sobre o monte

mantém solo húmidoadiciona mais microrganismos

ar forçado através de tubos colocados no montemelhora gestão de compostos orgânicos voláteis

todo o sistema montado sobre um geotêxtil impermeável

impede migração do lixiviado para solo em redor

Bioremediação

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após conclusão do tratamentosolo retorna a local original ou colocado noutro sítio

Bioremediação


técnicas ex situsoil slurry reactor (reactor de lamas)

após excavação, solo introduzido num tanqueproduzidas lamas por combinação com água

adição de nutrientes para estimular crescimento microbianosuspensão formada é transferida para reactores com

arejamentomicrorganismos presentes tratam os contaminantes

Bioremediação

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técnicas ex situsoil slurry reactor (reactor de lamas)

lamas tratadas são clarificadas e prensadasredução de humidade e aumento da viscosidade

líquido recuperado é recirculado para o tanque de mistura

agente humidificador para seguinte solo a ser tratado

sólidos removidos para secagem e reutilização ou serem descartados

Bioremediação


tratamento de misturas complexas de contaminantescombinação de vários processos

aumento da eficácia da resposta

Bioremediação

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Bioremediação


TPC

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TPC


Tratamento aeróbio de efluentes

COD - carência química de oxigénioBOD – carência bioquímica de oxigénio

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tratamento de esgotosbiotecnologia no tratamento secundário

bioprocessamentoremoção dos sólidos resultantes



tratamento de esgotosoxidação dos efluentes conseguida por:

filtro biológicoreactores de lamas activadaslagoas de sedimentação (em climas quentes)


http://www.ec.gc.ca/water/images/manage/effic/a6f4e.htm

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tratamento de esgotosprincípio comum de oxidação dos efluentes

optimização de condições para bactérias aeróbias cresceremredução dos níveis de CBO, azoto e amónia

sedimentação em grandes tanques permite remoção de partículas, contendo biomassa

tratamento secundário reduz nutrientes em 30-50%



tratamento de esgotosproblemas

dificuldade em colocar lamas concentradas produzidaspodem ser usados como substitutos de fertilizantes

agrícolasdigestão anaeróbia para produzir electricidade a partir da

combustão de CH4

incapacidade de tratar compostos químicos tóxicos venenos metabólicosxenobióticosdesinfectantes bacterianos


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tratamento de esgotosdisposição no solo (landspreading)

aplicação controlada de esgotos no soloprocessamento através dos mecanismos físico-químicos e

biológicos existentes no solopor vezes são utilizadas plantas

melhoram condições para microrganismosaplicação mais frequente aos efluentes agrícolas



tratamento de esgotosdisposição no solo (landspreading)

actividade concentrada na camada superficial do solomaior quantidade e maior diversidade de microrganismosadição de material orgânico exógeno pode alterar

equilíbrio de espéciesdisponibilidade de O2 no solo é crítica

afecta taxa de degradação e compostos produzidos


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tratamento de esgotosfossas sépticas

no tanque, sólidos separam-se dos líquidosemulsificantes e gorduras flutuam para o topo

formam espumaresíduos fecais, após degradação bacteriana, formam

lamas no fundotratamento parcial

sedimentação no tanquerequer esvaziamento periódico



tratamento de esgotosefluentes agro-alimentares

composição variávelnatureza do alimento e época do ano

factores consistenteselevado teor em Knutrientes com elevada disponibilidade para metabolismo

por microrganismos e plantasbaixo teor em metais pesadosníveis elevados de matéria orgânica e azoto

razão C/N baixarápida decomposição por bactérias do solo,

mesmo em condições não optimizadas


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teores elevados de cloro e sódioagentes de limpeza

podem danificar estrutura do solo e alterar equilíbrio osmótico

pode tornar-se tóxico para plantas




teores elevados de material orgânico não estabilizadomaus odores

muitos industriais optam por digestão anaeróbiadiminuição rápida de teor orgânicomenor quantidade de lamas produzidas


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tratamento de esgotosefluentes ricos em azoto

condições aeróbiasprocessos de nitrificação biológica a nível do solo

produção de nitrato a partir de NH3 e azoto orgânicobactérias quimotróficas

Nitrosomonas e Nitrobacter


2NH3 + 3O2 ɹ 2NO2- + 2H+ + 2H2O

energia libertada usada por Nitrosomonas para reduzir CO2

Nitrobacter efectua segunda oxidação2NO2

- + O2 ɹ 2NO3-

bactéria utiliza energia produzida


tratamento de esgotosefluentes ricos em azoto

condições anaeróbiasnitratos reduzidos a N2

bactérias anaeróbias ou facultativasnitrato age como aceitador de electrões

papel semelhante ao do O2 na respiração


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tratamento de esgotosarejamento

estimula biomassamantém sólidos em suspensãoauxilia mistura dos componentes do efluentesistemas de difusão de ararejamento mecânico



tratamento de esgotosfiltros biológicos (de percolação)

combinação dos nutrientes existentes no efluente e forte oxigenação estimulam crescimento microbiano

forma-se biofilmeconverte matéria orgânica em CO2, H2O e biomassa

microbiana


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tratamento de esgotossistemas de lamas activadas

microrganismos aeróbios formam suspensão no efluentesistema de arejamento fornece O2

ocupam menos espaço e são mais eficazesmelhor adaptação a variações na composição do efluente



tratamento de esgotossistemas de lamas activadas

microrganismosbactérias usam conteúdo orgânico do efluente

bactérias consumidas por diversos protozoáriosrotíferos também ajudam formação de flocos

removem biomassa dispersa e pequenas partículas


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tratamento de esgotosdigestão aeróbia

processo batch com 30 dias ou mais de retençãobactérias atingem maturidade rapidamente

após exaustão de nutrientes, bactérias morremresíduo de biomassa morta

sofre tratamento secundáriosólidos usados para alimentar digestores

aeróbioslíquido clarificado continua tratamento



tratamento de esgotoscarga orgânica

importante no controlo do processocalcula-se a razão alimento para microrganismo (F/M)

F/M elevado – rápido aumento de biomassaF/M baixo – pouca disponibilidade de nutrientes e

crescimento lento


massa de CBO diariamente aplicada à fase biológicaF =M biomassa microbiana total na fase biológ ica

3 3

3 3

fluxo (m /dia) x CBO (kg/m )F =M volume do tanque (m ) x MLSS (kg/m )

MLSS – sólidos em suspensão

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tratamento de esgotospoço profundo

variante do sistema de lamas activadas




poço contém efluente a tratarar comprimido entra pela base

atravessa secção centralcontra-corrente na parte externa

efluente secundário pré-tratado sedimentaparte das lamas produzidas retornam para entrada

necessário desgaseificarremoção de bolhas de N2 e CO2 dos flocos

facilita sedimentação


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arejamento suplementar permite utilização de ~90% de O2

4.5 vezes melhor que sistema convencional de lamas activadas

tempo de contacto das bolhas formadas mais longomuito eficaz em áreas restritas

reduzida “pegada de carbono”



tratamento de esgotossistemas com oxigénio puro

alimentados com tanques de oxigéniomelhor taxa de transferência de O2

permite tratamento de maior carga orgânica por unidade de volume

elevada produtividade em espaços restritos


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tratamento de esgotossistemas com oxigénio puro

elevados custos de instalação, funcionamento e manutençãorisco de explosãocorrosão acelerada do equipamento



tratamento de esgotoscontactor biológico rotativo

variação dos filtros biológicoscombina vantagens destes com menor “pegada” e maior

exposição microbianadiscos submersos onde cresce biomassa

discos girammicrorganismos estão alternadamente submersos no

efluente e arejadosútil em casos de variações sasonais


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3c/Rotating_Biological_Contactor.png

