Biotecnologia Ambiental - pfigueiredo.org · 09-09-2008 1 Biotecnologia Ambiental Paulo Figueiredo...
Transcript of Biotecnologia Ambiental - pfigueiredo.org · 09-09-2008 1 Biotecnologia Ambiental Paulo Figueiredo...
09-09-2008
1
Biotecnologia Ambiental
Paulo Figueiredo
Biotecnologia Ambiental
Avaliaçãotrabalhos individuais de exposição sobre temas definidos (TPC)
BibliografiaG. M. Evans, J. C. Furlong, Environmental Biotechnology. Theory
and Application. John Wiley & Sons, England, 2003.
09-09-2008
2
Biotecnologia Ambiental
Muito virada para tratamento de resíduosremediação da contaminação causada por uso anteriorredução do impacte da actividade correntecontrolo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Principais objectivos:fabrico de produtos em condições de harmonia ambientalminimização de resíduos prejudiciais
sólidos, líquidos ou gasososlimpeza dos efeitos de anterior actividade humana
09-09-2008
3
Biotecnologia Ambiental
Actuação:melhorar ou optimizar condições
para que os sistemas biológicos existentes funcionem mais rápida e/ou eficazmente
promover alterações que conduzam ao resultado desejado
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
4
Biotecnologia Ambiental
Pontos de intervenção:processo de fabricogestão de resíduoscontrolo da poluição
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
5
Biotecnologia Ambiental
Microrganismos e enzimas trabalham a temperaturas e pressões inferiores às dos processos químicos
custos reduzidosbenefícios ambientaismaior segurança
Biotecnologia Ambiental
Relevância comercialconversão de produtos orgânicos de reduzido valor em produtos
de valor elevadoprodução de substâncias de elevada pureza
via enzimática
09-09-2008
6
Biotecnologia Ambiental
200115-20 % do mercado mundial de “ambiente” baseado em
bitecnologiaUS $ 250 000 000-300 000 000crescimento projectado de 10 vezes nos anos seguintes
Biotecnologia Ambiental
Acção integradaacções biológicas combinadas com outras
alcance superior ao de tecnologias individuais
09-09-2008
7
Biotecnologia Ambiental
Requisitosconhecimentos de:
respiraçãofermentaçãofotossínteseciclos de carbono, azoto e águafluxo de energia através da biosfera
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
8
Biotecnologia Ambiental
Utilização de bactériasbactérias com plasmídeos
DNA auto-replicantepodem conter genes das vias degradativasplasmídeos movimentam-se entre diferentes bactérias, onde
se replicamtransferência da capacidade metabólica
Biotecnologia Ambiental
09-09-2008
9
Biotecnologia Ambiental
Utilização de retrovírusvírus eucariotas com RNA no genomatêm potencial para integração em DNA herdado, pois replicam o
seu RNA por meio de DNA intermediário
Biotecnologia Ambiental
Estratégia da biotecnologia ambientalusar vias metabólicas microbianas para degradar ou metabolisar
material orgânicoanabolismocatabolismo
09-09-2008
10
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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+
09-09-2008
11
Biotecnologia Ambiental
Fermentação e respiração
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
12
Biotecnologia Ambiental
Biotecnologia Ambiental
TPC
09-09-2008
13
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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, ...
Intervenção biológica
09-09-2008
14
Biotecnologia Ambiental
extremozimasmantêm actividade em condições não toleradas pela maioria das
enzimas
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
uso industrial de extremófilos levou à descoberta da PCRpolymerase chain reaction
polimerase do DNA (polimerase Taq) proveniente de Thermus aquaticus
Intervenção biológica
09-09-2008
15
Biotecnologia Ambiental
polymerase chain reaction
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
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
Intervenção biológica
09-09-2008
16
Biotecnologia Ambiental
Exemplos de bactérias usadas em degradação de compostos orgânicos com importância industrial
degradação de tolueno por Pseudomonas putida
Intervenção biológica
TPC
Biotecnologia Ambiental
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
Intervenção biológica
TPC
09-09-2008
17
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticos– compostos não produzidos por via biológica e para
os quais não existe equivalente na natureza
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
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
Intervenção biológica
degradação gratuita
cometabolismo
09-09-2008
18
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosdepende da presença de outros contaminantes
metais pesados que afectam crescimento microbiano, ...
