Introducción a la biotecnología ambiental (07 01 2011)
-
Upload
universidad-politecnica-de-nicaragua-upoli -
Category
Education
-
view
4.598 -
download
1
description
Transcript of Introducción a la biotecnología ambiental (07 01 2011)
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE NICARAGUA "Sirviendo a la Comunidad”
• Aplicación de la Biotecnología
en la conservación del Medio
Ambiente:
– Suelos
– Aguas
– Aire
• Incluye la aplicación de las
herramientas de la naturaleza
a la industria.
08/01/2011 Dr. R. A. González 2
08/01/2011 Dr. R. A. González 3
• Descartes presentó en
1637 su célebre
Discurso del método
para dirigir bien la
razón y hallar la verdad
en las ciencias, donde
proponía la duda
metódica para llegar a la
verdad y se basaba en el
principio: Pienso, luego
existo 08/01/2011 Dr. R. A. González 4
• Ejemplo: En todo asentamiento humano se producen por sus habitantes residuos sólidos, que afectan al medio
• Estos residuos constituyen los Residuos Sólidos Municipales (RSM), o sea la basura urbana.
En 1990 Thibodeaux, parrafraseando a Descartes, formuló la
primera de sus “Cinco Leyes de los Residuales Peligrosos”:
1. Existo, por lo tanto, contamino: Esta ley resulta válida
tanto para productores, fabricantes y todos los
transformadores y manipuladores de materiales, como
para la población.
Louis J.
Thibodeaux 08/01/2011 5 Dr. R. A. González
Si viven
personas Se produce basura
Si no se trata la
basura
Se producen
Vectores Malos
Olores Enfermedades
Si se trata bien la
basura
Se recupera materia prima
Se ahorra energía
Se preserva el medio
Se protege la salud
08/01/2011 6 Dr. R. A. González
Utilizando plantas y
microorganismos se
consiguen descontaminar:
1.Las aguas
Lodos activos
Digestiones anaerobias
2.El suelo
Fitorremediación
Bioremediación
3.La atmósfera
Biofiltros
08/01/2011 Dr. R. A. González 7
08/01/2011 Dr. R. A. González 8
• En la composición de la basura
urbana (Residuos Sólidos
Urbanos - RSM) tienen un peso
importante (=> 50%) los
denominados “desechos
orgánicos”:
– Estos se pueden procesar por
métodos biológicos, para
convertirlos en abono orgánico de
alta calidad (compost) y también
en biogás.
– Los compuestos orgánicos
presentes en los residuales líquidos
se pueden procesar de igual forma
para producir biogás 08/01/2011 9 Dr. R. A. González
– La digestión se puede realizar de forma aerobia o anaerobia. – Procesamiento
Aerobio:
• Compostaje
– Procesamiento anaerobio:
•Digestión anaerobia
08/01/2011 10 Dr. R. A. González
08/01/2011 11 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 12
08/01/2011 Dr. R. A. González 13
• No recupera energía
• Requiere separación en el origen para alcanzar una calidad adecuada
• Puede hacerse manual o utilizarse tecnología moderna.
• El proceso manual es el más apropiado para la pequeña escala
08/01/2011 14 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 15
• Equipo para voltear
las pilas de compost
• Equipo de
medición de
temperatura y CO2
08/01/2011 16 Dr. R. A. González
08/01/2011 17 Dr. R. A. González
08/01/2011 19 Dr. R. A. González
• Incluye unidades de cogeneración para la generación simultánea de energía eléctrica y térmica, lo que asegura una elevada eficiencia y una mayor economía de proceso.
08/01/2011 20 Dr. R. A. González
• También el biogás puede usarse directamente para sustituir combustibles fósiles en calderas y hornos.
08/01/2011 21 Dr. R. A. González
• Además, buena parte del
resto de la basura es en
realidad materia prima
valiosa y constituye la
denominada fracción
reciclable de la basura
08/01/2011 22 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 23
08/01/2011 Dr. R. A. González 24
• Proceso dirigido o
espontáneo, que ocurre
generalmente en el suelo,
mediante el cual se
emplean organismos
biológicos
(microorganismos y
plantas), para degradar
productos químicos y otros
contaminantes sólidos,
líquidos y gaseosos, que
existen o se inyectan al
suelo, corrientes o
reservorios de agua.
08/01/2011 Dr. R. A. González 25
08/01/2011 Dr. R. A. González 26
•Se usa en suelos
permeables contaminados
bajo la superficie.
•Se inyecta agua con
microorganismos y nutrientes
a través de pozos.
•Se bombea el agua
contaminada a la superficie,
se depura y se vuelve a inicial
el ciclo.
•Se pueden utilizar
microorganismos presentes o
introducir nuevas especies.
• Bioremediación “on site”
– Se excava el suelo y se deposita sobre piscinas con
fondo arenoso, revestidas de material impermeable y con
un sistema de drenaje del agua.
– La superficie se riega con soluciones enriquecidas en
nutrientes y se le añaden microorganismos.
• Bioremediación “ex situ”
– El más eficiente pero más costoso.
– El suelo contaminado se lleva grandes fermentadores
cilíndricos que giran sobre su eje para agitar el suelo.
– Durante el tratamiento se añade oxígeno y nutrientes, en
condiciones de temperatura controlada.
08/01/2011 Dr. R. A. González 27
08/01/2011 Dr. R. A. González 28
.
Se utilizan las plantas para remediar aire, suelos,
sedimentos, agua superficial y agua subterránea
contaminadas
. Procesos
mediante los
cuales las
plantas
incorporan las
sustancias
contaminantes
08/01/2011 Dr. R. A. González 29
Humedades
artificiales:
Solución de
tecnología
“biológica
que actúan
como filtros
naturales.