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tratamento de esgotosbioreactores de membrana

3 tipos:separação sólido/líquidopermeáveis a gasessistemas extractivos

membranas retêm totalidade de microrganismosaceleração da bioactividade e da velocidade de

remediação




relevância para xenobióticosdegradados por bactérias com longos períodos de

adaptaçãoníveis elevados de biomassa requerem muito O2 disponível


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grande capacidade de degradação para compostos persistentes

benzeno, nitrobenzeno, dicloroanilina, PAHseficiência de remoção pode chegar a 99%

pequena percentagem dos contaminantes não transformada em CO2 e H2O

produtos secundáriosmais caros que reactores convencionaisproduzem menor quantidade de lamasadequados para condições em que se pretende obter

efluentes finais de elevada qualidade



TPC

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utilização de plantas em aplicações de biotecnologia ambientalfitorremediação

bioacumulaçãofitoextracçãofitoestabilizaçãorizofiltração

Fitotecnologia


mecanismos básicosremoção e acumulação de substâncias nos tecidos da plantaremoção e subsequente volatilização na atmosferafacilitação de tratamento no solo

tratamentos utilizam ciclos naturais da planta e do seu ambienteplantas seleccionadas:

de acordo com climacapacidade de sobreviver em contacto com contaminantecapacidade de atingir objectivopor vezes, capacidade de incentivar crescimento microbiano

Fitotecnologia

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vantagensestéticamelhor aceitação pelo públicomais barato que outros sistemas

Fitotecnologia


Fitossistemas terrestresespécies que hiperacumulam contaminantes

plantas depois colhidasespécies que actuam como bombas ou sifões

removem contaminantes do solo e depois dispersam-nos na atmosfera

espécies que permitem biodegradação de moléculas orgânicas relativamente grandes

hidrocarbonetos, …

Fitotecnologia

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Fitorremediaçãoinvestigação desde os anos 1990uso directo e in situ de plantas verdes vivas para tratamento de

solos contaminados, lamas ou águas subterrâneas, por remoção, degradação ou confinamento dos contaminantes

Fitotecnologia


Fitorremediação de metaisalgumas plantas possuem capacidade natural para remover ou

estbilizar metaisbioacumulaçãofitoextrcçãorizofiltraçãofitoestabilização

Fitotecnologia

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Fitorremediação de metaisfitoextracção

absorção de contaminantes metálicos a partir do solo pelas raízes e sua deslocação para as partes aéreas da planta

algumas espécies capazes de absorver enormes quantidades de metais

hiperacumuladoras

Fitotecnologia



metais mais facilmente extraídoscobre, níquel, zinco

Fitotecnologia

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Pteris vittata (um feto) acumula As5 g/kg

Fitotecnologia

TPC


Fitorremediação de metaishiperacumulação

plantas escolhidas de acordo com contaminante, clima e condições do local

plantas colhidas após tempo suficientemetal acumulado removido permanentemente do local de

contaminaçãoprocesso pode ser repetido com plantas novas até se atingir a

remediação pretendida

Fitotecnologia

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plantas colhidas contêm grandes quantidades de metalnecessidade de tratamento

compostagemco-compostagem para diluir teor de metal no

composto finalincineração

cinzas colocadas em aterro de resíduos perigosos1/10 do espaço necessário para colocar solo

não tratado

Fitotecnologia



plantas colhidas contêm grandes quantidades de metaltratamento alternativo

reciclagem dos metais

Fitotecnologia TPC

http://www.gen.wur.nl/NR/rdonlyres/8D629D01-7C94-40CF-A027-76EEEDA210AD/8202/thlaspi_clip_image002.jpg

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Fitorremediação de metaisrizofiltração

absorção, adsorção ou precipitação, nas raízes de plantas, de contaminantes presentes no solo ou na água

mais usada para tratar águas subterrâneasplantas crescidas em hidroponiadepois gradualmente aclimatizadas às características da água

a tratardepois plantadas no local a tratar

assimilam poluentes em soluçãocolhidas quando saturadas

biomassa recolhida requer tratamento

Fitotecnologia


Fitorremediação de metaisrizofiltração

girassóis usados em Chernobyl para remover contaminação por urânio radioactivo na água

Fitotecnologia

TPC

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Fitorremediação de metaisfitoestabilização

absorção e acumulação, adsorção ou precipitação nas raízes das plantas

plantas não são colhidaspoluentes imobilizados, não removidos

redução da biodisponibilidadeprevenção da migração

Fitotecnologia


Fitorremediação de metaisfitoestabilização

prática preferível para:locais com pouca poluiçãograndes áreas de poluição, em que outros tipos de

remediação não são possíveisem locais com elevadas concentrações de metais, possibilita

existência de vegetação

Fitotecnologia

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Fitorremediação orgânicafitodegradaçãorizodegradaçãofitovolatilização

Fitotecnologia


Fitorremediação orgânicafitodegradação

biodegradação de contaminantesinterna - após absorção pela planta

produtos de degradação dos contaminantes incorporados na planta

externa - utilizando enzimas excretadas pela plantaaplicada solventes clorados, explosivos, herbicidas, …

Fitotecnologia

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Fitorremediação orgânicafitodegradação

metabolitos acumulados terão que ser ou não tóxicos ou muito menos tóxicos que os contaminantes originais

Fitotecnologia


Fitorremediação orgânicarizodegradação

biodegradação de contaminantes no solo, por microrganismos edáficos, estimulada pelo carácter da rizosfera

rizosfera tem grande actividade microbianaraízes aumentam oxigenação na sua vizinhança e

libertam metabolitosaumento da velocidade e eficácia da

biodegradação de compostos orgânicosfungos micorrízicos associados às raízes auxiliam

metabolização de contaminantes

Fitotecnologia

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Fitorremediação orgânicarizodegradação

processo mais lento que a fitodegradação

Fitotecnologia

TPC


Fitorremediação orgânicafitovolatilização

absorção de contaminantes pelas plantas e sua libertação para a atmosfera, numa forma modificada

exemplovariedade geneticamente modificada do choupo amarelo

(Liriodendron tulipifera)introdução do gene da reductase do mercúrio (mer

A)tolerância a maiores concentrações de mercúrioconverte forma iónica a forma elementar

removido do solo e volatilizado

Fitotecnologia

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exemplochoupos volatilizam ~90% do tricloroetileno que

absorvem

Fitotecnologia

TPC



perigo da volatilização?taxa de libertação deve ser tal que diluição no ar torne

compostos não tóxicos

Fitotecnologia

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Trichloroethylene-3D-vdW.png

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Fitorremediaçãolimitada a locais em que a poluição se encontra próximo da

superfície e nível freático elevadoraízes de árvores com elevada penetração no solo permitem

remediação a maiores profundidades

Fitotecnologia


Contenção hidráulicaágua puxada, através do solo, para as raízes

depois eliminada pela plantadiminui penetração dos contaminantes solúveis

menor contaminação de camadas profundas e águas subterrâneas

Fitotecnologia

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Contenção hidráulicafaixas ripárias

impedem entrada de contaminantes em cursos de águatambém colocadas em redor de locais afectados

contenção da migração de compostos químicos

Fitotecnologia



variedades de choupos e salgueiros eficazes na redução de lixiviados de nitratos e fosfatos

impedem adubos agrícolas de contaminar cursos de água

Fitotecnologia

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permitem integração de outros processos de fitorremediação

