Güell Bujons, Queralt

Universitat Autònoma de Barcelona. Facultat de Biociències

Diposit Digital de Documents de la UAB

  APLICACIÓ DELS BIOFILMS  EN LA BIOREMEDIACIÓ D’AIGÜES RESIDUALS CONTAMINADES AMB MERCURI Queralt Güell Bujons. Grau Microbiologia. 2013-2014  Coure (Cu) Níquel (Ni) Plom (Pb) Arsènic (As) Cadmi (Cd) Estany (Sn) Cobalt (Co) Crom (Cr) Mercuri (Hg) METALLS PESANTS EL PAPER DELS MICROORGANISMES 1.Barkay, T., Wagner-Döbler, I. Adv. Appl. Microbiol. 57, 1–52 (2005). 2.Gaona Martínez, X. El mercurio como contaminante global. Universitat Autònoma de Barcelona (2004). 3.Health and Safety at Work. Minamata: the strange disease [Internet].  Available at: http://www.healthandsafetyatwork.com/hsw/minimata 4.Madigan, M.T., Martinko, J.M., Parker, J. et al. Biología de los microorganismos: Brock. (2003). 5.MTI Minas Castilla la Mancha. Mina de Almadén [Internet]. Disponible a: http://mti-minas-castillalamancha.blogspot.com.es/2008/02/minas-de-almadn.html 6.United Nations Environment Programme,  Global Mercury Assessment. (2002).  7.Von Canstein, H., Kelly, S., Li,Y. et al. Appl. Environ. Microbiol. 68, 2829–2837 (2002). 8.Von Canstein, H., Li, Y., Leonhäuser, J. et al. Appl. Environ. Microbiol. 68, 1938–1946 (2002). 9.Von Canstein, H., Li, Y., Timmis,  K.N. et al. Appl. Environ. Microbiol. 65, 5279–84 (1999). 10.Von Canstein, H. Li, Y., Wagner-Döbler,I. et al. Biotechnol. Bioeng. 74, 212–9 (2001). 11.Wagner-Döbler, I. Appl. Microbiol. Biotechnol. 62, 124–33 (2003).  12.Wagner-Döbler, I., Von Castein, H., Li, Y. et al. Environ. Sci. Technol. 34, 4628–4634 (2000). INTRODUCCIÓ Metilació Oxidació Degradació CH3Hg+ Figura1. Esquema explicatiu del cicle del mercuri, on es troben destacats en taronja els processos en què intervenen els microorganismes. 1. Volatilització 2. Oxidació 3. Reducció microbiana 4. Reaccions redox en superfície 5. Oxidació microbiana/abiòtica  6. Metilació microbiana/abiòtica  7. Degradació microbiana (operó mer)/ abiòtica 8. Incorporació aigües/sòls 9. Degradació microbiana 10.Precipitació  11. Oxidació per Tiobacillus. Font informació: 1,2,4,6 Badia de Minamata (Japó). Intoxicació  Zona minera d’Almadén (Espanya). Contaminació ambiental INCIDENTS HISTÒRICS Condicions anòxiques Responsables:  δ-Proteobacteria / Metanògens Sulfat reductors Reductors ferro (Geobacter) Condicions oxigenades Responsables: Bacillus  /  Streptomyces Desmetilació reductiva (operó mer) Desmetilació oxidativa Hg0 : volatilització Hg2+ : cicles metilació/desmetilació Detecció/Regulació: merR/merD  Transport i la mobilització: merP/merT/merC  Detoxificació enzimàtica:           merA (Hg2+  Hg0)        merB (CH3Hg+   Hg2+  Hg0) RESISTÈNCIA MICROBIANA     TÈCNIQUES BIOREMEDIACIÓ BIOREMEDIACIÓ. Els biofilms  Figura2. . Imatge d’un biofilm d’un reactor de depuració de mercuri. S’observa la prevalença de formes bacil·lars corresponents al gènere Pseudoomonas, envoltades per una matriu d’exopolisacàrids. Font: 8     Eficiència en bioremediació Mètode. Reducció a Hg0 -> retenció al biofilm Catalitzador reacció.  Biofilm de múltiples espècies  Infraestructura. Bioreactor llit fix Matèria a tractar. Efluents indústria clor-alcalina APLICABILITAT A) Escalat.  Disseny i resultats Columnes laboratori Planta pilot Bioreactors laboratori 20 ml Material suport. Perles vidre silicat/ fibra cel·lulòsica. Inòcul. Pseudomonas putida Spi3 Medi Extracte llevat i sucrosa Font:9 Eficiència eliminació 90-99% Màxim [Hg] suportable: 7-9mg/l pH  paràmetre crític 5,5cm 5,5cm Material suport. Fragments roca volcànica. Inòcul. 9 soques Hg resistents  (α/γ- Proteobacteria) Medi Extracte llevat i sucrosa Font:10 7000ml  Reducció Hg (bioreactor llit fix) NaOH Neutralització (pH 6,5-7,5) Carbó actiu Purificació (filtre carbó actiu) Material suport. Fragments pedra tosca Inòcul. 