Manejo microbiano visando a biorremedia o
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Manejo microbiano visando a biorremediação. Admir Giachini Departamento de Microbiologia - UFSC. Definições. Objetivos do manejo: Reconstituir as condições outrora observadas e/ou inatas (biorremediação) Reduzir a toxicidade de um composto nocivo e/ou indesejado (biotransformação)

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Manejo microbiano visando a biorremediação

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Presentation Transcript


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Manejo microbiano visando a biorremediação

Admir Giachini

Departamento de Microbiologia - UFSC


Defini es

Definições

  • Objetivos do manejo:

    • Reconstituir as condições outrora observadas e/ou inatas (biorremediação)

    • Reduzir a toxicidade de um composto nocivo e/ou indesejado (biotransformação)

    • Aumentar a produtividade de um ecossistema (aumento de biomassa)

    • Aumentar a estabilidade de comunidades/populações em diferentes ecossistemas (bioestabilização)

    • Melhorar a estrutura dos solos (bioagregação)

    • Obter um produto de interesse (biotecnologia de processos, ou bioprocessos)


Processos biotecnol gicos

Processos biotecnológicos

  • Manejo e os processos biotecnológicos

    • Produção de biomassa microbiana

    • Produção de enzimas microbianas

    • Produção de metabólitos (primários e secundários)

    • Produção de produtos recombinantes

    • Biotransformação de compostos


Processos biotecnol gicos1

Processos biotecnológicos

  • Produção de biomassa microbiana

    • Produção de inoculantes agrícolas e florestais (BFN e fungos)

    • Produção de bioinseticidas (Beauveriabassiana, Toxinas Bt, etc.)


Produ o de biomassa microbiana

Produção de biomassa microbiana

  • Produção de inoculantes agrícolas e florestais (micorrizas)

    • Identificaráreas com potenciaiscandidatos

    • Isolaroscandidatos

    • Testaroscandidatosemcondiçõescontroladas

    • Testaroscandidatos no campo

    • Incrementar a biomassa do inoculanteselecionado

    • Determinar a forma de veiculação do inoculante

    • Testar o inoculanteveiculado e determinarosefeitos


Produ o de biomassa microbiana1

Produção de biomassa microbiana

  • Produção de inoculantes agrícolas e florestais (micorrizas)

    • Interações (comensalismo) com populações autóctones de microrganismos – bactérias promotoras do crescimento de plantas, fungos do solo, microfauna, etc.

    • Interação (antagonismo) com populações de pragas e doenças

    • Interações com plantas do solo (efeito rizosférico)


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Produção de biomassa microbiana

  • Exemplos de inoculantes

    • Suspensão de esporos fúngicos (endo/ecto)

    • Triturados micelianos (endo/ecto)

    • Pellets de alginato de cálcio


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Produção de biomassa microbiana

  • Produção de bioinseticidas (Toxina cristalina Bt – Bacillus thuringiensis)

    • Controle biológico de pragas


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Produção de enzimas microbianas

Enzimas são produzidas também a partir de plantas e animais.

As enzimas microbianas tem grandes vantagens:

  • É possível produzir em grandes quantidades via processos fermentativos

  • É infinitamente mais fácil melhorar a produtividade de um sistema microbiano

  • O processo é controlado para o aumento da produtividade (indutores, eliminação da repressão, aumento dos genes de expressão)

  • Aplicações industriais

  • Uso médico

  • Uso analítico e científico


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Produção de enzimas microbianas

  • Principalmente como agentes de transformação em meio aquoso.

  • Cervejaria (amilases, proteases)

  • Panificação (amilases, proteases)

  • Indústria têxtil (alfa-amilase, celulase)

  • Produção de vinhos (pectinases – extração de terpenos)

  • Indústria do leite (lactase, catalase, lipase)

  • Indústria frigorífica (proteases)

  • Curtumes (proteases, lipases)

  • Indústria petroquímica (lipases, amilases)

  • Indústria florestal (celulases, peroxidases, lacases)


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Fomitopsis pinicola

Phanerochaete chrysosporium

Pleurotus ostreatus


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Processos microbianos são mais específicos que processos puramente químicos.

    Muitas reações que podem ser biocatalizadas:

  • Desidrogenação

  • Oxidação

  • Hidrogenação

  • Desidratação e condensação

  • Descarboxilação

  • Aminação

  • Desaminação

  • Isomeração


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Esteróides na medicina (hormônios, vitaminas, corticóides, contraceptivos, diuréticos, etc.)

  • Ácidos (lático, acético, itacônico, glucônico, etc.)

  • Solventes (etanol, acetona, isopropanol, etc.)

  • Biolixiviação de minérios (Cu, U, Au, desulfuração do carvão, etc.)