Fitotecnologia


Contenção hidráulicaprodução de camadas vegetativas

plantas impedem percolação de água da chuva para aterrosredução de lixiviados

simultaneamente reduzem erosãoalternativa à impermeabilização com argila ou geopolímeros

Fitotecnologia

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Contenção hidráulicabio-bund

plantação densa de árvores (normalmente salgueiros) numa margem trabalhada

funciona como tampão controlo da migração de poluentes químicos

Fitotecnologia


Selecção de plantasadequação ao método e contaminante(s)exemplo

plantação de variedades de erva entre árvoresestabiliza e protege o soloproduz grande quantidade de raízes finas perto da

superfícieadequada à transformação de contaminantes hidrofóbicos

benzeno, tolueno, etilbenzeno, xilenos, PAHs

Fitotecnologia

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Fitossistemas aquáticosdiversas espécies aquáticas podem ser usadas em tratamentos

algasmacrófitas

mecanismos semelhantes aos das plantas terrestres

Fitotecnologia


Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas

entrada de efluente num reservatório de volume superiorlagoa artificial com macrófitas estabelecidaspodem ser usados corpos de água naturais

estabelece-se um fluxo hidráulico suaveefluente atravessa lentamente o sistematempo de retenção relativamente longo permite:

sedimentaçãoabsorção de contaminantesbiodegradaçãofitotransformação

Fitotecnologia

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mecanismos de remoção de poluentes semelhantes aos de sistemas terrestres

independentemente das características do local ou das macrófitas

métodos bióticos e abióticos

Fitotecnologia



principais processos biológicosabsorção directa e acumulação

tratamento restante por processos físicos e químicos nas interfaces

entre água e sedimentosentre sedimentos e raízesentre o corpo da planta e a água

Fitotecnologia

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processos primários:absorção e transformação de contaminantes por

microrganismos e plantasseguida de biodegradação e biotransformação

absorção, adsorção e permuta iónica nas superfícies das plantas e sedimentos

filtração e precipitação de contaminantes por contacto com o sedimento

sedimentação de sólidos em suspensãotransformação química de contaminantes

Fitotecnologia



papel principal das macrófitas é indirectocriar condições para remediação microbiana

ocorrem também processos físico-químicos

Fitotecnologia

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macrófitas de rápido crescimento têm elevado potencial de absorção de vários componentes de efluentes

ex:variedades do jacinto de água (Eichhornia spp.)

podem aumentar a sua biomassa até 10 g/m2/dia

elevada abstracção de N e C a partir do ambientegrande capacidade de absorver N da águatambém eficazes em degradar fenóis e

reduzir Cu, Pb, Hg, Ni e Zn em efluentes

utilização em climas quentes

Fitotecnologia TPC



compostos fosforados mais difíceis de remediar

risco de eutrofizaçãoprovavelmente relacionado com menor

oxigenação das raízes em zonas de águas “lentas”

solos com Al ou Fe mais eficazes na remoção destes compostos

presença dos metais na rizosfera necessária para abstracção de fósforo a partir da água

Fitotecnologia

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baixos custos de capitalcustos de operação mais baixos que sistemas de eficácia

semelhantequando bem desenhadas, são auto-suficientesbaixa necessidade de energia

energia solar, directa ou indirecta (fotossíntese)

Fitotecnologia



vários exemplos com utilização de Phragmites e Typha

Fitotecnologia TPC

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Fitossistemas aquáticossistemas com películas de nutrientes

alternativa aos sistemas convencionais com macrófitasplantas crescem numa fina película de água, contida num

recipiente impermeávelefluente flui directamente sobre as raízes

reduz problemas de transferência de massa

Fitotecnologia


Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas

principal utilização na remoção de N e P de efluentestambém usados para alguns compostos orgânicos

Fitotecnologia

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tratamento de efluentesbaseado no princípio da eutrofização funcional

equilíbrio dinâmico entre algas autotróficas e bactérias heterotróficas

processo de biodegradação/assimilação em 2 fases

Fitotecnologia



tratamento de efluentescontaminantes orgânicos do efluente degradados pelas

bactérias aeróbiasbactérias usam O2 proveniente da fotossíntese das algasalgas crescem usando os nutrientes produzidos pela

degradação bacteriana

Fitotecnologia

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tratamento de efluentesprocesso é auto-suficiente e auto-limitante

a certa altura produz-se eutrofização e morte de todos os organismos

necessária remoção de excesso de algas e biomassa bacteriana

Fitotecnologia



tratamento de efluenteslagoas de algas de alta taxa (high rate algal pond)

um dos mais eficazesbioreactor pouco profundo

elevada razão área superficial/volumeparedes internas criam um canal por onde flui o

efluenteagitador de pás no extremo de entrada do efluente

areja e empurra o efluente

Fitotecnologia

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sistemas não sensíveis a flutuações de alimentaçãoquantidade ou qualidade do efluentealimentação contínua ou não

Fitotecnologia




factores que afectam eficácia:composição do efluenteeficiência da agitaçãotempo de retençãodisponibilidade e intensidade da luzprofundidade da lagoatemperatura

Fitotecnologia

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após tempo adequado de retençãoágua despejada para utilização ou retorno a

cursos de águaretirada periódica das algas permite remover

contaminantes e promover crescimento de novas algas

biomassa recuperada usada em:compostagem (principal)rações animaismaterial isolante

Fitotecnologia



sequestração de carbonofitoplancton marinho usa C dissolvido na água, durante

fotossínteseC incorporado na biomassaaumento do fluxo de C proveniente da atmosfera

quando fitoplancton morre, afunda retendo CC passa a fazer parte do “ciclo lento” nos sedimentos

do fundo do oceanosumidouros de C

CO2 atmosférico removido da circulação na biosfera

Fitotecnologia

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg

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Fitotecnologia



sequestração de carbonoalgas podem ser usadas para sequestrar C

sistema BioCoilalgas unicelulares contidas num tubo estreito, em

espiralgases de escape de um gerador atravessam

espiralágua enriquecida em CO2 garante condições

optimizadas de fotossíntese para algasmelhoradas por utilização de luz artificial

biomassa recolhida é seca e utilizada como combustível

Fitotecnologia TPC

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg

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sequestração de carbonoalgas podem ser usadas para sequestrar C

sistema ACSACSalgas filamentosas crescem num suporte

poliméricogases de escape ricos em CO2 atravessam o

reactor até à superfíciemelhoria das condições para fotossíntese

biomassa em excesso recolhidausada em compostagem

Fitotecnologia TPC


Fitotecnologia TPC

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Fitotecnologia

TPC


bioresíduosde origem animal:

gorduras, proteínas e hidratos de carbono resultantes da digestão incompleta de alimentos de origem animal e vegetal

resíduos de matadouroos anteriores mais gorduras e proteínas resultantes do

abatemateriais excretados pelos animais

produtos resultantes da degradação metabólicaureia e outros pequenos compostos azotados, ...

bactérias mortas e vivas, residentes no aparelho digestivo dos animais

Tratamento de resíduos

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bioresíduosde origem vegetal:

celulosehemiceluloselenhina



bioresíduos2.5x109 t/ano na UE

1x109 t de origem agrícola5.5x108 t de resíduos florestais e de jardinagem5x108 t de esgotos2.5x108 t da indústria alimentar2x108 t de resíduos sólidos municipais


