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, <frpires@fesurv.br> 

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.