Post on 04-Aug-2015
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
Biosorción de metales pesados
Huaman Minga Nolver William Jordan Chancafe Hart
INTRODUCCION
Concentraciones bajas y casi
indetectables
La concentración se eleva llegando a ser
TÓXICA
Costosos
e
ineficient
es
Biosorción
Captación de metales que lleva acabo una biomasa (viva o muerta) a través de mecanismos fisicoquímicos en medio sólido o liquido (adsorción, intercambio iónico)
- Fase sólida ; SORBENTE
- Fase líquida ; Solvente (agua), que contiene sustancias disueltas (SORBATO)
Calidad del sorbente esta dada por la cantidad de sorbato que pueda atraer y retener en forma inmovilizada
UTILIZACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
Dependiendo de la fase en la que se encuentra el metal y de su estado de oxidación, la acción de los microorganismos corresponde a la movilización o la inmovilización. 1. MOVILIZACIÓN ( Recuperación de metales de interés económico )
Proceso de disolución de un compuesto contenido en una matriz sólida, mediante mecanismos microbianos como la producción de ácidos orgánicos (cítrico, oxálico) o inorgánico (sulfúrico), oxido-reducción de los metales, metilación de los metales para originar compuestos volátiles y producción de agentes complejantes y sideróforos.
2. INMOVILIZACIÓN ( Eliminación de metales pesados de efluentes )
Proceso de insolubilización de un metal contenido en un efluente: De un estado soluble inicial a uno insoluble final.
Inmovilización de los metales
Biosorción: Incremento de la concentración de los metales sobre la superficie o el interior de la célula, a través de varios mecanismos, entre los que el más importante es el de intercambio iónico, donde el microorganismo actúa como si fuera una resina de intercambio iónico. Se aplica en la biorremediación de metales pesados como el cadmio, cromo, plomo, niquel, zinc y cobre.
Bioprecipitación: Se utilizan microorganismos productores de metabolitos que precipitan los metales pesados. Ejemplo las bacterias sulfato reductoras (BSR) producen sulfuro que se combina con los metales pesados divalentes como el plomo, zinc y los precipita.
ORGANISMOS INVOLUCRADOS
Los organismos que van a conformar la biomasa pueden ser bacterias, hongos filamentosos, levaduras y algas.
La elección del organismo es particularmente importante debido a las amplias diferencias En su capacidad de sorción o afinidad por los metales.
Matrices de inmovilización para el estudio remoción de metales
BIOMASA DE USO POTENCIAL COMO BIOSORBENTE DE
METALES PESADOS
BIOMASAS USADAS PARA LA REMOCIÓN DE METALES PESADOS DE SOLUCIONES ACUOSAS
BIOQUIMICA
Mecanismos de interacción entre metales pesados y microorganismos
Expulsión de metales pesados en bacterias
bacterias
Desarrollan diversos
mecanismos para tolerar los efectos
nocivos de los metales tóxicos
A) Captura de Iones y neutralización de su toxicidad.
B) Modificación de estado REDOX de los metales y metaloides, volviéndolos menos tóxicos.
C) Expulsión de especies nocivas por trasportadores de la membrana.
SISTEMA DE EXPULSIÓN DE CATIONES
1. Facilitadores
de difusión de Cationes
(CDF)Se distribuyen en los tres dominios de la vida:- Bacterias- Archea- Eukarya
Funcionan como homodímeros en la membrana interna.Expulsan los sustratos al espacio periplásmico.
P R
O C
E S
OQ
U I M
I O
S M
Ó T
I C
O
El transporte de Iones involucra Intercambio
con Protones
Participan residuos de HistidinaAspartatoGlutamato
SISTEMA DE EXPULSIÓN DE CATIONES
2. Las ATPasas Tipo P
Transportar Iones comúnmente fisiológicos:
Mg2+
Remover metales tóxicos
Asocian su función con Proteínas de la Membrana Externa:
Porinas
Interior Celular
Espacio Periplásmi
co
Proteína CadA:
Codificada en un Plasmido de
Staphylococcus Aureusc
SISTEMA DE EXPULSIÓN DE CATIONES
3. Familia RND
Sus miembros participan en Procesos de:ResistenciaNodulaciónDivisión de Células
Sólo se distribuyen en
Bacterias
Participan en la expulsión de los
metales
Se asocian con una pareja de
Polipéptidos Auxiliares
Una proteína pequeña de la membrana externa y una proteína periplásmica que une (o fusiona) a lasmembranas interna y externa
Los genes que codifican las
proteínas CzcC, B y A
Operón
Bomba de Expulsión
Transporta Iones Tóxicos
Citoplasma
Exterior de la Célula
Bacteriana
SISTEMA DE EXPULSIÓN DE ANIONES
1. Metaloide Arsénico
Único Sistema dual de expulsión de iones inorgánicos tóxicos.