2000

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bioresíduosaterros sanitários

resíduos biológicos sofrem biodegradação naturalautólise seguida de putrefacção

depende de:natureza e idade do materialtemperaturahumidade…




decomposição aeróbia nas camadas mais superficiaisCO2

decomposição anaeróbia em camadas mais profundasCO2 + CH4 + H2 + NH3 + H2S

limitação de utilização de aterros, pela UE, devido a CH4

até 2020, estados terão que reduzir em 65%, relativamente a 1995, deposição de bioresíduos


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bioresíduos podem agravar produção de lixiviados poluentes



bioresíduostratamento biológico de resíduos

objectivos:reduzir o potencial de efeitos adversos para ambiente e

saúde humanaobter materiais para reutilização

N, K, P, …produzir um produto final útil


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decomposição de bioresíduos por microrganismos para obter um material estável e de menores dimensões

moléculas orgânicas complexas convertidos em compostos mais simples

apropriados para reciclagem




vantagens ambientais:redução do volume de bioresíduos colocados em aterros

redução das emissões de gases pelos aterrosredução do efeito de estufa

libertação de espaço para materiais mais adequados a aterros

produção de um produto fertilizanteredução da procura de turfaredução da utilização de ferilizantes artificiaisaumento da fertilidade dos solosreduzir efeitos da erosão


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maior sucesso com resíduos de origem vegetalmaior eficácia quando existem esquemas de separação e

recolha de bioresíduos adequados




compostagem e digestão anaeróbia são principais processosvermicompostagemconversão em etanolfermentação eutrófica


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compostagem4 fases:

fase de latênciaT ambiente (~22 ºC)microrganismos infiltram-se, colonizam e

adaptam-se ao materialfase de crescimento

~22 ºC a ~40 ºCcrescimento e reprodução microbiana

aumento da taxa de respiraçãoaumento da temperatura




compostagem4 fases:

fase termofílica~40 ºC a ~60 ºCcomposto alcança T máximaesterilização máxima de patogéniosno final da fase, T desce para ~40 ºC

fase de maturação~40 ºC a T ambiente2ª fase mesofílica, mais lentaactividade microbiana diminuicompostos orgânicos complexos transformados

em substâncias húmicasNH3 residual nitrificada em NO2 e depois NO3


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compostagemnuma instalação municipal há carência de tempo e

espaçovelocidade de colonização microbiana é limitante

necessidade de reduzir fase de latênciaadequação do tamanho de partícula do

materialtrituração, ...




compostagemprocesso altera razão C/N do material

conversão de C orgânico em CO2

razão C/N inicial é importante para eficácia do processoC/N > 25 pode inibir mineralização de N

problemas na utilização como fertilizante


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compostagemdecomposição inicial levada a cabo por bactérias

mesofílicasaquecimento produzido cria condições para termófilos

principais responsáveis pela degradação de hidratos de carbono e proteínas

inibidos pelas temperaturas máximas alcançadas (70 ºC – 75 ºC)




compostagemna fase de maturação, actinomicetas tornam-se

dominantes nas camadas superficiaisdecomposição de celulose e lenhina


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compostagemmineralização de N:

Nitrosomonasconvertem NH3 em NO2

Nitrobacterconvertem NO2 em NO3

bactérias inactivadas a T>40 ºC e com crescimento lento

actuam sobretudo na fase de maturação




compostagem em larga escalarazão área superficial vs. volume reduzida

dificulta entrada de O2

5 + 1 estratégias:pilhas reviradas (windrow)pilhas estáticastúneltambor rotativosistema fechado (in-vessel)raramente compostagem em torre


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compostagem em larga escalanão existe um sistema preferencial

escolha depende de:natureza e quantidade de bioresíduosqualidade pretendida do produto finaltempo disponívelmão de obradisponibilidade de terrenocustos




compostagem em larga escalapilhas reviradas

bioresíduos colocados em longas filas paralelas2 – 3 m altura x 3 – 4 m largura, na base

pode existir em local fechado; mais comum no exterior

maior exposição exterior torna controlo mais difícil

tipicamente usado para resíduos de parques e jardins


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arejamento natural por difusão e convecçãoaumentado por agitação periódica

melhor mistura do material e aceleração da decomposição





grandes necessidades de terrenopotencial mau cheiropotencial libertação de esporos de fungos e

biopartículas durante agitação


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maioria das instalações em larga escalapode ser instalado junto a aterros

redução das desvantagens




compostagem em larga escalapilhas estáticas

semelhante às pilhas reviradas, mas sem agitaçãofilas mais altas e largas

se necessário agitar, usado equipamento agrícolamais barato em equipamento, mão de obra e

operaçãodecomposição mais lenta

requer muito terreno e durante longos períodos


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compostagem em larga escalapilhas estáticas

alternativa para co-compostagem de resíduos alimentares ou de jardim com estrume ou lamas

arejamento forçadochão perfurado e ventoinhas

processo aceleradomais caro

reservado para sistemas de pequenas dimensões e com bom controlo de odores




compostagem em larga escalatúnel

muito usada na produção de cogumelosmaterial colocado em túneis fechados

~5 m altura x 15 m comprimentopara resíduos sólidos municipais

sacos de PE com ~1 m alt. x 60 m comp.cheios com ~75 t de material pré-separadoar forçado por ventiladoresfendas nas paredes laterais para saída de

CO2


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compostagem em larga escalatúnel

tempo de processamento reduzido, devido a maior facilidade de controlo das condições no interior do túnel




compostagem em larga escalatambor rotativo

“épocas” de utilizaçãopreferidos por uem faz co-compostagem de lamas

com materiais mais fibrosos (palhas, resíduos de jardim, …)

resíduos colocados no tamboraço, isolado no interior para reduzir perca de

calorrotação lenta

mistura material e auxilia arejamento


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compostagem em larga escalasistema fechado

diversos modelostanques pequenos de aço ou plásticograndes gaiolas de metaldepósitos compridos de betão, com paredes

laterais altas




compostagem em larga escalasistema fechado

condições internas bem controladasutilização eficaz do espaçomais caro, devido a necessidade de arejamentopouco adequado para grande escala


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compostagem em larga escaladepende de:

arejamentotemperaturateor de humidadetamanho da partículanatureza do resíduoaceleradorestempo de processamento




compostagem em larga escalatemperatura

atingir pelo menos 55 ºCdesinfecção adequada do materialnão há consenso sobre tempo de permanência

não ultrapassar 70 ºCmorte ou inactivação da maioria dos

microrganismosdesaceleração ou paragem da biodegradação


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compostagem em larga escalateor de humidade

~60% ideal40 - 70% intervalo razoável

25 - 30 % pode originar inibição biológicahumidade demasiado elevada pode dificultar

arejamento e influenciar lixiviaçãocomposto vai perdendo humidade, sobretudo

superficial




compostagem em larga escalatamanho da partícula

necessário um compromissoquanto mais pequenas as partículas, maior a

razão superfície/volumemais material disponível para ataque

microbianoacelera processo de decomposição

partículas demasiado pequenas tendem a compactar

redução do arejamento


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compostagem em larga escalanatureza do resíduo

co-compostagem pode optimizar condiçõesex: lamas e estrumes

aditivos usados para melhorar natureza química ou física do material

pouca influência no customistura pode ter características de decomposição

diferentesinfluência na natureza do produto final




compostagem em larga escalaaceleradores

apenas usados com resíduos de valor elevadosubstâncias em co-compostagem podem actuar como

aceleradores


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compostagem em larga escalatempo de processamento

tempo necessário depende dos outros factoresex: resíduos alimentares ou de jardim

