NAI: 525
LÍNEA DE ACCIÓN: Energía
SEMANA: 01
TEMA EJE: Cifras Significativas
ACTIVIDAD: “Día de la educación”
REGIÓN: Lima
CATEGORÍA: Análisis Ambiental
______________________________________________________________
APLICACIÓN DEL MÉTODO DE BIOSORCIÓN DE METALES PESADOS
EN EL RÍO RIMAC MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE BIOMAsA
MICROBIANA VIVA Y MUERTA (INMOVILIZADA)
OBJETIVOS:
Encontrar un método de descontaminar el río Rímac que contiene altas concentraciones de metales pesados.
VARIABLES:
Utilización de filtros microbianos.
Independiente:
Disminución de cantidad de metales pesados en el río Rimac.Dependiente:
HIPÓTESIS:
Mediante la colocación de filtros microbianos en el río Rimac se lograría extraer los metales pesados presentes en sus aguas; previniendo así la muerte de miles de especies acuáticas; y la posible intoxicación de los pobladores.
RESUMEN (250 palabras):
Las cifras significativas son los dígitos de un número determinado no nulo; estas son muy útiles cuando deseamos expresar un número en notación científica; al encontrar una cifra muy grande lo que se desea es reducirla para que sea más fácil de expresarla; es así como utilizando la base 10 se logra expresar un número como 6000000000 de una manera más reducida: 6 x 10 9. Esta manera de expresar los números es muy utilizada en todo tipo de trabajos; desde el momento en el que expresamos valores de medición. La región a desarrollar es Lima, la capital del Perú; en la cual podemos hallar un río muy importante el Rímac; que en la antigüedad era de vital importancia debido a la reserva de langostas hallada en sus cauces; pero en la actualidad este río se encuentra demasiado contaminado debido a desechos del hombre; estudios realizados últimamente han demostrado que también se han empezado a hallar desechos de mineras que liberan sus relaves; un ejemplo lo constituye la minera que trabaja en el cerro Tamboraque que debido a grietas en el reservorio de relaves se están filtrando líquidos contaminantes que llegan hasta los ríos que se conectan al Rímac. Para evitar este problema se debería enfatizar la educación debido a que desde este punto parte todo el problema; si los encargados de la minera fueran conscientes y tuvieran conocimientos del daño que hacen sería más fácil reducir la contaminación. Para este problema se había planteado como solución la utilización de biomasa microbiana para la extracción de estos metales que se encuentran dañando gravemente a los seres que habitan en el agua. Estos contaminantes son descargados en la atmósfera y en los ambientes acuáticos y terrestres, principalmente como solutos o partículas y pueden alcanzar concentraciones elevadas, especialmente cerca del sitio de descarga. Los efectos de los metales sobre el funcionamiento de los ecosistemas varían considerablemente y son de importancia económica y de salud pública.
Los microorganismos y sus productos pueden ser bioacumuladores muy eficientes de metales solubles y particulados, especialmente a partir de concentraciones externas
diluidas, por esto las tecnologías basadas en los microorganismos ofrecen una alternativa o ayudan a las técnicas convencionales para la eliminación/recuperación de metales.
El uso de biomasa muerta o productos derivados de ella elimina el problema de la toxicidad, no solo de la provocada por metales disueltos, sino también por condiciones adversas de operación, además del componente económico de mantenimiento incluyendo el suplemento de nutrientes. Sin embargo, las células vivas pueden presentar una variedad más amplia
de mecanismos para la acumulación de metales como el transporte, la formación de complejos extracelulares y la precipitación . De manera adicional, la tolerancia
y resistencia a los metales pesados son propiedades que están muy distribuidas en los microorganismos de todos los grupos. (250 palabras)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
PROCESO DE BIOSORCIÓN DE METALES PESADOS: El término “biosorción”, se utiliza para referirse a la captación de metales que lleva a cabo una biomasa completa (viva o muerta), a través de mecanismos fisicoquímicos como la adsorción o el intercambio iónico. Cuando se utiliza biomasa viva, los mecanismos metabólicos de captación también pueden contribuir en el proceso.
El proceso de biosorción involucra una fase sólida (sorbente) y una fase líquida (solvente, que es normalmente el agua) que contiene las especies disueltas que van a ser sorbidas (sorbato, e. g. iones metálicos). Debido a la gran afinidad del sorbente por las especies del sorbato, este último es atraído hacia el sólido y enlazado por diferentes mecanismos. Este proceso continúa hasta que se establece un equilibrio entre el sorbato disuelto y el sorbato enlazado alsólido (a una concentración final o en el equilibrio). La afinidad del sorbente por el sorbato determina su distribución entre las fases sólida y líquida. La calidad del sorbente está dada por la cantidad del sorbato que puede atraer y retener en forma inmovilizada. Los sistemas que utilizan células vivas pueden emplear tanto una mezcla de microorganismos como de plantas superiores.
