Docstoc

bases de los procesos ambientales

Document Sample
bases de los procesos ambientales Powered By Docstoc
					BASES DE LOS PROCESOS AMBIENTALES
Tema 2

RECURSO
Cualquier elemento que obtenemos del medio, vivo o inerte, para satisfacer nuestras necesidades y deseos. Los recursos pueden ser:
–Tangibles (Materiales) Minerales, H2O, etc –Intangibles (No materiales) Capital intelectual

Algunos recursos están directamente disponibles para su uso (aire y agua puros), pero la mayoría precisan de nuestro ingenio para hacerlos disponibles a precios asequibles

Recursos

Perennes

Renovables

No renovables

Energía solar directa Vientos, mareas, ríos

Aire no contaminado Agua no contaminada Suelo fértil Vegetales y animales

Combustibles fósiles Minerales metálicos (Fe, Cu, Al,..) Minerales no metálicos (arcilla, arena,..)

Algunos recursos no renovables pueden ser reciclados o reutilizados

En algunos casos puede encontrarse un sustituto para un recurso no renovable escaso o caro

Degradación ambiental
• Se produce cuando se excede la velocidad máxima a la que un recurso potencialmente renovable puede ser utilizado sin reducir su reserva disponible (rendimiento sostenido)
V max

DEGRADACION DEL RECURSO

REGENERACION NATURAL DEL RECURSO

Recursos no renovables
No descubierto

Identificado
Económico

Consumido

Reservas

Recursos

Reservas: Recurso identificado que cuya extracción es técnica y económicamente viable

Consumo de recursos
A) Crecimiento exponencial

dP  rP dt
Donde P es la Producción (Consumo) del recurso y r = velocidad de crecimiento [=] t

P  P0e

rt

P = P0 e r t
P0
t=0
Tiempo

Q
t

Q  P0  e rt dt
0

t

Q = Recursos totales producidos desde t = 0 hasta t

P0 = producción inicial
r = Velocidad de crecimiento de la producción

P0 rt Q   P0 e dt  e r 0
rt

t

t 0

P0 rt  e 1 r





1  rQ  T  ln   P  1  r  0 

T = Tiempo para Consumir una cantidad de recurso Q

B) Teoría de Hubbert: Consumo según una función normal
Modelo introducido por Hubbert en 1956 Pm

Tiempo

tm  = desviación estándar

 1  t  t m  P  Pm exp    2     

Q   Pdt




Q    Pm 2

Q = Cantidad total de recursos

Producción Mundial de Petróleo
90000
2ª crisis energética: revolucion iraní

Miles de Barriles por dia

80000 70000 60000

1ª crisis energética:

y = 9E-06e0.0114x R2 = 0.8496

Embargo OPEP

Guerra del golfo

50000 40000 30000 1965 Official Energy statitics from the US Goverment EIA; http://www.eia.doe.gov/emeu/ipsr/appc.html 1970 1975 1980 1985 Año 1990 1995 2000 2005

AMBIENTE GLOBAL
· COMPONENTE ABIÓTICO Atmósfera (Aire) Hidrosfera (Océanos, ríos, lagos, aguas subterráneas,..) Litosfera (Tierra) · COMPONENTE BIÓTICO Organismos vivos (bacterias, hongos, plantas, animales, etc) Materia orgánica muerta (Organismos muertos y productos residuales)

NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN EL COMPONENTE BIÓTICO
INDIVIDUO POBLACIÓN (Grupo de individuos de la misma especie en una zona y tiempo) COMUNIDAD (Diferentes especies en una misma zona) ECOSISTEMA (Conjunto formado por una comunidad natural y su ambiente físico. p. ej. Bosque tropical, desierto) BIOMA (Ecosistemas que se desarrollan bajo condiciones ambientales similares en zonas diferentes. p. ej. Bioma del desierto) BIOSFERA (Parte del planeta donde se desarrolla la vida incluye atmósfera, océanos, y tierra)

Célula: Elemento fundamental de vida

Componentes básicos:
• Membrana celular: Control de las interacciones célula-entorno • Pared celular: Confiere rigidez y protege a la membrana

• Citoplasma: Medio intracelular de reacción
• Cromosomas: almacenan el código genético • Ribosomas: Convierten el código genético en enzimas, proteinas, etc.. • Enzimas: Catalizadores de reacciones bioquímicas