< 3 mesessistemas fechados arejados ou pilhas

reviradas1 ano ou mais

pilhas estáticas




digestão anaeróbiautilização crescenteversão controlado dos processos naturais que ocorrem

num aterrolibertação controlada de gás rico em CH4

bactérias anaeróbias convertem grandes moléculas orgânicas em CH4 e CO2 + outros produtos

reacção muito complexacentenas de passos e compostos

intermédios


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digestão anaeróbiapode ocorrer em 3 gamas de temperatura:

criofílica (< 20 ºC)mesofílica (20 - 45 ºC)termofílica (> 45 ºC)

muito menos exotérmica que compostagemdecomposição mais irregular

biorreactores especiais permitem ultrapassar problema

aquecimento externo




digestão anaeróbiahidrólise

hidratos de carbono, celulose, proteínas e gorduras degradados e liquefeitos

enzimas extracelulares produzidas pelas bactérias hidrolíticas


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proteínas originam aminoácidosgorduras produzem ácidos gordos de cadeias longashidratos de carbono degradam a açúcares simplespolímeros biológicos complexos (celulose, …)

degradados em substâncias solúveispasso limitante da digestão





velocidade depende de:natureza e disponibilidade do substratopopulação microbianatemperaturapH


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digestão anaeróbiaacidogénese

produtos da hidrólise mais ácidos gordos voláteis derivados das proteínas, gorduras e hidratos de carbono convertidos em ácidos acético, lático e propiónico

pH baixatambém produzidos metanol e outros álcoois simples,

CO2 e H2

proporção dos diferentes produtos depende de:espécies microbianascondições ambientais no reactor




digestão anaeróbiametanogénese

anaeróbios estritoscrescimento mais lento que os anterioresprodução de CH4 a partir dos compostos

produzidos nas fases anterioresácido acético e acetatos são os mais

importantes


CH3COOH ↓ CH4 + CO2

CH3OH + H2 ↓ CH4 + H2OCO2 + 4H2 ↓ CH4 + 2H2O

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digestão anaeróbiametanogénese

bactérias metanogénicas convertem ácidos gordos voláteis em CH4

limitam descida do pHmetanogénicas só subsistem a pH 6.6 - 7.0




digestão anaeróbia4 grupos de bactérias:

hidrolíticas fermentativasClostridium e Peptococcus

acetogénicasSyntrophobacter e Syntrophomonas

metanogénicas acetoclásticasMethanosarcina e Methanothrix

metanogénicas hidrogenotróficasMethanobacterium e Methanobrevibacterium


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digestão anaeróbiaoperações apenas em larga escala

requer mais recursosrequer mão de obra mais qualificada




digestão anaeróbiadiversos sistemas


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digestão anaeróbiareactor compartimentado

fluxo horizontal de bioresíduo através do corpo do reactor

adequado para diversos materiais




digestão anaeróbiareactor de leito fixo

placa na qual se estabelece um biofilme bacterianodigestão dá-se na sua superfície

ideal para resíduos com baixo teor de sólidos


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digestão anaeróbiareactor de mistura completa

biomassa produzida durante o processo é reciclada, após remoção de água

aumenta tempo de retenção para sólidosusado para bioresíduos industriais densos

tanque de agitação contínuasemelhante ao anterior, mas sem recirculaçãotratamento de resíduos líquidos ou pouco densos




digestão anaeróbiareactor de leito fluidizado

meio de crescimento microbiano internofluidizado pelo resíduo líquido circulante

adequado para resíduos líquidos ou muito diluídos


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digestão anaeróbiaprocessos multi-fásicos

diversas fases separadas em reactores diferentesusados sobretudo em investigação

upflow anaerobic sludge blanket (UASB)número relativamente elevado de bactérias activasadequados para tratamento de resíduos com baixo

teor de sólidosusado em reíduos líquidos industriais ou

suspensões ligeiras




digestão anaeróbiainfluenciada por factores físicos e químicos

temperaturatempo de retençãoagitaçãohumidadealimentaçãotaxa de cargapHconcentração de ácidos gordos voláteis


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digestão anaeróbiatemperatura

sistemas comerciais operam a ~35 ºC ou ~55 ºCtemperatura relativamente constante é essencial

tempo de retançãorelação directa entre temperatura e tempo de

retençãooptimização mais fácil se fases acidogénica e

metanogénica separadassó utilizada em escala laboratorial

“scale-up” encarece




digestão anaeróbiaagitação

melhor mistura do materialausência de “zonas mortas”

aumenta disponibilidade do resíduo para bactériasajuda a dispersar e remover produtos de degradaçãouniformização da temperatura no digestor

humidadese resíduo demasiado seco, necessário adicionar um

líquidoágua, líquido de recirculação, …


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128



digestão anaeróbiaalimentação

tamanho de partícula e natureza do material são importantes para a degradação

partículas mais finas permitem melhor processamento

taxa de cargadepende de:

características do resíduohumidadevolume do digestortempo de retenção…




digestão anaeróbiapH e concentração de ácidos gordos voláteis

factores interdependentesmuitas das bactérias são dependentes do pHconcentrações elevadas de ácidos gordos voláteis

indicam instabilidade no digestoraumento da concentração ácidos goros

voláteis é habitualmente acompanhada por decréscimo de pH


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vermicompostagemcamadas mais finas que em compostagem

requer mais espaçogrande produção de biomassa

população inicial de ~500 animais/m2

após adaptação taxa de produção de biomassa -0.07kg/m2




vermicompostagemrequer cuidadoso controlo das condições ambientaisorganismos possuem limites físicos e biológicos mais

estreitos que microrganismos usados na compostagemarejamento eficaz, devido à elevada razão

superfície/volumesobretudo nas camadas superficiais, onde se

encontra a maioria dos vermes


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130



vermicompostagemdesenho tem em conta garantir a humidade necessária

aos vermespermuta de gás através da peledrenagem impede excesso de água

coberturas bem ventiladas, sobretudo em instalações no exterior

evitar problemas relacionados com meteorologiaevitar luz do dia

maior período de “trabalho” dos vermes




vermicompostagemdiversas espécis de vermes

2 grandes gruposminhocasminhocas vermelhas


http://www.appropedia.org/Image:Fin2.jpg

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vermicompostagemminhocas

Lumbricus, Amynthas, Pheretima elongataescavadoras

consomem material biológico morto directamente do solo

não assimilam directamente bioresíduosproduzem vermicomposto, o qual contém o

valor nutricional dos compostos orgânicos transformados




vermicompostagemminhocas vermelhas

Dendrobaena, Helodrilus, Eiseniaalimentam-se rápida e directamente do resíduo

consomem mais de metade do seu peso por diamaterial convertido em biomassa

crescimento dos vermes e aumento da população

minhocas decompõem-se e mineralizam eficazmente os bioresíduos


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vermicompostagemredução no volume dos resíduos

por vezes > 70%produz material final bem estabilizado

rico em K, N, P e outros mineraiselevado valor como fertilizante




vermicompostagembiomassa pode ser recolhida

como cultura de início para vermicompostagemvenda como isco


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vermicompostagemcombinação com compostagem

pré-compostagem permite inactivação termofílica de patogénios

durante esta fase há redução dos teores de amónia

vermes muito sensíveis a NH3

pode haver um efeito negativo no crescimento e reprodução dos vermes

acção dos vermes origina mais rapidamente um produto de elevada qualidade




conversão em etanolconversão da celulose, contida em muitos bioresíduos,

em EtOH


http://www.coskata.com/

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conversão em etanolex: California

produz > 51x106 t resíduos (massa seca)capacidade de produzir > 13x109 L EtOH


TPC



fermentação eutróficabiodegradação aeróbia aceleradafermentação - toda a degradação microbianaeutrófica - ambiente rico em nutrientes, onde ocorre


