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