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosalguns resistem à degradação no ambiente
estrogénios sintéticos (pílulas), ...
Intervenção biológica Disruptores endócrinos
09-09-2008
19
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosestrogénios naturais desactivados no ser humano por
glucoronidaçãoexcretado nos esgotosbactérias possuem b-glucuronidase
reactivam hormona
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosbactérias das ETAR não são capazes de degradação
eficaz das hormonaselevados níveis nos cursos de água
alterações hormonais em peixes
Intervenção biológica
09-09-2008
20
Biotecnologia Ambiental
TPC
Biotecnologia Ambiental
TPC
processos de eliminação de estrogénios da água
09-09-2008
21
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosoutros compostos possuem actividade semelhante aos
estrogénioshidrocarbonetos poliaromáticos (PAH)diclorodifeniltricloroetano (DDT)alguns detergentesfitoestrogénios
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosdiversos géneros de bactérias capazes de degradar PAHs
Intervenção biológica
09-09-2008
22
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticoshidrocarbonetos policíclicos (PCB) difíceis de degradar na
natureza devido a halogenaçãoPseudomonas putida capaz de degradar
Intervenção biológica
Biotecnologia Ambiental
Degradação de xenobióticosftalatos usados no fabrico de diversos polímeros
degradados por associações de microrganismos metanogénicos
maior parte Archaea
Intervenção biológica
09-09-2008
23
Biotecnologia Ambiental
factores a ter em conta:toxicidadepersistênciamobilidadefacilidade de controlobioacumulaçãoquímica
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Estratégias de controlo“clássicas” e biotecnológicas
diluição e dispersãoaráguasolo
concentração e contenção
Controlo da poluição
09-09-2008
24
Biotecnologia Ambiental
Aplicações práticas de controlo da poluição do arremoção de H2S
discutida desde 19201ª patente em 1934actualmente usam-se biofiltros
Controlo da poluição
TPC
Biotecnologia Ambiental
Aplicações práticas de controlo da poluição do arfiltros
biofiltrospercoladores biológicosbiodepuradores (bioscrubbers)
todos capazes de tratar 103 – 105 m3/h de gases
Controlo da poluição
09-09-2008
25
Biotecnologia Ambiental
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Aplicações práticas de controlo da poluição do arbiofiltros
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
Controlo da poluição
09-09-2008
26
Biotecnologia Ambiental
Aplicações práticas de controlo da poluição do arbiofiltros
requerem humidificaçãobem mantidos, reduzem emissão
de odores ≥ 95%
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
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
Controlo da poluição
09-09-2008
27
Biotecnologia Ambiental
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Aplicações práticas de controlo da poluição do arpercoladores biológicos
capacidade de tratar maiores concentrações de contaminantes que biofiltros
requer menos espaçomais caro
Controlo da poluição
09-09-2008
28
Biotecnologia Ambiental
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Controlo da poluição
09-09-2008
29
Biotecnologia Ambiental
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemintervenção biotecnológica
alterações no processamentocontrolo biológicobio-substituições
Controlo da poluição
09-09-2008
30
Biotecnologia Ambiental
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
exemplos:miristato isopropílico para cosméticos
esterificação enzimática
Controlo da poluição
TPC
09-09-2008
31
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
exemplos:indústria têxtil
biolavagemremoção de sujidades por enzimas
bio-branqueamentouso de enzimas para “aclarar” roupa
biopolimentoenzimas tornam algodão mais suave e
resistente
Controlo da poluição
09-09-2008
32
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
exemplos:indústria têxtil
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
exemplos:indústria das peles
retirar pelos das pelesdesengordurar pelesuso de biosensores
Controlo da poluição
TPC
09-09-2008
33
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
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
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemalterações no processamento
exemplos:combustíveis
remoção de S orgânico por diversos microrganismos aeróbios
Pseudomonas, Rhizobium, Paecilomyces, Sulfolobus
também possível via anaeróbicaDesulfovibrio
Controlo da poluição
TPC
09-09-2008
34
Biotecnologia Ambiental
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
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemcontrolo biológico
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
Controlo da poluição
09-09-2008
35
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemcontrolo biológico
exemplos:aplicação de compostos químicos produzidos pela
naturezaAzadirachta indica (Neem ou Amargosa) produz
azadiractinainsecticida de largo espectro
Controlo da poluição
TPC
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemcontrolo biológico
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
Controlo da poluição
09-09-2008
36
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origemcontrolo biológico
exemplos:utilização de agentes semioquímicos
aplicação de tecnologia transgénica para aumentar eficácia
Controlo da poluição
TPC
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origembio-substituições