Todos los organismos están divididos en 3 dominios

Procariotas: Células que no tienen su cromosoma en el interior del núcleo. Unicelulares

Eucariota: Núcleo diferenciado. Uni o multicelulares celulares

Clasificación de los organismos
Grupo Eucariotas Estructura celular Eucariota Características Organismos

Multicelular con Plantas diferenciación de células Animales y tejidos Protistas (algas, Unicelular o micelial; sin hongos, protozoos) diferenciación de tejidos. Unicelulares Química celular específica La mayor parte de las bacterias Metanógenos, halófilos, termoacidófilos

Bacterias Archaea

Procariota Procariota

Microorganismos de interés en Tecnología del Medio Ambiente
Bacterias . Procariotas. Consumen materia orgánica soluble. Tamaño 0,5 a 15 m. Fórmula empírica aproximada de la fracción orgánica es C5H7NO2.

Pseudomonas

Agregado Bacteriano

Clasificación por forma:
Cocos / Bacilos / Curvas

Clasificación por Tinción de Gram (basada en las diferencias entre paredes celulares): Gram positivas / Gram negativas

Composición Quimica de células procariotas Componente Agua Materia seca Orgánica C O H N P Inorgánica 10 Porcentaje 75-80 20-25 90 45 - 55 22 - 28 5-7 8 - 13 1

Formula empírica de la Biomasa C5H7NO2
La proporción relativa de elementos presentes en la célula depende de: - Tipo de microorganismos - Sustratos - Disponibilidad de nutrientes

Composición Macromolecular de células procariotas Componente Proteinas Hidratos de carbono Lípidos Ácidos nucleicos ADN ARN 3 15-20 Porcentaje 50-60 10-15 6-8

Microorganismos de interés en Tecnología del Medio Ambiente
• Hongos. Eucariotas miceliales, no fotosintéticos. Consumen materia orgánica. Pueden crecer en condiciones de baja humedad, lo que no ocurre con las bacterias. Pueden tolerar bajos pH.

Fusarium solani

Hifa de Fusarium

Microorganismos de interés en Tecnología del Medio Ambiente
Levaduras. Eucariotas. Hongos que no pueden formar filamentos (micelio)

Saccharomyces cerevisiae

Microorganismos de interés en Tecnología del Medio Ambiente
Protozoos. Eucariotas aerobios móviles generalmente un orden de magnitud mayores que las bacterias. Actúan como purificadores del efluente (consumen bacterias y materia orgánica particulada).

Epistylis entzii

Uronema nigricans

Microorganismos de interés en Tecnología del Medio Ambiente
Rotíferos. Eucariotas aerobios. Poseen dos juegos de cilios que rotan en la cabeza y que el organismo usa para moverse y capturar bacterias y materia orgánica particulada. Su presencia indica una alta eficacia de purificación en un proceso de tratamiento de aguas.

Tipos de microorganismos
Algas. Eucariotas unicelulares o pluricelulares fotosintéticos. Función oxigenadora en procesos de lagunaje.
CO2

Materia orgánica

Oxidación Bacteriana

Fotosíntesis ALGAS

Biomasa

O2

Luz

Consorcio simbiotico: Chlorella sorokiniana + Bacteria Macro alga

Identificación y clasificación de microorganismos
el pasado: Criterios de identificación basados en características físicas y metabólicas (Forma y tamaño; tinción Gram, aceptores de electrones, espectro de fuentes de carbono, etc…) Hoy en día: Técnicas moleculares de identificación basadas en la secuencia del ARN ribosómico. En

Extracción de ADN

Amplificación del una parte del ADN

Secuenciación

Comparación con secuencias disponibles en bases de datos de colecciones de cultivos

PROCESOS BIOLÓGICOS
• Procesos mediados por la acción de los microorganismos: (Archaeas, Bacterias, Algas, Hongos, Protozoos…)
• Necesidad de: Fuente de carbono y energía Nutrientes (elementos inorgánicos) *- Macro nutrientes N,P,S,K,Mg,Ca,Fe, and Cl *- Elementos traza: Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni, etc Factores de crecimiento (Amino ácidos, vitaminas,..)