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135



fermentação eutróficaresíduo convertido em lama fina

colocado no bioreactor, arejado por difusores na baseagitado e aquecido a ~35 ºC

resíduo degrada-seao fim de 35 dias pode recuperar-se 10% do volume

original, sob forma de sólidoslíquido obtido contém 6 - 10% de sólidos em

suspensãouso como fertilizante




fermentação eutróficaaplicação essencialmente laboratorial

possível transição para aplicação comercial?


TPC

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136



TPC



TPC

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137


isolamento de DNA

Manipulação genética


recombinação de DNA


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138


inserção de DNA



bactérias recombinantesexpansão das vias metabólicas

modificação da capacidade metabólicaintrodução de novas vias

aplicações:melhor degradação de contaminantesprodução de enzimas para a indústria…

processos menos agressivos para o ambiente


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139


bactérias recombinantesex:

estirpe de E. coli em que foram colocados 15 genes de Pseudomonas

obter uma via de produção de indigo para colorir gangaevita uso de produtos químicos (método tradicional)


TPC


leveduras recombinantesvírus recombinantes


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140


plantas transgénicasaumentar a tolerância a condições ambientais extremasadaptar plantas à assimilação de poluentesdegradação ou dispersão por fitoremediaçãomodificar plantas para produzir materiais que conduzam à

redução da poluição ambiental



plantas transgénicasproblemas:

paredes celulares rígidastécnicas especializadas de transformação

ausência de plasmídeosmanipulação feita em bactérias e produto final transferido

para a planta


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plantas transgénicasmaioria produzida por transferência do plasmídeo Ti de

Agrobacterium tumefaciens



plantas transgénicastécnica de bombardeamento com partículas (gene gun)


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plantas transgénicastécnica de fusão de protoplasto

parede celular removidapermeável a pequenos fragmentos de DNA



plantas transgénicasinserção de DNA no genoma é aleatória


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plantas transgénicasexemplos:

proteger plantas de vírus, fungos e agentes de oxidaçãoplanta transgénica expressa ferritina

proteína quelante de ferroresistência aos efeitos do glicofosato

herbicida análogo a fosfoenol piruvatoactividade devida a inibição de 5-

enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasegene que codifica para a enzima introduzido nas plantas


TPC

TPC



alternativatransferir genes das monooxigenases do citocroma P450

de mamíferos para plantas de tabacogenes envolvidos na desintoxicação de xenobióticos

plantas transgénicas mostram resistência a herbicidas

Manipulação genéticaTPC

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genes para d-endotoxina em Bacillus thuringiensistransferidos para plantas

maior resistência a pestes




bactérias usam lactonas de N-acilhomoserina (AHLs) para comunicar entre si

capazes de detectar, e reagir, se o seu número se reduz abaixo de um valor crítico

criadas plantas transgénicas capazes de exprimir mesmo sinalbactérias “enganadas”plantas mais resistentes a infecção


TPC

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145



Pseudomonas syringae produz proteína que promove produção de cristais de gelo, a pouco menos de 0 ºC

maior risco de dano por geada, em plantasobtenção de mutantes sem esta capacidade e introdução do

gene em morangueirosprotecção das plantas contra geada




modificação de árvores para desintoxicação de solos contaminados com Hg

gene bacteriano responsável pela produção de uma enzima envolvida na degradação de explosivos, transferido para plantas de tabaco

estudo da capacidade de degradar TNT


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146



TPC


tecnologias limpassistema integrado

processos de produção colaboram na redução de resíduos e na minimização da poluição

Integração

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bioenergiaenergia de todos os biocombustíveis originada no Sol

biosfera recolhe ~2x1021 J/anodurante combustão da biomassa e outros processos metabólicos

C orgânico reage com O2

liberta maioria da energia, sobretudo como calormatéria residual reutilizada por ciclos naturais

2.5x1011 t/ano de matéria seca na biosfera1x1011 t são carbono

Integração


bioenergiasubstituição de combustíveis fósseis

bioenergia apenas liberta C absorvido durante crescimentosó usa C “moderno”não origina contribuição atmosférica de CO2 “antigo”

Integração

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148


biocombustíveisbiogás

gás rico em CH4, resultante da degradação de moléculas orgânicas complexas por bactérias anaeróbias

combustívelvalor energético - 21-28 MJ/m3

Integração



principal via de produção de CH4 é a do acetato/ácido acético~75% do gás produzidorestante obtido via MeOH ou CO2 e H2

Integração

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149



optimização de condições é difícilnem elevada redução de resíduos nem elevada produção

de gásna prática, só produzidos ~25% do biogás potencial

Integração



utilizaçãobiogás mais puro que gás produzido em aterros

maioria da matéria inorgânica e poluentes potenciais excluídos do reactor

biogás queimado e parte da energia transformada em electricidade

processos termodinamicamente pouco eficazes

Integração

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biocombustíveisEtOH

fermentação produz EtOH em águadestilação simples para obter EtOH a 95%codestilação azeotrópica para obter EtOH anidro

pode ser usado como substituto do combustível fóssil ou em conjunto

menor poder calorífico que petróleo, mas melhores propriedades de combustão

Integração



Integração

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principais culturas utilizadas:milho e soja – EUA e Chinacana de açúcar – Brasil e Índiabeterraba sacarina, trigo e cevada – Europamandioca – Ásia e África

produção:EUA, Brasil, Europa – 95%Índia, Canadá, China - ~5%

Integração



calcula-se que entre 2003 e 2030, consumo de energia no mundo aumente 71%

produção internacional de EtOH cresceu 165% entre 2000 e 2005

grande parte de terra arável utilizada em produção de biocombustíveis

Integração

http://bp0.blogger.com/_9VGZjBQHr0s/SAh8NZXltuI/AAAAAAAABCs/BNQZYpWBePA/s1600-h/CornEthanol.jpg

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152



tentativas de produção de EtOH a partir de diversos resíduosmicrorganismos naturaisenzimas isoladasorganismos geneticamente modificados

Integração



Integração

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153



tecnologia conseguiu ultrapassar dificuldades na fermentação da celulose

destilação final produz grandes quantidades de produtos secundários potencialmente poluentes

“vinhaças” com CBO e CQO elevados6-16 L produzidos por litro de EtOH destilado

Integração



tratamento das “vinhaças” é caroalternativas:

tratamentos anaeróbiosprocesso integrado num único local

fermentação de bioresíduos para obtenção de EtOH

destilação do EtOHprodução de biogás a partir das “vinhaças”fase final de estabilização aeróbia

Integração

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biocombustíveistalhadia de curta rotação

estabelecimento de plantações, que serão colhidas de forma sustentável

fonte, a longo prazo, de biomassa para combustãoutiliza espécies hibridas de rápido crescimento