substituição de materiais ou substâncias poluentes por alternativas biotecnológicas menos prejudiciais
biocombustíveisprodução biológica de polímeroslubrificantes biodegradáveis
Controlo da poluição
09-09-2008
37
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origembio-substituições
problemascusto
biolubrificantes mais caros que convencionaispreconceito em substituir tradicionais por
biolubrificantes
Controlo da poluição
Biotecnologia Ambiental
Redução de poluição na origembio-substituições
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
Controlo da poluição
TPC
09-09-2008
38
Biotecnologia Ambiental
TPC
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
39
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
Bioremediação
Classificações
09-09-2008
40
Biotecnologia Ambiental
tecnologias intensivasmais sofisticadasmais rápidasmais interventivasrespostas rápidas e curtasexcelentes para situações de forte
contaminaçãogrande necessidade de recursoselevados custosexemplos:
lavagem de solostratamentos térmicos
Bioremediação
Classificações
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
41
Biotecnologia Ambiental
Bioremediação
Classificações
Biotecnologia Ambiental
integração de processoscombinação de diversas tecnologias e sequências de abordagens
ex situ, in situ, intensivas ou extensivas
Bioremediação
09-09-2008
42
Biotecnologia Ambiental
mecanismosmineralização
microrganismo usa contaminante como alimento e metaboliza-o
contaminante removido e destruídodecomposição pode ser parcial
acumulação de produtos intermédiostratados com outros microrganismos
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
mecanismoscometabolismo
microrganismos metabolizam contaminante em conjunto com os seus alimentos
produz compostos menos perigosospodem ser mineralizados por outros microrganismos
Bioremediação
09-09-2008
43
Biotecnologia Ambiental
mecanismosimobilização
adsorção ou bioacumulação de contaminnates (sobretudo metais)
por microrganismos ou plantas
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
Bioremediação
09-09-2008
44
Biotecnologia Ambiental
factores que afectam bioremediaçãorelacionados com as características do contaminante
natureza químicaestado físico
relacionados com as condições ambientaistemperaturapHtipo de solo
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
factores que afectam bioremediaçãooutros factores:
disponibilidade de nutrientesoxigenaçãopresença de contaminantes inbidorescaracterísticas do local
contidoescorrimento de águas subterrâneas
contaminantes presentesquaisondeconcentraçõesbiodegradabilidade
Bioremediação
09-09-2008
45
Biotecnologia Ambiental
factores que afectam bioremediaçãooutros factores:
objectivos da remediaçãotempo disponívelquantidade de solo que requer tratamentotratamentos alternativoscustos
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
factores que afectam bioremediação
Bioremediação
09-09-2008
46
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
técnicas in situbiolavagem
ar introduzido por tubosforma bolhas na água subterrâneaO2 dissolve-se na água
aumenta oxigenação do soloestimula actividade microbiana e metabolização
de poluentes
Bioremediação
09-09-2008
47
Biotecnologia Ambiental
técnicas in situbiolavagem
equipamento pouco específico e disponívelexistem versões mais sofisticadas
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
48
Biotecnologia Ambiental
técnicas in situbioventilação
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
Biotecnologia Ambiental
técnicas in situbioventilação
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
09-09-2008
49
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
técnicas in situinjecção recuperação
ar e nutrientes forçados pelo poço de injecçãoatravessam a zona contaminada
estimulam crescimento e actividade microbianaremediação
Bioremediação
09-09-2008
50
Biotecnologia Ambiental
técnicas in situinjecção recuperação
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
51
Biotecnologia Ambiental
técnicas ex situland farming
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
Biotecnologia Ambiental
técnicas ex situland farming
eficácia depende:características do soloclima
Bioremediação
09-09-2008
52
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
técnicas ex situsoil banking
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
09-09-2008
53
Biotecnologia Ambiental
técnicas ex situsoil banking
após conclusão do tratamentosolo retorna a local original ou colocado noutro sítio
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
54
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
tratamento de misturas complexas de contaminantescombinação de vários processos
aumento da eficácia da resposta
Bioremediação
09-09-2008
55
Biotecnologia Ambiental
Bioremediação
Biotecnologia Ambiental
TPC
09-09-2008
56
Biotecnologia Ambiental
TPC
Biotecnologia Ambiental
Tratamento aeróbio de efluentes
COD - carência química de oxigénioBOD – carência bioquímica de oxigénio
09-09-2008
57
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosbiotecnologia no tratamento secundário
bioprocessamentoremoção dos sólidos resultantes
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosoxidação dos efluentes conseguida por:
filtro biológicoreactores de lamas activadaslagoas de sedimentação (em climas quentes)
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
58
Biotecnologia Ambiental
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 aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
59
Biotecnologia Ambiental
