Biotecnologia ambiental

1. Biotecnologia ambiental Objetivo Tecnologias

2. Objetivos • Preservar o meio ambiente e seus recursos do impacto negativo da atividade do homem.

3. O uso adequado da natureza (plantas, animais, bactérias, fungos e outros seres vivos) de forma a se obter: • energia renovável, • Alimentos, e • Nutrientes, em um ciclo de benefícios integrados onde os processos que produzem resíduos servem de base (fornecem insumos) para novos processos.

4. O que é?(Sociedade Internacional de Biotecnologia Ambiental) • O desenvolvimento, uso e regulação dos sistemas biológicos relacionados a: • Remediação dos ambientes (terra, ar e água) contaminados e • Processos ambientalmente corretos tais como aqueles envolvidos nas tecnologias verdes ou limpas, e de desenvolvimento sustentável Prevenção da poluição

5. Enquanto a ecologia microbiana tenta entender os ecossistemas microbianos, a biotecnologia ambiental tenta manipulá-las, criando ambientes propositadamente “não-naturais”, em oposição ao “natural” dos ecossistemas.

6. A biotecnologia ambiental pode incluir: • Tratamento de resíduos • tratamento de efluentes (remoção de matéria orgânica, N, P, S, metais) • tratamento biológico de gás de combustão (remoção de odor, sulfeto, compostos aromáticos voláteis) • biorremediação de solos (degradação das xenobióticos, petróleo, PAH, PCB) • biocombustíveis e a produção de biogás a partir de resíduos orgânicos. • Processos ambientalmente mais amigáveis • Processos biocatalisados geram menos subprodutos e podem ser executados em temperaturas mais baixas. • Produtos ambientalmente mais amigáveis • Os produtos podem ser mais biodegradáveis, tais como novos tipos de materiais plásticos e polímeros, ou novos tipos de detergentes.

7. Tecnologias limpas(“greentech” ou “cleantech”) • Termo usado para descrever produtos ou serviços que melhorem o desempenho operacional, a produtividade ou eficiência, reduzindo custos, insumos, consumo de energia, resíduos ou poluição. • Sua origem tem relação com o aumento da consciência do aquecimento global, mudanças climáticas e o impacto sobre o ambiente natural a partir da queima de combustíveis fósseis.

8. Tecnologias • Verdes ou limpas (“greentech” ou “cleantech”) • BIORREMEDIAÇÃO (usando-se microrganismos e plantas (fitorremediação) • PREVENÇÃO • DETECÇÃO E MONITORAMENTO

9. Biorremediação Uso de sistemas biológicos na redução da poluição do ar, água ou sistemas terrestres. Biodegradação

10. Biodegradação Vias metabólicas normalmente utilizadas para crescimento e produção de energia são usadas para degradação de poluentes. COMETABOLISMO A comunidade microbiana envolvida na degradação de compostos xenobióticos pode ser dividida em dois grupos: os microrganismos primários e os secundários. Os primários são capazes de metabolizar o substrato principal fornecido ao sistema, enquanto os secundários utilizam os produtos liberados pelos microrganismos primários. Aplicações práticas

11. Biorremediação Poluente Detoxificação Não detoxificação Biodegradação incompleta Ex: Tetra –CloroEtileno ou Tri CE geram compostos mais tóxicos que os originais Mineralização completa CO2+ água+sais inofensivos

12. BiorremediaçãoPapel dos microrganismos

13. BIOrremediação Biorremediação intrínseca - natural Suplementação (com nutrientes, bactérias, oxigênio, CO2 ... outros requisitos) Biomagnificação (+ microrganismos) Bioestimulação (+ nutrientes) Bioventilação (+ CO2, + O2) Landfarming (+ O2 + microrganismos) Exxon Valdez, Alasca 1989