Salix, Populus

Integração



exige quantidades substanciais de terraperíodos de cultura de 2-4 anos antes de produzirquando estabelecidas, culturas produzem 8-20 t/hectare/ano

de matéria secavalor calorífico de ~15x109 J/t

Integração

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155



colheita em rotaçãodiferentes secções alcançam estado de colheita em cada

anoárvores são podadas e não derrubadas

obtenção de material em contínuo

Integração



utilização por combustãotroncos pequenos ou pedaçosgeralmente para aquecimentopotencial para produção de electricidade

Integração

http://www.cambrianmountainwillow.co.uk/tora6yrs.JPG/tora6yrs-full;crop:0,0.15,1,0.7;effect:autolevels,34;effect:sharpen,57.jpg

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156


biocombustíveisintegração de bioresíduos

após compostagem ou digestão anaeróbia, materiais aplicados nos solos como condicionantes

reduzem necessidade de irrigaçãoreduz problemas relacionados com secareduz lexiviação de nitratos do solo

Integração


biocombustíveisbiodiesel

derivado de óleos vegetais, através de processos químicosnão verdadeiramente biotecnológico

vantagens:uso directo, em motores não modificadospode ser usado como combustível único, ou em misturasemissão reduzida de partículasmelhores propriedades lubrificantesem mistura, melhora a biodegradabilidade do diesel

convencionalgases de escape menos prejudiciais

menores teores de PAHs e nPAHs

Integração

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157



Integração



relatório da UE conclui que:produção actual é poluentebiodiesel ineficaz em termos de custo e energético

Integração

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158


supressão de doenças em plantasutilização de extractos de composto

controlo de doenças específico para algumas culturasacção dupla:

protecção contra doenças das folhasinóculo para restaurar ou aumentar comunidades

microbianas no solo

Integração


supressão de doenças em plantasextractos são método natural muito eficaz

reduz necessidade de intervenção química

Integração

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159


supressão de doenças em plantasmecanismos prováveis:

competição directa com o agente patogénicoindução de resistência à doençainibição da germinação de esporos

bactérias, leveduras e bolores presentes nos extractos são agentes activos

compostos orgânicos tambémfenóis, aminoácidos

Integração


supressão de doenças em plantasextractos preparados por 2 métodos:

“fermentação” (original)suspensão de composto em água (1:6 em volume)mistura repousa 3-7 diasgrosseiramente filtrada antes de usadainfusão, não verdadeira fermentação

Integração

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160


supressão de doenças em plantasextractos preparados por 2 métodos:

extracção com arejamentotransferência de oxigénio para o extracto, durante a sua

formaçãopassagem de água através do compostolicor resultante recolhido e recirculado diversas vezes

concentração e arejamentomais activo e mais rápido (10-12 h)

Integração


supressão de doenças em plantasextractos aspergidos sobre as folhas

~1000 L/ha

Integração

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161


produção de bensbactérias produtoras de polímeros naturais

obtenção de plásticosmais caro que por processo tradicionalplásticos mais frágeis

Integração


produção de bensprodução de plásticos por plantas

alternativa mais eficazdifícil conseguir o monómero desejado

variedades geneticamente modificadas de colza e agriãoproduzem poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)

nas folhas e sementesaplicação comercial

Integração

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162


produção de bensprodução de plásticos por plantas

inserção de genes bacterianos responsáveis pela produção de plásticos em Arabidopsis e Brassica torna processo mais barato

fotossíntese fornece carbono e intermediários metabólicos, obtidos a partir de ácidos gordos e aminoácidos

produção de PHBV de boa qualidaderendimento baixoprocesso necessita afinação

IntegraçãoTPC


pesticidas microbianosd-endotoxina produzida por Bacillus thuringiensis

toxina Bt activa contra membros dos:Lepidópteros (borboletas e traças)Dípteros (moscas, mosquitos e cecidomídios)Coleópteros (escaravelhos)usada há muitos anos na sua forma não modificada

várias estirpes da bactéria produzem toxinas activas contra nº limitado de espécies de insectos

Integração

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163


pesticidas microbianoslimitações:

nº limitado de insectos susceptíveis a cada toxinarequer dosagem com múltiplas toxinas

ingestão insuficiente pelo insectonão letal num período suficientemente curto

instabilidade da toxina quando aplicada nas colheitasdesenvolvimento de resistência pelos insectos

Integração


pesticidas microbianosgenes responsáveis pelas toxinas isolados

possível alteração e introdução em vectores mais eficazesbactérias ou plantasdiminuição das limitações

Integração

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164


pesticidas microbianosnemátodos demonstram grande potencial

aplicados como spraycomplementam B. thuringiensis

Integração

Steinernema sp.


pesticidas microbianosoutras espécies de Bacillus usadas:

B. sphaericus produz toxina mais potente que Bt, mas mais específica

ataca larvas de mosquitolarvas e bactérias abundantes em águas muito

poluídasB. popillae não produz toxinas

mata hospedeiro devido a grande eficácia de reproduçãoactivo contra besouro japonês

Integração

saudável infectada

TPC

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165


pesticidas microbianosBaculovírus:

registados para uso como insecticidas nos EUA e Europaisolados a partir de diversas famílias de insectosciclo infeccioso passa por fase em que várias partículas virais

estão ligadas num grande cristal proteico

Integração



cristal protege partículas até ingestão por um insectoenzimas digestivas libertam vírusvírus entram nos núcleos celulares do insecto

inicia ciclo de replicação viral~12 h após infecção inicial partículas virais libertadas

infecção de células vizinhas24 h após infecção

proteína protectora do vírus produzida em quantidade suficiente para juntar novas estruturas cristalinas

todos os tecidos do insecto danificadosao morrer, insecto é uma massa de partículas

virais rodeada pela sua cutícula

Integração

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Npv-life_cycle.jpg

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166



cadáver do insecto comido por pássarosdisseminado sem ser atacado pelas enzimas

digestivas do pássaro

Integração



vírus pode ser produzido em laboratóriosó infecta in vivo

sequência genética da proteína pode ser substituída por gene externo

maior capacidade de expressão

Integração

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167


interacções planta/microrganismo2 categorias:

microrganismos externos à plantabactérias e bolores do solo

microrganismos internosbactérias endófitas

bactérias envolvidas na fixação de azoto, …bolores internospatogénicos das plantas

Agrobacterium plasmodium e A. tumefaciens

Integração


interacções planta/microrganismoassociações podem envolver bactérias, bolores e vírus

por vezes interacções complexas envolvendo 3-4 organismosbenefícios para plantas em ambientes deficientes em

nutrientes

Integração

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168


interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta

superficiaisao redor e na superfície das folhas, sementes, flores e

caulessubterrâneos

subsolo e em zonas distantes das raízes

Integração



colonização da rizosfera por bactérias parece ser estimulado pelo exudato da planta

1ª fase - atracção para as raízes2ª fase - bactérias crescem e formam colónias3ª fase - equilíbrio estabelecido entre massa de raízes e

nº de bactérias

Integração

exudato - fluxo de compostos orgânicos

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microrganismos da rizosfera dependem da planta para obter compostos orgânicos

quando as plantas morrem os componentes degradados pelas bactérias voltam ao solo e o ciclo recomeça

plantas afectam composição da comunidade microbianaalguns compostos libertados pelas plantas podem ser

inibidores, outros estimulantes

Integração



microrganismos afectam crescimento das plantaslibertam para o solo factores de crescimentoafectam exudato da planta para a rizosfera

taxa de exudação depende de:presença de bactérias do soloredução da massa da planta, devido à colheitaalterações ambientais (luz, temperatura, …)