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 aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
60
Biotecnologia Ambiental
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 aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
61
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosefluentes agro-alimentares
teores elevados de cloro e sódioagentes de limpeza
podem danificar estrutura do solo e alterar equilíbrio osmótico
pode tornar-se tóxico para plantas
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosefluentes agro-alimentares
teores elevados de material orgânico não estabilizadomaus odores
muitos industriais optam por digestão anaeróbiadiminuição rápida de teor orgânicomenor quantidade de lamas produzidas
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
62
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
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
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
63
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosarejamento
estimula biomassamantém sólidos em suspensãoauxilia mistura dos componentes do efluentesistemas de difusão de ararejamento mecânico
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
64
Biotecnologia Ambiental
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 aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
65
Biotecnologia Ambiental
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 aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
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
09-09-2008
66
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotospoço profundo
variante do sistema de lamas activadas
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotospoço profundo
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
67
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotospoço profundo
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 aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
68
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotossistemas com oxigénio puro
elevados custos de instalação, funcionamento e manutençãorisco de explosãocorrosão acelerada do equipamento
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
69
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosbioreactores de membrana
relevância para xenobióticosdegradados por bactérias com longos períodos de
adaptaçãoníveis elevados de biomassa requerem muito O2 disponível
Tratamento aeróbio de efluentes
09-09-2008
70
Biotecnologia Ambiental
tratamento de esgotosbioreactores de membrana
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
Tratamento aeróbio de efluentes
Biotecnologia Ambiental
TPC
09-09-2008
71
Biotecnologia Ambiental
utilização de plantas em aplicações de biotecnologia ambientalfitorremediação
bioacumulaçãofitoextracçãofitoestabilizaçãorizofiltração
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
72
Biotecnologia Ambiental
vantagensestéticamelhor aceitação pelo públicomais barato que outros sistemas
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
73
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação de metaisalgumas plantas possuem capacidade natural para remover ou
estbilizar metaisbioacumulaçãofitoextrcçãorizofiltraçãofitoestabilização
Fitotecnologia
09-09-2008
74
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação de metaisfitoextracção
metais mais facilmente extraídoscobre, níquel, zinco
Fitotecnologia
09-09-2008
75
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação de metaisfitoextracção
Pteris vittata (um feto) acumula As5 g/kg
Fitotecnologia
TPC
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
76
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação de metaishiperacumulação
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
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação de metaishiperacumulação
plantas colhidas contêm grandes quantidades de metaltratamento alternativo
reciclagem dos metais
Fitotecnologia TPC
09-09-2008
77
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação de metaisrizofiltração
girassóis usados em Chernobyl para remover contaminação por urânio radioactivo na água
Fitotecnologia
TPC
09-09-2008
78
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
79
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação orgânicafitodegradaçãorizodegradaçãofitovolatilização
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
80
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação orgânicafitodegradação
metabolitos acumulados terão que ser ou não tóxicos ou muito menos tóxicos que os contaminantes originais
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
81
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação orgânicarizodegradação
processo mais lento que a fitodegradação
Fitotecnologia
TPC
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
82
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação orgânicafitovolatilização
exemplochoupos volatilizam ~90% do tricloroetileno que
absorvem
Fitotecnologia
TPC
Biotecnologia Ambiental
Fitorremediação orgânicafitovolatilização
perigo da volatilização?taxa de libertação deve ser tal que diluição no ar torne
compostos não tóxicos
Fitotecnologia
09-09-2008
83
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
84
Biotecnologia Ambiental
Contenção hidráulicafaixas ripárias
impedem entrada de contaminantes em cursos de águatambém colocadas em redor de locais afectados