Por ejemplo, los florecimientos de algas y bacterias fortalecidos por la adición de aguas residuales, disminuye los metales Cu, Cd, Zn, Hg y Fe de los efluentes mineros.
Los hongos, incluyendo las levaduras, han recibido especial atención con relación a la biosorción de metales, particularmente porque la biomasa fúngica se origina como
un subproducto de diferentes fermentaciones industriales. Células impermeabilizadas con carbonato o detergente, pueden aumentar su captación y acumular metales como gránulos o depósitos intracelulares. Partículas que contienen metales, por ejemplo, polvode zinc, magnetita y sulfuros metálicos, pueden ser removidas de las soluciones por la biomasa fúngica, como la de Aspergillus niger, que es un residuo de la fermentación para producir ácido cítrico, por una combinación de los
procesos de biosorción y atropamiento
BIOSORCIÓN DE METALES PESADOS POR BIOMASA INMOVILIZADA: Las desventajas del uso de biomasa microbiana en suspensión, incluyen su tamaño de partícula tan pequeño, su baja resistencia mecánica y la dificultad para separar la
biomasa del efluente. Sin embargo, el uso de partículas de biomasa inmovilizada en reactores de cama empacada o fluidizada, disminuye estas desventajas.La biomasa
viva inmovilizada, tiene primero que tomar la forma de biopelícula sobre soportes preparados a partir de una variedad de materiales inertes. Estas biopelículas se han utilizado en diferentes configuraciones de biorreactores, incluyendo los discos biológicos rotatorios, los reactores de cama fija, los filtros de percolación, las camas fluidizadas y los biorreactores. Los "pellets" de los reactores anaerobios de flujo ascendente también pueden ser integrados a un proceso de biosorción.
Estos "pellets" tienen de por sí un tamaño uniforme y un estado inmovilizado natural, por lo tanto no requieren de una preparación posterior. Resultan adecuados para su
aplicación en reactores de columna. Sin embargo, su baja capacidad de biosorción (1.9 mg g-1 de Zn y Cd) puede limitar su aplicación. Adicionalmente al uso de biopelículas,
se ha inmovilizado biomasa viva o muerta de todos los grupos microbianos, por encapsulación o entrecruzamiento. Los soportes que se han utilizado para la inmovilización de biomasa microbiana incluyen el agar, la celulosa, los alginatos, las poliacrilamidas, la sílica gel y el glutaraldehído. La biomasa generalmente se mezcla con los agentes de inmovilización en densidades de 4 a 6 % de biomasa por 1% del soporte (p/p) reduciéndose por lo tanto la cantidad requerida de agente. La biomasa microbiana puede ser usada en su estado “natural” o modificada, por ejemplo por medio de un tratamiento alcalino, para mejorar la eficiencia de biosorción. Después de su captación, los metales se separan de la biomasa utilizando ácido sulfúrico, hidróxido de sodio o agentes quelantes y son recuperadosutilizando métodos químicos. Los gránulos de biomasa son regenerados por medio de un tratamiento alcalino para su uso repetido. El uso de biomasa inmovilizada de Rhizopus arrhizus adicionada de polímero, mejora la eliminación de uranio. Se han utilizado camas fluidizadas con biomasa de Chlorella vulgaris y Spirulina platensis inmovilizadas en alginato y en poliacrilamida para eliminar diversos metales, incluyendo Cu, Pb, Zn y Au, a partir de mezclas y se han desarrollado varios esquemas para la recuperación selectiva de estos metales. El alginato y la poliacrilamida presentan buena resistencia a la presión hidrostática y a la degradación mecánica, sin embargo, se cree que la poliacrilamida no es lo suficientemente fuerte para aplicaciones comerciales.
La recuperación selectiva de los metales se lleva a cabo por medio de un tratamiento con reactivos químicos apropiados, después del cual la biomasa regenerada retiene aproximadamente el 90 % de su capacidad original para captar metales, aún después de 18 meses de un uso regular.
DATOS / RESULTADOS:
El desarrollo potencial de los sistemas microbianos para la recuperación de metales, depende de muchos factores que incluyen la capacidad, eficiencia y selectividad del biosorbente, su facilidad de recuperación, su equivalencia con los tratamientos físicos y químicos actualmente en uso, así como su economía y tolerancia en contra de interferencias de otros componentes de los efluentes ó de las condiciones de operación. Se ha sugerido que para poder competir con las tecnologías existentes, las eficiencias de remoción tienen que ser > 99 % y sus capacidades de carga deben ser > 15 mg/g.
FOTOS:
En esta imagen se muestra un sistema para dismin
uir la contaminación por metales tóxicos.