Integração

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170



bactérias e bolores contribuem para população da rizosferabolores também auxiliam crescimento da planta

micélios penetram solo ao redor da raizfacilitam absorção de nutrientes

bactérias podem colaborar nesta associaçãoredução de fertilizantes artificiaisredução de danos ambientais

IntegraçãoTPC



saúde humanaredução do efeito dos “edifícios doentes”

bactérias existentes nos vasos de plantas capazes de degradar diversos compostos voláteis responsáveis pelo efeito

fenóis, formaldeído e tricloroetilenoplantas contribuem ao suportar microrganismos na

sua rizosfera e ao produzir O2

IntegraçãoTPC

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171



degradação de lenhinabolores filamentosos auxiliam degradaçãonos trópicos, acelerada por bactérias residentes no

aparelho digestivo de térmitasrequer presença de O2

Integração


interacções planta/microrganismomicrorganismos internos à planta

bolores e bactérias internosalgumas bactérias endófitas não beneficiam nem

prejudicam a planta (comensais)bactérias simbióticas promovem crescimento da planta ou

protegem-na de patogénicospatogénicos da planta

bacterianos ou virais

Integração

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172


interacções planta/microrganismopoucos organismos capazes de fixar azoto

todos procariotasex: Rhizobium nos tecidos radiculares das plantas

Integração


interacções planta/microrganismofixação de azoto

todos organismos vivos requerem azotonitrato, amónia, amónio ou aminoácidosdependência de organismos fixadores

Integração

http://www.answers.com/topic/nitrogen-cycle-jpg-1

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173



azoto fixado por redução a amóniaorganismos livres ou em simbiose com plantas

necessária anaerobioseenzimas irreversivelmente inactivadas por O2

Integração



organismos livresClostridium e Klebsiella - anaeróbiosCyanobacteria e Azobacter - têm que criar ambiente

anaeróbiooutras bactérias fixadoras de azoto:

Corynebacterium (bactérias filamentosas)Rhodospirillum (bactérias fotossintéticas)

Integração

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174



simbiotasfixam ~10 vezes mais azoto

plantas têm maior capacidade de fornecer energia necessária (ATP)

plantas fornecem nutrientes necessários às bactériasácidos dicarboxílicos

málico, succínicoFe, S, Mo

plantas proporcionam ambiente anaeróbio

Integração



fixação por bactérias responde apenas a necessidades da planta, não causando poluição

fertilizantes artificiais podem ser usados em excessolixiviação para cursos de água

modificação de plantas para aumentar eficácia de fixação e aumentar nº de variedades

sobretudo espécies cultivadas

Integração

http://www.hbci.com/~wenonah/slides/img/CD101.jpg

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175


interacções planta/microrganismobolores também são frequentes em plantas

várias ervas e diversas plantas cultivadastomates, maçãs, feijões, trigo, milho, …

plantas/bolores em simbiose para fixação de azotoalguns bolores protegem as plantas

bolor produz alcalóides que tornam a planta menos susceptível a ataques de insectos

Integração


interacções planta/microrganismopatogénicos das plantas

identificação e isolamento de genes da planta ligados à resistência a patogénicos e de genes de virulência

manipulação para reduzir a necessidade de tratamentos químicos, prejudiciais ao ambiente

exs:Agrobacterium tumefaciensVírus do Mosaico da Couve-flor

Integração

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Agrobacterium tumefaciensprovoca formação de uma espécie de tumor na plantabactéria injecta pequeno pedaço de DNA

genes necessários contidos num plasmídeoplasmídeo Ti

processo de infecção estimulado pelo exudato da planta

resultante de uma lesão na planta, produzida por qualquer meio

Integração



Agrobacterium tumefacienssistema muito eficaz para transferência de genes

bacterianos para células de plantas

Integração

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177



Vírus do Mosaico da Couve-florinsectos são o método mais comum para transferir vírus

entre plantasoutras vias:

transferência por partes de plantasatravés de sementes, tubérculos ou pólen

agentes capazes de penetrar no tecido da plantanemátodos do solo, bolores parasitas

Integração



Vírus do Mosaico da Couve-flormaterial genético da maioria dos vírus das plantas é RNA

cadeia simples ou duplaVírus do Mosaico da Couve-flor possui um genoma de

DNAmais eficaz para expressão de genes externos numa

planta

Integração

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/WIntkey/Images/em_cauli_RGM_CMV_caulim2.jpg

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remoção de metais de efluentesproduzidas anualmente ~100 kt/ano de lúpuloapenas os cones são usados pela indústria cervejeira

restante resíduo problema para a indústriaresíduo macerado e misturado com sílica forma polímero

eficaz na remoção de metais contaminantes de efluentesCd, Cr, Cu, Pb, Zn

sendo específico para alguns metais, não tem problemas das resinas de permuta iónica habitualmente usadas

Mg, Catratamento com ácido fraco

recuperação de 90% dos metaispolímero pode ser reutilizado

Integração


Integração

TPC

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179


Integração

TPC


biosensoreslevedura geneticamente modificada para detectar disruptores

endócrinosestrogénio, 17b-estradiol, …uso potencial em detecção de poluentes

Tendências futuras

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180


poluição industrialredução da poluição e da produção de resíduos

2 estratégias:métodos a priori

evitar o problemamétodos a posteriori

limpeza mais eficaz

Tendências futuras


poluição industrialredução da poluição e da produção de resíduos

métodos a priorimétodos de produção limpa

Tendências futuras

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181


poluição industrialprocessos de produção biotecnológica permitem:

reduzir necessidades energéticaspoluição nos efluentes geradosredução de resíduos com necessidade de tratamento

surgimento de novas tecnologiasnovos biocatalisadoresuso de macromoléculas biológicas em processos de produção

Tendências futuras


poluição industrialextremozimas isoladas de bactérias e archaea

potencial catálise de reacções antes só possíveis por via físico-química

enzima obtida a partir de um termófilo para aumentar eficácia da produção de ciclodextrina, a partir de xarope de milho

tecnologia limpa

Tendências futuras

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182


poluição industrialextremozimas isoladas de bactérias e archaea

aplicações potenciais:amilases para produção de doces ou álcoolproteases para produção de aminoácidos, panificação,

cervejaria e detergentesxilanases para branqueamento de papeldesidrogenases e oxidoreductases para diversas

aplicações

Tendências futuras


poluição industrialuso de hipertermófilos para produzir H2, CH4 e H2S

Desulfuromonas produz H2S a partir de enxofre18-80 ºCcatálise química requer 500 ºC

Tendências futuras

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Salivary_alpha-amylase_1SMD.png

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Image:Desulfuromonas.jpg

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183


poluição industrialpsicrófilos usados em detergentes biológicos “a frio”

também no fabrico de perfumesredução de percas por evaporação

enzimas halófilas para aumentar quantidade de petróleo extraído

Tendências futuras


poluição industrialutilização de extremófilos vai requerer novos tipos de reactores e

técnicas de fermentação

Tendências futuras

biotecnologia ambiental - pfigueiredo.org · 09-09-2008 1 biotecnologia ambiental paulo figueiredo...

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