contenção da migração de compostos químicos
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
Contenção hidráulicafaixas ripárias
variedades de choupos e salgueiros eficazes na redução de lixiviados de nitratos e fosfatos
impedem adubos agrícolas de contaminar cursos de água
Fitotecnologia
09-09-2008
85
Biotecnologia Ambiental
Contenção hidráulicafaixas ripárias
permitem integração de outros processos de fitorremediação
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
86
Biotecnologia Ambiental
Contenção hidráulicabio-bund
plantação densa de árvores (normalmente salgueiros) numa margem trabalhada
funciona como tampão controlo da migração de poluentes químicos
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
87
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticosdiversas espécies aquáticas podem ser usadas em tratamentos
algasmacrófitas
mecanismos semelhantes aos das plantas terrestres
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
88
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
mecanismos de remoção de poluentes semelhantes aos de sistemas terrestres
independentemente das características do local ou das macrófitas
métodos bióticos e abióticos
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
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
09-09-2008
89
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
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
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
papel principal das macrófitas é indirectocriar condições para remediação microbiana
ocorrem também processos físico-químicos
Fitotecnologia
09-09-2008
90
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
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
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
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
09-09-2008
91
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
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
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com macrófitas
vários exemplos com utilização de Phragmites e Typha
Fitotecnologia TPC
09-09-2008
92
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
principal utilização na remoção de N e P de efluentestambém usados para alguns compostos orgânicos
Fitotecnologia
09-09-2008
93
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
tratamento de efluentesbaseado no princípio da eutrofização funcional
equilíbrio dinâmico entre algas autotróficas e bactérias heterotróficas
processo de biodegradação/assimilação em 2 fases
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
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
09-09-2008
94
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
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
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
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
09-09-2008
95
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
tratamento de efluenteslagoas de algas de alta taxa (high rate algal pond)
sistemas não sensíveis a flutuações de alimentaçãoquantidade ou qualidade do efluentealimentação contínua ou não
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
tratamento de efluenteslagoas de algas de alta taxa (high rate algal pond)
factores que afectam eficácia:composição do efluenteeficiência da agitaçãotempo de retençãodisponibilidade e intensidade da luzprofundidade da lagoatemperatura
Fitotecnologia
09-09-2008
96
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
tratamento de efluenteslagoas de algas de alta taxa (high rate algal pond)
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
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
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
09-09-2008
97
Biotecnologia Ambiental
Fitotecnologia
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
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
09-09-2008
98
Biotecnologia Ambiental
Fitossistemas aquáticossistemas de tratamento com algas
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
Biotecnologia Ambiental
Fitotecnologia TPC
09-09-2008
99
Biotecnologia Ambiental
Fitotecnologia
TPC
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
100
Biotecnologia Ambiental
bioresíduosde origem vegetal:
celulosehemiceluloselenhina
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento de resíduos
2000
09-09-2008
101
Biotecnologia Ambiental
bioresíduosaterros sanitários
resíduos biológicos sofrem biodegradação naturalautólise seguida de putrefacção
depende de:natureza e idade do materialtemperaturahumidade…
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduosaterros sanitários
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
102
Biotecnologia Ambiental
bioresíduosaterros sanitários
bioresíduos podem agravar produção de lixiviados poluentes
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
103
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
104
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
maior sucesso com resíduos de origem vegetalmaior eficácia quando existem esquemas de separação e
recolha de bioresíduos adequados
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem e digestão anaeróbia são principais processosvermicompostagemconversão em etanolfermentação eutrófica
Tratamento de resíduos
09-09-2008
105
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
106
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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, ...
