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Biotecnologia ambiental
Objetivo
Tecnologias
Objetivos
1. Preservar o meio ambiente e seus recursos do impacto negativo da atividade do homem.
2.O uso adequado da natureza (plantas, animais, bactérias, fungos e outros seres vivos) de forma a se obter:
• energia renovável, • Alimentos, e • Nutrientes, em um ciclo de benefícios integrados
onde os processos que produzem resíduos servem de base (fornecem insumos) para novos processos.
O que é?(Sociedade Internacional de Biotecnologia Ambiental)
• O desenvolvimento, uso e regulação dos sistemas
biológicos relacionados a:– Remediação dos ambientes (terra, ar e água)
contaminados e
– Processos ambientalmente corretos tais como aqueles envolvidos
nas tecnologias verdes ou limpas,
e de desenvolvimento sustentável
Prevenção da poluição
Enquanto a ecologia microbiana tenta entender os
ecossistemas microbianos, a biotecnologia ambiental tenta
manipulá-las, criando ambientes propositadamente “não-
naturais”, em oposição ao “natural” dos ecossistemas.
A biotecnologia ambiental pode incluir:
•Tratamento de resíduos a)tratamento de efluentes (remoção de matéria orgânica, N, P, S, metais)b)tratamento biológico de gás de combustão (remoção de odor, sulfeto, compostos aromáticos voláteis)c)biorremediação de solos (degradação das xenobióticos, petróleo, PAH, PCB)d)biocombustíveis e a produção de biogás a partir de resíduos orgânicos.
•Processos ambientalmente mais amigáveis Processos biocatalisados geram menos subprodutos e podem ser executados em temperaturas mais baixas.
•Produtos ambientalmente mais amigáveisOs produtos podem ser mais biodegradáveis, tais como novos tipos de materiais plásticos e polímeros, ou novos tipos de detergentes.
Tecnologias limpas(“greentech” ou “cleantech”)
• Termo usado para descrever produtos ou serviços que melhorem o
desempenho operacional, a produtividade ou eficiência, reduzindo
custos, insumos, consumo de energia, resíduos ou poluição.
• Sua origem tem relação com o aumento da consciência do
aquecimento global, mudanças climáticas e o impacto sobre o
ambiente natural a partir da queima de combustíveis fósseis.
Tecnologias
• Verdes ou limpas (“greentech” ou “cleantech”)
– BIORREMEDIAÇÃO (usando-se microrganismos e
plantas (fitorremediação)
– PREVENÇÃO
– DETECÇÃO E MONITORAMENTO
BiorremediaçãoBiorremediação
Uso de sistemas biológicos na redução da poluição do ar, água ou sistemas terrestres.
Biodegradação
BiodegradaçãoBiodegradação
Vias metabólicas normalmente utilizadas para crescimento e produção de energia são usadas para degradação de poluentes.
COMETABOLISMO
Aplicações práticas
A comunidade microbiana envolvida na degradação de compostos xenobióticos pode ser dividida em dois grupos: os microrganismos primários e os secundários. Os primários são capazes de metabolizar o substrato principal fornecido ao sistema, enquanto os secundários utilizam os produtos liberados pelos microrganismos primários.
Biorremediação
Poluente
Mineralização completa
CO2+ água+sais inofensivos
Biodegradação incompleta
Ex: Tetra –CloroEtileno ou Tri CE geram compostos mais tóxicos que os originais
Detoxificação Não detoxificação
BiorremediaçãoBiorremediaçãoPapel dos microrganismos
BIOrremediação
Biorremediação intrínseca - natural
Suplementação
(com nutrientes, bactérias, oxigênio, CO2 ... outros requisitos)
1.Biomagnificação (+ microrganismos)
2.Bioestimulação (+ nutrientes)
3.Bioventilação (+ CO2, + O2)
4.Landfarming (+ O2 + microrganismos)
Exxon Valdez, Alasca 1989
BiorremediaçãoBiomagnificaçãoBiomagnificação
Inoculantes Inoculantes
1. PEAD revestimento
2. Bomba para coleta lixívia
3. Camada de pedra
4. CAMADA DE SOLO A TRATAR
5. Feno de alfalfa para reter umidade
6. Rodas do sistema de irrigação
7. Tubulação com suficientes perfurações
8. Tubo flexível coleta do lixiviado
9. Válvula controla subida para o biorreator ou para tanque de água
10. Mangueira de recirculação
11. Biorreator (bactéria)
12. Tubulação de água
16 . Sistema distribuição água
USOS
Remover ou reduzir resíduos poluentes presentes no ambiente.