Metabolismo: Suma de todos los procesos bioquímicos de la célula. Modo en el que las células obtienen la energía, los elementos y los electrones. Catabolismo: Oxidación de substrato o uso de luz solar para obtener energía Anabolismo: Síntesis celular

Clasificación de los microorganismos por fuentes de energía y carbono
Clasificación Autótrofos Fotoautótrofos Quimioautótrofos Fuente de energía Fuente de carbono Luz CO2 Reacción redox inogánica CO2 Carbono orgánico Carbono orgánico

Heterótrofos Quimioheterótrofos Reacción redox orgánica Fotoheterótrofos Luz

Energía en los procesos biológicos  Reacciones de oxidación reducción Donante de Electrones Transportadores de electrones
Desprendimiento de energía

Aceptor de Electrones

Desprendimiento de energía

Transportadores de Energía: NAD+/NADH + H+ (Catabolismo) y NADP+ / NADPH + H+ (Anabolismo)

Portadores de Energía: ATP/ADP

Aceptores de electrones
La oxidación del contaminante conlleva una perdida de electrones, por consiguiente el proceso requiere un aceptor de electrones

Ambiente Aerobio

Aceptor de electrones Oxígeno

Anaerobio Nitrato Sulfato Dióxido de carbono

Proceso Metabolismo Aerobio Desnitrificación Sulfatoreducción Metanogénesis

Reacciones catabólicas de Interés
Aerobio
Oxidación aerobia C6 H12O6  6O2  6CO2  6 H 2O Nitrificación 3  NH  O2  NO2  2 H   H 2O 2
 4

AG  2880 KJ / mol glucosa

Anaerobio
Desnitrificación 5C6 H12O6  24 NO3  24 H   30CO2  42 H 2O  12 N 2 Reducción de sulfato
2 2C6 H12O6  6SO4   12 H   12CO2  12 H 2O  6 H 2 S

AG  2720 KJ / mol glucosa AG  492 KJ / mol glucosa AG  428 KJ / mol glucosa

Metanogéne sis C6 H12O6  3CO2  3CH 4

Reacciones Globales de Interés
• Tienen en cuenta crecimiento de biomasa P. ej. Aerobio

Sustrato    O2    Nitrogeno  Y  Biomasa    CO2    H 2O

Crecimiento cultivo bacteriano

Fase exponencial Fase endógena

dX  X dt
dX  k d X dt

max

dX  μ  X  kd  X dt Donde   f(S)

max/2

0

0

KS

S Ecuación de Monod: μ  μmax KS  S

concentración de sustrato limitante S

Ks: Constante de saturación: Mide el grado de afinidad del microorganismo por el sustrato. Organismos con Ks pequeño (gran afinidad) ganan la competición por nutrientes

dS 1 dX  dt Y dt

dX Y  dS

Y = Rendimiento celular: biomasa producida por unidad de sustrato

Otros modelos cinéticos
Haldane-Andrews (Inhibición por substrato)    max
S  S2  S  KS   Ki   

Teissier
Moser Contois

  max (1  eS / Ks )

Sn    max n S  KS S    max S  KsX

Factores que influyen en el crecimiento
• pH
– Varía según el tipo de microorganismo – pH óptimo ≈ 7
0.35

Specific growth rate (h -1 )

0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 2 3 4 5 pH 6 7 8 9

Factores que influyen en el crecimiento
Temperatura
PSICRÓFILA MESÓFILA TERMÓFILA 0-15ºC 15 < T < 45ºC 50 < T < 65ºC

  Eg   max  A exp  RT   
A = Constante

Eg = Energía de activación del proceso del crecimiento

Tipo de biomasa
• Suspendida
– Microorganismos libres

• Inmovilizada
– Microorganismos adheridos sobre superficies

Otros Ciclos • Ciclo del nitrógeno • Ciclo del fósforo • Ciclos del azufre

Autodepuración
• Capacidad de un ecosistema para asimilar y transformar los contaminantes que se vierten, mediante procesos físicos, químicos o biológicos

Factores que intervienen en la autodepuración
• • • • • • • • Dilución Gravedad (Sedimentación) Turbulencias (Oxigenación) Luz (fotosíntesis, acción bactericida) Acciones químicas (floculación) Acciones bioquímicas Depredación Antibióticos y toxinas

Referencias
• Ritmann, B.E., McCarty, P. L. Biotecnologia del Medio Ambiente. 2001. Mc Graw Hill. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Parker, J. Brock Biology of Microorganisms. Edn eighth. Prentice Hall nternational, Inc. 1997.

•


				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Stats:
views:2976
posted:6/29/2008
language:Spanish
pages:43
richard quintanilla richard quintanilla computer technician
About