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
107
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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)
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagemna fase de maturação, actinomicetas tornam-se
dominantes nas camadas superficiaisdecomposição de celulose e lenhina
Tratamento de resíduos
09-09-2008
108
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
109
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
110
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalapilhas reviradas
arejamento natural por difusão e convecçãoaumentado por agitação periódica
melhor mistura do material e aceleração da decomposição
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalapilhas reviradas
grandes necessidades de terrenopotencial mau cheiropotencial libertação de esporos de fungos e
biopartículas durante agitação
Tratamento de resíduos
09-09-2008
111
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalapilhas reviradas
maioria das instalações em larga escalapode ser instalado junto a aterros
redução das desvantagens
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
112
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
113
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalatúnel
tempo de processamento reduzido, devido a maior facilidade de controlo das condições no interior do túnel
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
114
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalasistema fechado
diversos modelostanques pequenos de aço ou plásticograndes gaiolas de metaldepósitos compridos de betão, com paredes
laterais altas
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalasistema fechado
condições internas bem controladasutilização eficaz do espaçomais caro, devido a necessidade de arejamentopouco adequado para grande escala
Tratamento de resíduos
09-09-2008
115
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escaladepende de:
arejamentotemperaturateor de humidadetamanho da partículanatureza do resíduoaceleradorestempo de processamento
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
116
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
117
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
compostagem em larga escalaaceleradores
apenas usados com resíduos de valor elevadosubstâncias em co-compostagem podem actuar como
aceleradores
Tratamento de resíduos
09-09-2008
118
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
119
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiahidrólise
hidratos de carbono, celulose, proteínas e gorduras degradados e liquefeitos
enzimas extracelulares produzidas pelas bactérias hidrolíticas
Tratamento de resíduos
09-09-2008
120
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiahidrólise
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiahidrólise
velocidade depende de:natureza e disponibilidade do substratopopulação microbianatemperaturapH
Tratamento de resíduos
09-09-2008
121
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
CH3COOH ↓ CH4 + CO2
CH3OH + H2 ↓ CH4 + H2OCO2 + 4H2 ↓ CH4 + 2H2O
09-09-2008
122
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiametanogénese
bactérias metanogénicas convertem ácidos gordos voláteis em CH4
limitam descida do pHmetanogénicas só subsistem a pH 6.6 - 7.0
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbia4 grupos de bactérias:
hidrolíticas fermentativasClostridium e Peptococcus
acetogénicasSyntrophobacter e Syntrophomonas
metanogénicas acetoclásticasMethanosarcina e Methanothrix
metanogénicas hidrogenotróficasMethanobacterium e Methanobrevibacterium
Tratamento de resíduos
09-09-2008
123
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiaoperações apenas em larga escala
requer mais recursosrequer mão de obra mais qualificada
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiadiversos sistemas
Tratamento de resíduos
09-09-2008
124
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiareactor compartimentado
fluxo horizontal de bioresíduo através do corpo do reactor
adequado para diversos materiais
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
125
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiareactor de leito fluidizado
meio de crescimento microbiano internofluidizado pelo resíduo líquido circulante
adequado para resíduos líquidos ou muito diluídos
Tratamento de resíduos
09-09-2008
126
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
digestão anaeróbiainfluenciada por factores físicos e químicos
temperaturatempo de retençãoagitaçãohumidadealimentaçãotaxa de cargapHconcentração de ácidos gordos voláteis
Tratamento de resíduos
09-09-2008
127
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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, …
Tratamento de resíduos
09-09-2008
128
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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…
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
129
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
130
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
vermicompostagemdiversas espécis de vermes
2 grandes gruposminhocasminhocas vermelhas
Tratamento de resíduos
09-09-2008
131
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
09-09-2008
132
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
vermicompostagemredução no volume dos resíduos
por vezes > 70%produz material final bem estabilizado
rico em K, N, P e outros mineraiselevado valor como fertilizante
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
vermicompostagembiomassa pode ser recolhida
como cultura de início para vermicompostagemvenda como isco
Tratamento de resíduos
09-09-2008
133
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
conversão em etanolconversão da celulose, contida em muitos bioresíduos,
em EtOH
Tratamento de resíduos
09-09-2008
134
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
conversão em etanolex: California
produz > 51x106 t resíduos (massa seca)capacidade de produzir > 13x109 L EtOH
Tratamento de resíduos
TPC
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
fermentação eutróficabiodegradação aeróbia aceleradafermentação - toda a degradação microbianaeutrófica - ambiente rico em nutrientes, onde ocorre
Tratamento de resíduos
09-09-2008
135
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
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
Tratamento de resíduos
Biotecnologia Ambiental
bioresíduostratamento biológico de resíduos
fermentação eutróficaaplicação essencialmente laboratorial
possível transição para aplicação comercial?