Remover poluentes antes de atingir o ambiente (end of pipe processes)
Água e efluentes industriaisÁgua e efluentes industriais
Microrganismos nas estações de tratamento de esgoto e
de efluentes industriais removem a maior parte dos poluentes antes destes serem lançados no ambiente.
Aumento da atividade industrial aumentou necessidade de eliminar especificamente poluentes como: compostos de fósforo, nitrogênio, metais pesados e compostos a base de cloro.
Água e efluentesBiorreatoresBiorreatores
Biorreatores onde
poluentes + microrganismos ficam em suspensão
custos
Microrganismos produzidos são re-usados como insumos de outras industrias
(Ex: biomassa do Penicillium na produção de antibiótico)
Biomassa produzida pode servirpara ração
Ar e poluentes gasososAr e poluentes gasosos
No início foram usados filtros preenchidos com composto para a retirada de odores.
Velocidades de processamento baixas e vida curta
Bioscrubber
SoloSolo
In situ
Ex-situ
Aplicáveis as tecnologias bioestimulação, magnificação, bioventilação, dentre outras.
biorreatores
Águas subterrâneas e subsoloBiorremediação de TCEs Biorremediação de TCEs (tricloroetilenos) (tricloroetilenos) no Japãono Japão
FitorremediaçãoFitorremediação
“Fitorremediação de solos contaminados com tebuthiuron utilizando-se espécies cultivadas para adubação verde” Pires, F.R. e colaboradoresProf. da Faculdade de Agronomia da Universidade de Rio Verde – FESURV, Fazenda Fontes do Saber, Campus Universitário, Caixa Postal 104, 75901-970 Rio Verde-GO, <[email protected]>
Resíduos sólidosResíduos sólidos
Digestão anaeróbica Compostagem
Biogás +
Resíduos estáveis
Ciclagem nutrientes
Estratégia de biorremediação
Fertilizante
Baixa liberação
Alternativa incineração
CompostagemCompostagemO que é?O que é?
Compostagem é o conjunto de técnicas aplicadas para controlar a decomposição de materiais orgânicos, com a finalidade de obter, no menor tempo possível, um material estável, rico em húmus e nutrientes minerais; com atributos físicos, químicos e biológicos superiores (sob o aspecto agronômico) àqueles encontrados na(s) matéria(s) prima(s).
O processo
Fase 1 do processo: decomposição inicial
Temperatura e oxigênio
Homogeneidade Relação C/NRelação C/NA microbiotaA microbiotaInoculantes de Inoculantes de
compostocomposto
Fase I
Início Final
Fermentação para eliminação dos microrganismos patogênicos, sementes e condicionamento processo também denominado PASTEURIZAÇÃO
pasteurizador
Fase II
Microbiologia da compostagem
Eficiência dos processosEficiência dos processos
Uso alternativo de enzimas - tornou muitos processos ambientalmente corretos mais limpos (cleantech)
ENZIMAS: 1) Não são tóxicas
2) Biodegradáveis
3) Funcionam em condições moderadas de temperatura
4) Processos energeticamente mais econômicos
Inovação de produtosInovação de produtos
Biotecnologia ajudou a produzir NOVOS MATERIAIS com menos impacto no ambiente
Bioplásticos
Evita o uso de fontes não renováveis (combustíveis fósseis)
Plantas transgênicas
Resistentes a insetos
Microrganismos transgênicos - com capacidade de biorremediar inúmeros poluentes
Detecção e monitoramento Detecção e monitoramento
• Enumeração microrganismos - técnicas de biologia molecular e imunoensaios.
• Técnicas para detecção microbiana - FISH e outras
• Biosensores (biológicos + eletrônicos) - avaliação de poluentes
Biosensores
Os biosensores são biomiméticos - imitam organismos vivos. São constituídos por lipídios, que são utilizados para avaliar a toxicidade de elementos químicos. As membranas geram respostas específicas para diferentes tipos de compostos orgânicos, permitindo sua identificação.