14. BiorremediaçãoBiomagnificação

15. Inoculantes

17. PEAD revestimento • Bomba para coleta lixívia • Camada de pedra • CAMADA DE SOLO A TRATAR • Feno de alfalfa para reter umidade • Rodas do sistema de irrigação • Tubulação com suficientes perfurações • Tubo flexível coleta do lixiviado • Válvula controla subida para o biorreator ou para tanque de água • Mangueira de recirculação • Biorreator (bactéria) • Tubulação de água • 16 . Sistema distribuição água

19. USOS Remover ou reduzir resíduos poluentes presentes no ambiente. Remover poluentes antes de atingir o ambiente (end of pipe processes)

20. Água e efluentes industriais Microrganismos nas estações de tratamento de esgoto e de efluentes industriais removem a maior parte dos poluentes antes destes serem lançados no ambiente. Aumento da atividade industrial aumentou necessidade de eliminar especificamente poluentes como: compostos de fósforo, nitrogênio, metais pesados e compostos a base de cloro.

21. Água e efluentesBiorreatores Biorreatores onde poluentes + microrganismos ficam em suspensão custos Biomassa produzida pode servir para ração Microrganismos produzidos são re-usados como insumos de outras industrias (Ex: biomassa do Penicillium na produção de antibiótico)

22. Ar e poluentes gasosos No início foram usados filtros preenchidos com composto para a retirada de odores. Bioscrubber Velocidades de processamento baixas e vida curta

24. Solo biorreatores In situ Ex-situ Aplicáveis as tecnologias bioestimulação, magnificação, bioventilação, dentre outras.

25. Águas subterrâneas e subsoloBiorremediação de TCEs(tricloroetilenos) no Japão

26. Fitorremediação “Fitorremediação de solos contaminados com tebuthiuron utilizando-se espécies cultivadas para adubação verde” Pires, F.R. e colaboradores Prof. da Faculdade de Agronomia da Universidade de Rio Verde – FESURV, Fazenda Fontes do Saber, Campus Universitário, Caixa Postal 104, 75901-970 Rio Verde-GO, <frpires@fesurv.br> 

27. Resíduos sólidos Ciclagem nutrientes Alternativa incineração Digestão anaeróbica Compostagem Biogás + Resíduos estáveis Estratégia de biorremediação Fertilizante Baixa liberação

28. CompostagemO que é? Compostagem é o conjunto de técnicas aplicadas para controlar a decomposição de materiais orgânicos, com a finalidade de obter, no menor tempo possível, um material estável, rico em húmus e nutrientes minerais; com atributos físicos, químicos e biológicos superiores (sob o aspecto agronômico) àqueles encontrados na(s) matéria(s) prima(s).

29. O processo

30. Fase 1 do processo: decomposição inicial

31. Temperatura e oxigênio

32. A microbiotaInoculantes de composto Homogeneidade Relação C/N

33. Início Final Fase I

34. Fase II Fermentação para eliminação dos microrganismos patogênicos, sementes e condicionamento processo também denominado PASTEURIZAÇÃO pasteurizador

35. Microbiologia da compostagem

36. Eficiência dos processos Uso alternativo de enzimas - tornou muitos processos ambientalmente corretos mais limpos (cleantech) ENZIMAS: 1) Não são tóxicas 2) Biodegradáveis 3) Funcionam em condições moderadas de temperatura 4) Processos energeticamente mais econômicos

37. Inovação de produtos Biotecnologia ajudou a produzir NOVOS MATERIAIS com menos impacto no ambiente Bioplásticos Evita o uso de fontes não renováveis (combustíveis fósseis) Plantas transgênicas Resistentes a insetos Microrganismos transgênicos - com capacidade de biorremediar inúmeros poluentes

38. Detecção e monitoramento • Enumeração microrganismos - técnicas de biologia molecular e imunoensaios. • Técnicas para detecção microbiana - FISH e outras • Biosensores (biológicos + eletrônicos) - avaliação de poluentes

39. Biosensores Os biosensores são biomiméticos - imitam organismos vivos. São constituídos por lipídios, que são utilizados para avaliar a toxicidade de elementos químicos. As membranas geram respostas específicas para diferentes tipos de compostos orgânicos, permitindo sua identificação.