Tratamento de resíduos
TPC
09-09-2008
136
Biotecnologia Ambiental
Tratamento de resíduos
TPC
Biotecnologia Ambiental
Tratamento de resíduos
TPC
09-09-2008
137
Biotecnologia Ambiental
isolamento de DNA
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
recombinação de DNA
Manipulação genética
09-09-2008
138
Biotecnologia Ambiental
inserção de DNA
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
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
Manipulação genética
09-09-2008
139
Biotecnologia Ambiental
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)
Manipulação genética
TPC
Biotecnologia Ambiental
leveduras recombinantesvírus recombinantes
Manipulação genética
09-09-2008
140
Biotecnologia Ambiental
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
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasproblemas:
paredes celulares rígidastécnicas especializadas de transformação
ausência de plasmídeosmanipulação feita em bactérias e produto final transferido
para a planta
Manipulação genética
09-09-2008
141
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasmaioria produzida por transferência do plasmídeo Ti de
Agrobacterium tumefaciens
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicastécnica de bombardeamento com partículas (gene gun)
Manipulação genética
09-09-2008
142
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicastécnica de fusão de protoplasto
parede celular removidapermeável a pequenos fragmentos de DNA
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasinserção de DNA no genoma é aleatória
Manipulação genética
09-09-2008
143
Biotecnologia Ambiental
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
Manipulação genética
TPC
TPC
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasexemplos:
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
09-09-2008
144
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasexemplos:
genes para d-endotoxina em Bacillus thuringiensistransferidos para plantas
maior resistência a pestes
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasexemplos:
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
Manipulação genética
TPC
09-09-2008
145
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasexemplos:
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
Manipulação genética
Biotecnologia Ambiental
plantas transgénicasexemplos:
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
Manipulação genética
09-09-2008
146
Biotecnologia Ambiental
Manipulação genética
TPC
Biotecnologia Ambiental
tecnologias limpassistema integrado
processos de produção colaboram na redução de resíduos e na minimização da poluição
Integração
09-09-2008
147
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
bioenergiasubstituição de combustíveis fósseis
bioenergia apenas liberta C absorvido durante crescimentosó usa C “moderno”não origina contribuição atmosférica de CO2 “antigo”
Integração
09-09-2008
148
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisbiogás
gás rico em CH4, resultante da degradação de moléculas orgânicas complexas por bactérias anaeróbias
combustívelvalor energético - 21-28 MJ/m3
Integração
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisbiogás
principal via de produção de CH4 é a do acetato/ácido acético~75% do gás produzidorestante obtido via MeOH ou CO2 e H2
Integração
09-09-2008
149
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisbiogás
optimização de condições é difícilnem elevada redução de resíduos nem elevada produção
de gásna prática, só produzidos ~25% do biogás potencial
Integração
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisbiogás
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
09-09-2008
150
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
Integração
09-09-2008
151
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
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
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
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
09-09-2008
152
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
tentativas de produção de EtOH a partir de diversos resíduosmicrorganismos naturaisenzimas isoladasorganismos geneticamente modificados
Integração
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
Integração
09-09-2008
153
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
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
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisEtOH
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
09-09-2008
154
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveistalhadia de curta rotação
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
09-09-2008
155
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveistalhadia de curta rotação
colheita em rotaçãodiferentes secções alcançam estado de colheita em cada
anoárvores são podadas e não derrubadas
obtenção de material em contínuo
Integração
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveistalhadia de curta rotação
utilização por combustãotroncos pequenos ou pedaçosgeralmente para aquecimentopotencial para produção de electricidade
Integração
09-09-2008
156
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
157
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisbiodiesel
Integração
Biotecnologia Ambiental
biocombustíveisbiodiesel
relatório da UE conclui que:produção actual é poluentebiodiesel ineficaz em termos de custo e energético
Integração
09-09-2008
158
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
supressão de doenças em plantasextractos são método natural muito eficaz
reduz necessidade de intervenção química
Integração
09-09-2008
159
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
160
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
supressão de doenças em plantasextractos aspergidos sobre as folhas
~1000 L/ha
Integração
09-09-2008
161
Biotecnologia Ambiental
produção de bensbactérias produtoras de polímeros naturais
obtenção de plásticosmais caro que por processo tradicionalplásticos mais frágeis
Integração
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
162
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
163
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
pesticidas microbianosgenes responsáveis pelas toxinas isolados
possível alteração e introdução em vectores mais eficazesbactérias ou plantasdiminuição das limitações
Integração
09-09-2008
164
Biotecnologia Ambiental
pesticidas microbianosnemátodos demonstram grande potencial
aplicados como spraycomplementam B. thuringiensis
Integração
Steinernema sp.