- Impulsado: Hidrólisis de ATP.- Proceso Quimiosmótico
2. Oxianión Tóxico Cromato (CrO4
2-)
Arsenito (ASO2
-)Forma más
tóxicas
Operión arsABC
Arsenato (ASO4
3-)
Se transforma en Arsenito
Proceso Quimiosmótico dependiente de la Cadena Respiratoria
Expulsado por un complejo formado por:ArsBArsA (Proporciona la energía)
ArsC
Expulsado por
Complejo ArsAB
Expulsa: Cromato
del Citoplasma.
Sistemas bacterianos que expulsan iones tóxicos
BIOPROCESO
PROCESO DE BIOSORCION DE METALES
La biosorción de metales con biomasa fúngica es particularmente atractiva debido a la posibilidad de obtener grandes cantidades de biomasa de los desechos generados por procesos industriales de fermentación. La biosorción de plomo por Saccharomyces cerevisiae, fue estudiada en términos del efecto del pH y la temperatura, para determinar las condiciones optimas para la remoción de plomo. En la cinética de biosorción se encontró que durante los primeros 5 minutos del proceso se da la mayor tasa de retención de plomo. Se encontró que a pH 5.0 y 25 oC se tienen las mejores condiciones para la retención de plomo por la biomasa de S cerevisiae. La capacidad máxima (qmáx) biosorbente de la levadura, bajo estas condiciones, fue de 0.5 g de plomo/g de biomasa
BIOSORCION DE Pb2+ POR BIOMASA DE Saccharomyces cerevisiae
Reactivos. Todos los reactivos utilizados fueron grado analítico. Las soluciones de Pb2+ fueron preparadas a partir de la sal de Pb(NO3)2 disuelto en agua destilada y desionizada. El rango de concentraciones preparadas fue de 5 a 2000 ppm, el pH de las soluciones, cuando fue necesario, fue ajustado conHNO3 0.1 N o NaOH 0.1 N. Métodos.Cinéticas de Biosorción, Isotermas de Biosorción, Efecto del pH, Efecto la temperatura y Análisis de muestras.
MATERIAL Y METODOS
La biomasa de S. cerevisiae presentan una gran capacidad de retención de plomo.En el rango de pH de 1 a 7, la eficiencia biosorción de plomo tiene su máximo a pH 5. A pH’s mayores de 7.0 el plomo comienza a precipitarse, por los OH- en el medio.
· La temperatura afecta significativamente la tasa de retención de plomo, teniendo la mayor eficiencia al rededor de los 25 oC. A temperaturas mayores la tasa de retención de plomo disminuye.
· La retención de plomo se definió en términos de la isoterma de Langmuir. Calculándose qmáx = 0.45 y b = 2.2.
· Esencialmente el 100 % del plomo en solución fue retenido por la biomasa cuando la relación Ci/Xo es menor a 0.25. Cuando la relación Ci/Xo es mayor a 1.0 células se encuentran saturadas
CONCLUSIONES
IMPORTANCIA
La principal ventaja del proceso es su simplicidad, lo que significa un avance tecnológico significativo, permitiendo la descontaminación de efluentes mineros o industriales mediante el empleo de materias primas disponibles a nivel local.
PRINCIPAL VENTAJA
CONCLUSIONES
Como se mencionó con anterioridad, existe una amplia variedad de mecanismos que pueden estar involucrados en la acumulación microbiana de metales pesados y sin duda ciertos tipos de biomasa o productos derivados de ella, tienen gran capacidad y pueden actuar como agentes altamente eficientes para la eliminación de metales.
Debe quedar claro que las tecnologías basadas en el uso de biomasa microbiana no tienen necesariamente que reemplazar a los tratamientos ya existentes, pero sí pueden actuar como suplementos o sistemas de pulimiento para los procesos existentes que no resultan completamente eficientes.
La selectividad constituye un problema para muchos sistemas de biosorción de metales, pero ésta puede disminuirse dependiendo de las concentraciones relativas de los diferentes metales presentes