Capítulo VI. Biotecnologia Ambiental

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1 Capítulo VI Biotecnologia Ambiental 1

2 Biotecnologia do ambiente marinho Importância dos os oceanos Cobrem 71% da superfície terrestre Contêm 97% da água existente em todo o mundo 80% da vida existente é detectada nos oceanos Conhecem-se cerca de espécies marinhas Possuem um enorme potencial como fonte de enzimas, novos produtos farmaceuticos, polímeros, e outras moléculas de interesse. No entanto Ainda só menos de 5% de produtos anti-microbianos são de origem marinha 2

3 Produtos farmacêuticos Mais de compostos isolados Mais de 300 processos de patentes emitidos A maior parte provem de invertebrados (corais, esponjas, moluscos, etc.) A maioria possui estrutura complexa 3 CAP marine cationic anti-microbial peptide

4 Problema: Quantidade necessária para ensaios clínicos e comercialização Alternativas: Produção in vitro, síntese química, clonagem noutros hospedeiros. 4

5 Produtos de biologia molecular Termoenzimas (Taq DNA polymerase) Proteínas luminescentes (GFP) Aequorea victoria 5

6 Polímeros Polissacáridos (agar, alginatos, carragéneos) Emulsificantes (biosurfactantes) Polihidroxialcanoatos (PHAs) Substâncias adesivas (bioadesivos) Melaninas 6

7 Proteínas e enzimas para transgénicos Proteínas anticongelantes Hipertermófilios 7

8 Microalgas Bioremediação Biocombustíveis Polissacáridos Vitaminas Aminoácidos Ácidos gordos insaturados Pigmentos (clorofilas, carotenóides, etc.) 8

9 Poluição marinha 9

10 Poluição de aquíferos Deposição inadequada de embalagens de agroquímicos Contaminação por descargas em depósitos e fábricas 10

11 Compostos orgânicos e inorgânicos Destino final impróprio Uso incorrecto Lançamento acidental Remediação POLUIÇÃO Biorremediação Solos Águas (superficiais e subterrâneas) Ambientes marinhos 11

12 Contaminação do lençol freático Contaminação por deriva e escorrimento Contaminação por armazenamento incorreto 12

13 Poluição dos agroquímicos 13

14 Biorremediação Vantagens: Custos competitivos Aplicável a vasta gama de poluentes Limitação de alterações locais e emissão de compostos voláteis Tecnologia limpa Desvantagens: Níveis de degradação por vezes insuficientes Alguns contaminantes podem não ser biodegradáveis Processos in situ podem ser lentos Processos ex situ podem envolver ocupação de grandes áreas e emissão de compostos voláteis 14

15 Principais poluentes Compostos orgânicos Solventes halogenados (tetracloroetileno, tricloroetileno, 1,1,1-tricloroetano, etc.) Hidrocarbonetos aromáticos monocíclicos (BTEX: benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos) Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos PAHs (naftaleno, benzo[a]pireno) Bifenis policlorados (PCBs), fenóis e clorofenóis, nitroaromáticos, cetonas, etc. Compostos inorgânicos Metais 15

16 Ecologia microbiana Componente biológica da litosfera: micro (sobretudo as bactérias) meso macro nemátodes no Antártico Em solos arejados: fungos e bactérias Em solos pouco arejados: bactérias (sobretudo do género Pseudomonas) Biorremediação vs Fitorremediação 16

17 Vias metabólicas de degradação Compostos inorgânicos ciclo do azoto ciclo do enxofre Bactérias nitrificantes autotróficas Fonte de C Bactérias desnitrificantes heterotróficas CO 2 Nitrosomonas Nitrosospira Nitrobacter Nitrospira NH 3 NO 2 NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2 nitrificação desnitrificação Bactérias nitrificantes heterotróficas Bactérias desnitrificantes autotróficas (Paracocus, Thiobacilus, Thiosphera) 17

18 Vias metabólicas de degradação Compostos orgânicos n-alcanos PAHs CHO COOH H 2 O + CO 2 O 2 OH O 2 OH OH O 2 COOH COOH H 2 O + CO 2 Via metabólica de degradação do benzeno 18

19 Factores que influenciam a biorremediação Temperatura ph Oxigénio Aceitadores de electrões alternativos ao oxigénio Teor em água no solo Nutrientes (C:N:P 100:10:1) Concentração de substrato Compostos tóxicos 19