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
165
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
pesticidas microbianosBaculovírus:
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
09-09-2008
166
Biotecnologia Ambiental
pesticidas microbianosBaculovírus:
cadáver do insecto comido por pássarosdisseminado sem ser atacado pelas enzimas
digestivas do pássaro
Integração
Biotecnologia Ambiental
pesticidas microbianosBaculovírus:
vírus pode ser produzido em laboratóriosó infecta in vivo
sequência genética da proteína pode ser substituída por gene externo
maior capacidade de expressão
Integração
09-09-2008
167
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
168
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta
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
09-09-2008
169
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta
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
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta
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
09-09-2008
170
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta
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
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta
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
09-09-2008
171
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismomicrorganismos externos à planta
degradação de lenhinabolores filamentosos auxiliam degradaçãonos trópicos, acelerada por bactérias residentes no
aparelho digestivo de térmitasrequer presença de O2
Integração
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
172
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismopoucos organismos capazes de fixar azoto
todos procariotasex: Rhizobium nos tecidos radiculares das plantas
Integração
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismofixação de azoto
todos organismos vivos requerem azotonitrato, amónia, amónio ou aminoácidosdependência de organismos fixadores
Integração
09-09-2008
173
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismofixação de azoto
azoto fixado por redução a amóniaorganismos livres ou em simbiose com plantas
necessária anaerobioseenzimas irreversivelmente inactivadas por O2
Integração
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismofixação de azoto
organismos livresClostridium e Klebsiella - anaeróbiosCyanobacteria e Azobacter - têm que criar ambiente
anaeróbiooutras bactérias fixadoras de azoto:
Corynebacterium (bactérias filamentosas)Rhodospirillum (bactérias fotossintéticas)
Integração
09-09-2008
174
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismofixação de azoto
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
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismofixação de azoto
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
09-09-2008
175
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
176
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismopatogénicos das plantas
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
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismopatogénicos das plantas
Agrobacterium tumefacienssistema muito eficaz para transferência de genes
bacterianos para células de plantas
Integração
09-09-2008
177
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismopatogénicos das plantas
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
Biotecnologia Ambiental
interacções planta/microrganismopatogénicos das plantas
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
09-09-2008
178
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
Integração
TPC
09-09-2008
179
Biotecnologia Ambiental
Integração
TPC
Biotecnologia Ambiental
biosensoreslevedura geneticamente modificada para detectar disruptores
endócrinosestrogénio, 17b-estradiol, …uso potencial em detecção de poluentes
Tendências futuras
09-09-2008
180
Biotecnologia Ambiental
poluição industrialredução da poluição e da produção de resíduos
2 estratégias:métodos a priori
evitar o problemamétodos a posteriori
limpeza mais eficaz
Tendências futuras
Biotecnologia Ambiental
poluição industrialredução da poluição e da produção de resíduos
métodos a priorimétodos de produção limpa
Tendências futuras
09-09-2008
181
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
182
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
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
09-09-2008
183
Biotecnologia Ambiental
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
Biotecnologia Ambiental
poluição industrialutilização de extremófilos vai requerer novos tipos de reactores e
técnicas de fermentação
Tendências futuras