LÍNEA DE ACCIÓN: Energía
SEMANA: 01
TEMA EJE: Cifras Significativas
ACTIVIDAD: “Día de la educación”
REGIÓN: Lima
CATEGORÍA: Análisis Ambiental
______________________________________________________________
APLICACIÓN DEL MÉTODO DE BIOSORCIÓN DE METALES PESADOS
EN EL RÍO RIMAC MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE BIOMAsA
MICROBIANA VIVA Y MUERTA (INMOVILIZADA)
OBJETIVOS:
Encontrar un método de descontaminar el río Rímac que contiene altas concentraciones de metales pesados.
VARIABLES:
Utilización de filtros microbianos.
Independiente:
Disminución de cantidad de metales pesados en el río Rimac.Dependiente:
HIPÓTESIS:
Mediante la colocación de filtros microbianos en el río Rimac se lograría extraer los metales pesados presentes en sus aguas; previniendo así la muerte de miles de especies acuáticas; y la posible intoxicación de los pobladores.
RESUMEN (250 palabras):
Las cifras significativas son los dígitos de un número determinado no nulo; estas son muy útiles cuando deseamos expresar un número en notación científica; al encontrar una cifra muy grande lo que se desea es reducirla para que sea más fácil de expresarla; es así como utilizando la base 10 se logra expresar un número como 6000000000 de una manera más reducida: 6 x 10 9. Esta manera de expresar los números es muy utilizada en todo tipo de trabajos; desde el momento en el que expresamos valores de medición. La región a desarrollar es Lima, la capital del Perú; en la cual podemos hallar un río muy importante el Rímac; que en la antigüedad era de vital importancia debido a la reserva de langostas hallada en sus cauces; pero en la actualidad este río se encuentra demasiado contaminado debido a desechos del hombre; estudios realizados últimamente han demostrado que también se han empezado a hallar desechos de mineras que liberan sus relaves; un ejemplo lo constituye la minera que trabaja en el cerro Tamboraque que debido a grietas en el reservorio de relaves se están filtrando líquidos contaminantes que llegan hasta los ríos que se conectan al Rímac. Para evitar este problema se debería enfatizar la educación debido a que desde este punto parte todo el problema; si los encargados de la minera fueran conscientes y tuvieran conocimientos del daño que hacen sería más fácil reducir la contaminación. Para este problema se había planteado como solución la utilización de biomasa microbiana para la extracción de estos metales que se encuentran dañando gravemente a los seres que habitan en el agua. Estos contaminantes son descargados en la atmósfera y en los ambientes acuáticos y terrestres, principalmente como solutos o partículas y pueden alcanzar concentraciones elevadas, especialmente cerca del sitio de descarga. Los efectos de los metales sobre el funcionamiento de los ecosistemas varían considerablemente y son de importancia económica y de salud pública.
Los microorganismos y sus productos pueden ser bioacumuladores muy eficientes de metales solubles y particulados, especialmente a partir de concentraciones externas
diluidas, por esto las tecnologías basadas en los microorganismos ofrecen una alternativa o ayudan a las técnicas convencionales para la eliminación/recuperación de metales.
El uso de biomasa muerta o productos derivados de ella elimina el problema de la toxicidad, no solo de la provocada por metales disueltos, sino también por condiciones adversas de operación, además del componente económico de mantenimiento incluyendo el suplemento de nutrientes. Sin embargo, las células vivas pueden presentar una variedad más amplia
de mecanismos para la acumulación de metales como el transporte, la formación de complejos extracelulares y la precipitación . De manera adicional, la tolerancia
y resistencia a los metales pesados son propiedades que están muy distribuidas en los microorganismos de todos los grupos. (250 palabras)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
PROCESO DE BIOSORCIÓN DE METALES PESADOS: El término “biosorción”, se utiliza para referirse a la captación de metales que lleva a cabo una biomasa completa (viva o muerta), a través de mecanismos fisicoquímicos como la adsorción o el intercambio iónico. Cuando se utiliza biomasa viva, los mecanismos metabólicos de captación también pueden contribuir en el proceso.
El proceso de biosorción involucra una fase sólida (sorbente) y una fase líquida (solvente, que es normalmente el agua) que contiene las especies disueltas que van a ser sorbidas (sorbato, e. g. iones metálicos). Debido a la gran afinidad del sorbente por las especies del sorbato, este último es atraído hacia el sólido y enlazado por diferentes mecanismos. Este proceso continúa hasta que se establece un equilibrio entre el sorbato disuelto y el sorbato enlazado alsólido (a una concentración final o en el equilibrio). La afinidad del sorbente por el sorbato determina su distribución entre las fases sólida y líquida. La calidad del sorbente está dada por la cantidad del sorbato que puede atraer y retener en forma inmovilizada. Los sistemas que utilizan células vivas pueden emplear tanto una mezcla de microorganismos como de plantas superiores.