.
08/01/2011 Dr. R. A. González 30
Los árboles, además de fijar CO2 y producir O2 pueden eliminar
contaminantes del suelo.
Ejemplo: Una bacteria que vive en las raíces de los álamos
produce una enzima que destruye los residuos de RDX, un
componente químico utilizado por la industria militar.
08/01/2011 Dr. R. A. González 31
• Se mide con los análisis DQO y DBO5.
• DQO (Demanda Química de O2): Cantidad de O2
necesario para oxidar la materia orgánica y convertirla
en CO2 y agua.
• DBO5 (Demanda Biológica de O2): Cantidad de O2
empleado por los microorganismos, en un periodo de 5
días, para descomponer la materia orgánica de las
aguas residuales, a una temperatura de 20 °C.
– El valor de la DQO es casi siempre superior al de la
DBO5 (muchas sustancias orgánicas pueden
oxidarse químicamente, pero no biológicamente)
08/01/2011 Dr. R. A. González 32
• El tiempo de 5 días y la
temperatura de 20oC no
tienen un fundamento
teórico sino histórico.
• Estos valores fueron
adoptados en Inglaterra, a
principios del Siglo XX,
basado en que los ríos
británicos no se
demoraban más de 5 días
para llegar al mar y la
temperatura media de
verano, a largo plazo, no
excedía 18.3°C 08/01/2011 Dr. R. A. González 33
08/01/2011 Dr. R. A. González 34
Tipo residual DQO (mg l-1 )
Aguas de
alcantarillado
20 a 300
Suero queserías 35,000
Vinaza Destilería 70,000
Residuo industria
de aceite de oliva
150,000
08/01/2011 Dr. R. A. González 35
Efluente DBO (mgl-1) DQO (mgl-1)
Azúcar de remolacha 850 1,150
Efluente doméstico 350 300
Lavado de ropas 1,600 2,700
Almidón de harina 12,000 17,150
• Número de personas (PE), necesario para producir la misma
cantidad de residuos que una instalación industrial dada.
• Se expresa en DBO5
• Se estima en 70 g por persona y día (a 20oC).
– Ejemplo: PE de una fábrica de queso de 1,000,000 litros
por día, equivale a una población de 500.000 habitantes
08/01/2011 Dr. R. A. González 36
Procesos Anaeróbicos Procesos Aeróbicos
Lagunas
Lagunas aireadas naturalmente
Lagunas anaeróbicas
Lagunas anaeróbicas cubiertas
Lagunas aireadas
Lagunas facultativas
Lagunas de maduración (post tratamiento)
Procesos de poco mantenimiento, con baja energía:
Tanques sépticos
Tanques Imhoff
Filtros de grava
Cascadas
Procesos intensivos de alto rendimiento:
Reactor de cama de lodo (UASB)
Reactor de cama fluidizada
Reactor de cama fija
Procesos de lodo activado
Filtros percoladores
Discos biológicos fijos
08/01/2011 37 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 38
Fosa Séptica
08/01/2011 Dr. R. A. González 39
Tanque Imhoff
08/01/2011 Dr. R. A. González 40
– La digestión se puede realizar de forma aerobia o anaerobia.
–Procesamiento Aerobio:
• Lodos Activados
–Procesamiento anaerobio:
•Digestión anaerobia
08/01/2011 41 Dr. R. A. González
08/01/2011 42 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 43
• El proceso de lodo activado es más
sencillo y fácil de regular, pero su costo de
operación es mayor y energéticamente es
menos eficiente
• La digestión anaerobia es más compleja,
pero es muy eficiente energéticamente
• Con las nuevas tecnologías desarrolladas
las plantas anaerobias se convierten en
fiables y competitivas.
08/01/2011 44 Dr. R. A. González
08/01/2011 45 Dr. R. A. González
• Producción de electricidad y energía térmica
• Producción de fertilizante de alta calidad
• Obtención de ingresos por la venta de fertilizantes y energía
• Mejora de las condiciones higiénicas, mediante la reducción de patógenos, moscas y huevos de lombrices
• Ventajas ambientales debido a la protección del suelo, agua y aire
• Beneficios macro económicos por generación de energía descentralizada y protección del medio ambiente
• Se puede negociar la venta de Certificados de Reducción de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero
08/01/2011 46 Dr. R. A. González
• El tratamiento anaerobio ha llegado a ser un enfoque
aceptado y estandarizado para el tratamiento de aguas
residuales industriales con elevada carga orgánica.
• A esto ha contribuido que durante los pasados 20 años
ha existido un avance significado en el entendimiento de
la microbiología involucrada y en aplicar los principios
fundamentales al diseño y desarrollo de las tecnologías
de tratamiento anaerobio.
• Por lo tanto, dependiendo del tipo de agua residual y
otros factores una tecnología anaerobia en específico
puede ser más apropiada y eficiente en costo que otra
(filtros anaerobios, UASB, lagunas mejoradas, etc.)
08/01/2011 47 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 48
08/01/2011 49 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 50
08/01/2011 Dr. R. A. González 51
08/01/2011 52 Dr. R. A. González
• Procesos para eliminar
H2S de gases residuales
con Thiobacillus
ferrooxidans. La
bacteria se utiliza para
regenerar la solución que
absorbe el H2S
• Biofiltros para la
eliminación de emisiones
gaseosas con malos
olores y para pequeñas
concentraciones de
compuestos orgánicos
volátiles (VOCs). 08/01/2011 53 Dr. R. A. González
• Se emplea la inyección en el suelo, donde
los m. o. degradan el contaminante
08/01/2011 54 Dr. R. A. González
08/01/2011 Dr. R. A. González 55
08/01/2011 Dr. R. A. González 56
!Gracias por su Atención!