20 Processos de biorremediação Tecnologias in situ: Solo contaminado Ensaios preliminares no laboratório e/ou campo Biorremediação intrínseca de aquíferos Biorremediação forçada de aquíferos Bioarejamento de solos (bioventing) Tecnologias ex situ: Definir carências do sistema a implementar Agrorremediação de solos (landfarming) Compostagem de solos Estimar o prazo necessário para o tratamento 20

21 Controlo da poluição aquática Bactérias Salmonella typhi Salmonella paratyphi Salmonella spp. Síguela spp. Vibrio cholerae Escherichia coli Campylobacter spp. Febre tifóide Febre paratifóide Gastrenterites Disenteria bacteriana Cólera Gastrenterites Infecções intestinais Vírus Enterovírus Rotavírus Meningites, hepatites, poliomielite, etc. Diarreia e enterites Protozoários Entamoeba histolytica Giardia lamblia Naegleria fowleri Cryptosporidium spp. Disenteria amebiana Diarreia Meningoencefalite Diarreia Helmintas Taenia saginata Schistosoma spp. Teniose Bilharziose Qualidade da água dos rios: Classe 1 Boa qualidade Classe 2 Qualidade aceitável Classe 3 Qualidade medíocre Classe 4 Qualidade muito baixa 21

22 Categoria de poluentes encontrados em águas (adaptado de Mason (1996)) Ácidos e alcalis Aniões (e.g. sulfuretos, sulfatos, cianetos) Detergentes Esgoto doméstico ou de instalações agropecuárias Efluentes de indústrias agro-alimentares Gases (e.g. cloro e amoníaco) Calor Metais (e.g., cádmio, zinco, chumbo, crómio) Nutrientes (especialmente fosfatos e nitratos) Óleos e gorduras Resíduos orgânicos tóxicos (e.g. formaldeídos e fenóis) Patogéneos Pesticidas PCB s (policlorobifenilos) Radionuclídeos 22

23 Tratamento preliminar Decantação primária Tanque percolador ou leito bacteriano Tanque de lamas activadas Decantação secundária E.T.A.R. de Bodiosa Viseu (ao cimo lagoa de macrófitas com plantas previamente enraizadas em viveiro) Digestão aeróbia das lamas Esquema geral de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) de lamas activadas 23

24 Preparação de 180 litros de Aditivos Biológico que serão responsáveis pela degradação de litros de calda contaminada 24

25 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados 25

26 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Quadro de poluentes degradáveis por microrganismos aeróbios 26

27 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Principais sistemas de tratamentos biológicos de efluentes gasosos 27

28 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Principais sistemas de tratamentos biológicos de efluentes gasosos biossorvedor biopercolador biofiltro 1-entrada de gás 2-saída do gás tratado 3-aspersor 4-tanque de recirculação 5-chuveiro 6-leito filtrante 7-humidificador 8-entrada de água de humidificação 9-evacuação de lixiviados 28

29 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Vantagens e desvantagens dos sistemas de tratamentos biológicos de efluentes gasosos 29

30 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Biofiltros Escolha do material filtrante: Assegurar a fixação e o crescimento dos MOs adequados Características de sorção para reter os MOs Área específica elevada Boa capacidade de ventilação O leito filtrante deve ser: Suficientemente poroso Fornecer nutrientes adequados 30

31 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Biofiltros Parâmetros a controlar durante a operação dos biofiltros: Humidade Temperatura Oxigénio disponível ph Parâmetros operatórios dos tratamentos biológicos de efluentes gasosos: Tempo de residência do leito e real (TRL e TRR) Carga superficial, volumétrica e mássica Eficiência de remoção e capacidade de eliminação 31

32 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Biofiltros Arranque dos sistemas de tratamento: Etapa de aclimatação da biomassa Monitorização das concentrações, T, ph, caudais Critérios de concepção nos tratamentos biológicos de efluentes gasosos: Viabilidade e escolha do tratamento Ensaios de bancada Escala piloto Desenho do sistema à escala industrial 32

33 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Os microrganismos no ar Bioaerossol Partículas aéreas, grandes moléculas ou compostos voláteis que contêm seres vivos ou foram libertados por estes Prevenção da formação de bioaerossóis Qualidade do ar interior Métodos de amostragem de bioaerossóis: sedimentação impacto filtração sucção 33

34 Biotecnologia dos ambientes aéreos e confinados Exemplo da distribuição relativa de fungos presentes numa amostra de ar 34