7 soques gènere Pseudomonas Medi Extracte llevat i sucrosa Font: 12 Operació en bypass Control paràmetres: [Hg], O2, Cl2 ,  conductivitat, pH, potencial redox, T Eficiència eliminació 97% [Hg] mínima bioreactor (50μg/l), filtre de carbó actiu (10μg/l) Operació estable, malgrat fluctuacions B) Comunitats i poblacions SISTEMA OBERT        Colonitzacions externes Inoculació soques resistents Fluctuacions poblacions        Pèrdua d’alguns membres inòcul Xarxa de nínxols ecològics amb diferents característiques i resistències • Més resistents  protecció  més sensibles • Recuperació espontània després altes [Hg] • Més estabilitat  davant estressos ambientals • Més robustesa C) Costos econòmics COMUNITAT DIVERSA I DINÀMICA Comunitat 4-5 soques     [Hg]:   diversitat i abundància Dominància gènere Pseudomonas Força selecció principal [Hg]     [Hg]:   diversitat i abundància CONCLUSIONS REFERÈNCIES • El mercuri genera una greu problemàtica sanitària i ecològica, a causa de la qual és necessari potenciar i incentivar  la disminució de les emissions per la reducció dels reservoris de mercuri.   • La utilització de biofilms en bioremediació de mercuri és un mètode eficient, sostenible i econòmic. Aquestes característiques els defineixen com una solució real en l’eliminació de mercuri en aigües residuals, tot i que la seva aplicabilitat a grans escales necessita més  estudis i investigacions. • Els biofilms amb diversitat d’espècies són els més eficients i estables a l’hora d’operar en condicions ambientals canviants i davant d’estressos diversos.      Capacitat adaptació       Resistència condicions adverses Els objectius  d’aquest treball són conèixer la problemàtica del mercuri i el potencial dels biofilms en bioremediació, estudiant conseqüentment  l’aplicabilitat pràctica d’aquests sistemes microbians per la remediació específica del mercuri en aigües residuals.  Zinc  (Zn) Figura3. Gràfic representatiu de l’operació d’un bioreactor inoculat amb un biofilm de diverses espècies.  Font: 7  OPERACIÓ BYPASS. Condicions: •[Hg] > 10mg/l      •pH >7,5 / <6,5 •T > 47ºC             •[Cl] > 0,5mg/l . Figura4. Gràfic representatiu de l’operació de la planta pilot en una indústria clor-alcalina durant cinc dies. Es poden observar les fluctuacions, el períodes d’operació en bypass (fletxes vermelles) i les concentracions finals obtingudes que tot i estar influenciades per la concentració Hg inicial, disminueixen fins als límits desitjats en sortir de la planta. Font: 12 Les dades representades  són les del biofilm més estable i eficaç en comparació amb la resta de biofilms, d’una sola espècie, avaluats en l’estudi. 3 5 Taula1. Comparació entre la tècnica tradicional (fisicoquímica) i  la biològica. Font: 11 Font:8 Fonts • Naturals • Evaporació escorça i     hidrosfera  • Emissions volcàniques • Antropogèniques (majoritàries) • Puntuals (indústria clor-alcalina   aigües  residuals) • Difuses (amalgames dentals) Formes • Inorgàniques • Elemental (Hg0) • Iònic  (Hg+/Hg2+)  • Orgàniques  • CH3Hg+  , CH3HgCH3 (majoritàries)  • C + grup funcional orgànic Toxicitat • Sanitària • Unió grups –SH proteïnes: alteració funcions cel·lulars  • Afectació Sistema Nerviós Central i del Sistema Cardiovascular • Ecològica • Acumulació animals    magnificació cadena tròfica Eficiència eliminació 96% 480 dies d’operació efectiva No afectació temperatura Bombolleig  disrupció mecànica [Hg] mínima aconseguida: 140μg/l Biofilm de diverses espècies Reducció a Hg0 OPERÓ MER δ 

Aplicació dels biofilms en la bioremediació d'aigües residuals contaminades amb mercuri

http://ddd.uab.cat/pub/tfg/2014/126225/TFG_queraltguellbujons.pdf

Aplicació dels biofilms en la bioremediació d'aigües residuals contaminades amb mercuri

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Diposit Digital de Documents de la UAB