  • Biorremediação (bioestimulação, bioaumentação, bioaeração, landfarming, compostagem, fitoremediação)

  • Tratamento de efluentes


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Biorremediação

    • Estratégia ou processo que usa microrganismos, plantas, ou então enzimas destes para detoxificar contaminantes do solo e/ou outros ambientes

Biodegradação: transformação

ou detoxificação parcial ou total

de determinado contaminante

Mineralização: conversão completa

de um contaminante orgânico a sua

forma inorgânica


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Biorremediação

    • Bioestimulação: adição de nutrientes (N, P, etc.) para estimular populações autóctones de microrganismos

    • Bioaeração: gases (O2, CH4) passivamente adicionados ao substrato a fim de estimular a atividade microbiana

    • Bioaumentação: inoculação de microrganismos mais propensos à transformação de certo elemento no local onde se encontra o contaminante


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Biorremediação

    • Landfarming: solo contaminado depositado em local não contaminado (tratamento ex situ)

    • Compostagem: uso de microrganismos aeróbios, termofílicos para degradar contaminantes

    • Fitorremediação: vegetais usados na remoção ou transformação de contaminantes


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Biorremediação: bioestimulação

    • Exxon Valdez (1989)

      • Prince William Sound, Alaska

      • 40 milhões de litros de óleo cru em 5 horas

      • Mais de 1.500 km de costa contaminados


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biorremediação: bioestimulação

Exxon Valdez (1989)

Óleo: alto C e baixo N e P

Adição de uma microemulsão: Inipol EAP22TM (N/P/K = 7,3/0,8/0)

Fonte de N = uréia

Emulsão aquecida a 90 C para ser distribuída no óleo

Adição de 300 mL/m2

Biotransformação


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Bioremediação: bioestimulação

    • Exxon Valdez (1989)

      • Inipol desestabiliza o óleo liberando uréia

      • O ácido oléico em Inipol serve como fonte prontamente assimilável de C

      • Aumento da população autóctone de bactérias degradadoras de compostos carbonatados

      • Muito mais eficiente que remoção química ou física

      • Funciona muito bem em locais com condições adversas (Alaska, p. e.)


Manejo microbiano visando a biorremedia o

2001


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Biorremediação: bioaeração e bioestimulação

    • Savannah River, Aiken SC (USA)

      • Solo/água contaminados com perc- ou tetracloroetileno (PCE) de indústrias têxteis ou dry cleaners

      • 1% de CH4 injetado em poços

      • Metanotróficos aumentados em várias ordens de magnitude

      • Sub-superfície: aeróbia

      • Metanotróficos aumentam áreas de anaerobiose: anaerobiose promove declorinação de PCE a TCE, o qual pode, então, ser oxidado por metanotróficos


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Biorremediação: bioaeração e bioestimulação

    • Savannah River, Aiken SC (USA)

      • Sem CH4: 10 anos ou mais para remover ate 95% do PCE

      • Com CH4: < 4 anos (economia de U$ 1,5 milhão)

      • Única forma de remover PCE da água tornando-a potável (< 5 ng TCE/L – Hazen et al. 1994)


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biorremediação: bioestimulação, bioaumentação e landfarming

St. Gabriel, LO (USA)

Ciba-Geigy: 19.000 m3 de solo (em 8 ha) contaminados com atrazina (herbicida do grupo das triazinas que age por se ligar a proteínas no fotossistema II)

Biotransformação


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biorremediação: bioestimulação, bioaumentação e landfarming

St. Gabriel, LO (USA)

Landfarming 4 vezes / semana

Bioestimulação via 880 kg de fertilizante/ha (N-P-K: 13-13-13)

Bioaumentação: 2000 L de mistura contendo um consórcio de Pseudomonas spp.

Concentração inicial de atrazina: 100 mg/kg de solo

Concentração de atrazina 20 semanas após início do tratamento: abaixo do recomendado (10 mg/kg de solo)

Biotransformação


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biorremediação: bioestimulação, bioaumentação e landfarming

St. Gabriel, LO (USA)

Ciba-Geigy gastou: U$ 1 milhão para biorremediar

Custo para excavar e tratar o contaminante via método alternativo estimado em U$ 5,3 milhões

ECONOMIA DE U$ 4,25 MILHÕES

Biotransformação


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Biotransformação

  • Tratamento de efluentes ou rejeitos (domésticos ou agrícolas)

    • UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket Digeston

    • Usa metanogênicos na degradação

    • Forma pellets (biofilmes) de microrganismos anaeróbios degradadores da MO

    • A manta atinge maturidade aos 3 meses

    • Necessidade de inoculação com microrganismos alóctones

    • Produção de biogás (CH4)


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Fundo do painel em mm quadriculados e as setas vermelhas indicam locais de saída do CH4


Manejo microbiano visando a biorremedia o

Cinética de crescimento

Cinética da remoção de substrato

Lodos Ativados digestor anaeróbio


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