Por ejemplo, los florecimientos de algas y bacterias fortalecidos por la adición de aguas residuales, disminuye los metales Cu, Cd, Zn, Hg y Fe de los efluentes mineros.
Los hongos, incluyendo las levaduras, han recibido especial atención con relación a la biosorción de metales, particularmente porque la biomasa fúngica se origina como
un subproducto de diferentes fermentaciones industriales. Células impermeabilizadas con carbonato o detergente, pueden aumentar su captación y acumular metales como gránulos o depósitos intracelulares. Partículas que contienen metales, por ejemplo, polvode zinc, magnetita y sulfuros metálicos, pueden ser removidas de las soluciones por la biomasa fúngica, como la de Aspergillus niger, que es un residuo de la fermentación para producir ácido cítrico, por una combinación de los
procesos de biosorción y atropamiento
BIOSORCIÓN DE METALES PESADOS POR BIOMASA INMOVILIZADA: Las desventajas del uso de biomasa microbiana en suspensión, incluyen su tamaño de partícula tan pequeño, su baja resistencia mecánica y la dificultad para separar la
biomasa del efluente. Sin embargo, el uso de partículas de biomasa inmovilizada en reactores de cama empacada o fluidizada, disminuye estas desventajas.La biomasa
viva inmovilizada, tiene primero que tomar la forma de biopelícula sobre soportes preparados a partir de una variedad de materiales inertes. Estas biopelículas se han utilizado en diferentes configuraciones de biorreactores, incluyendo los discos biológicos rotatorios, los reactores de cama fija, los filtros de percolación, las camas fluidizadas y los biorreactores. Los "pellets" de los reactores anaerobios de flujo ascendente también pueden ser integrados a un proceso de biosorción.
Estos "pellets" tienen de por sí un tamaño uniforme y un estado inmovilizado natural, por lo tanto no requieren de una preparación posterior. Resultan adecuados para su
aplicación en reactores de columna. Sin embargo, su baja capacidad de biosorción (1.9 mg g-1 de Zn y Cd) puede limitar su aplicación. Adicionalmente al uso de biopelículas,
se ha inmovilizado biomasa viva o muerta de todos los grupos microbianos, por encapsulación o entrecruzamiento. Los soportes que se han utilizado para la inmovilización de biomasa microbiana incluyen el agar, la celulosa, los alginatos, las poliacrilamidas, la sílica gel y el glutaraldehído. La biomasa generalmente se mezcla con los agentes de inmovilización en densidades de 4 a 6 % de biomasa por 1% del soporte (p/p) reduciéndose por lo tanto la cantidad requerida de agente. La biomasa microbiana puede ser usada en su estado “natural” o modificada, por ejemplo por medio de un tratamiento alcalino, para mejorar la eficiencia de biosorción. Después de su captación, los metales se separan de la biomasa utilizando ácido sulfúrico, hidróxido de sodio o agentes quelantes y son recuperadosutilizando métodos químicos. Los gránulos de biomasa son regenerados por medio de un tratamiento alcalino para su uso repetido. El uso de biomasa inmovilizada de Rhizopus arrhizus adicionada de polímero, mejora la eliminación de uranio. Se han utilizado camas fluidizadas con biomasa de Chlorella vulgaris y Spirulina platensis inmovilizadas en alginato y en poliacrilamida para eliminar diversos metales, incluyendo Cu, Pb, Zn y Au, a partir de mezclas y se han desarrollado varios esquemas para la recuperación selectiva de estos metales. El alginato y la poliacrilamida presentan buena resistencia a la presión hidrostática y a la degradación mecánica, sin embargo, se cree que la poliacrilamida no es lo suficientemente fuerte para aplicaciones comerciales.
La recuperación selectiva de los metales se lleva a cabo por medio de un tratamiento con reactivos químicos apropiados, después del cual la biomasa regenerada retiene aproximadamente el 90 % de su capacidad original para captar metales, aún después de 18 meses de un uso regular.
DATOS / RESULTADOS:
El desarrollo potencial de los sistemas microbianos para la recuperación de metales, depende de muchos factores que incluyen la capacidad, eficiencia y selectividad del biosorbente, su facilidad de recuperación, su equivalencia con los tratamientos físicos y químicos actualmente en uso, así como su economía y tolerancia en contra de interferencias de otros componentes de los efluentes ó de las condiciones de operación. Se ha sugerido que para poder competir con las tecnologías existentes, las eficiencias de remoción tienen que ser > 99 % y sus capacidades de carga deben ser > 15 mg/g.
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En esta imagen se muestra un sistema para dismin
uir la contaminación por metales tóxicos.ESTADÍSTICAS:
