CURSO BIO-REMEDIACIÓN EN TIEMPOS MODERNOS: UNA ESTRATEGIA ECO-AMIGABLE

Un poco de historia: Contaminación doméstica e industrial. Problemas asociados a conglomerados urbanos: Londres, Paris, Buenos Aires. El nacimiento de la ingeniería sanitaria.

Que hacer con las aguas negras? Problema severo en conglomerados urbanos

•600 AC los romanos ya construyeron sistema de alcantarillado •Siglo XII se retoma la idea y se comienzan a construir conductos de drenaje por debajo de principales avenidas (claro, el problema es que no habia avenidas…) • Siglos XII-XVIII Excrementos y orina tienen “valor” sistemas de letrina con vaciado periódico. •Siglo XVIII concepto de “miasmas” como productores de enfermedades. Recien aceptado en Siglo XIX- •1843 primera red de alcantarillado (Hamburgo) •Paris, transformación del rio Bievre en cloaca •Controversia entre defensores de disposición en tierra y alcantarillado. 1840, Londres epidemia de Colera 1848 Londres “gran hedor” 1855Londres nuevo alcantarillado 1851-1870 Paris adopta la “solución inglesa” cloacas debajo de las grandes

avenidas abiertas por Haussmann.

“La remoción de los excrementos por medio del agua fue entonces una solución incuestionable por los mismos ingenieros sanitarios y los defensores de la lucha contra los “miasmas” rechazando a priori otras soluciones tales como las soluciones “secas”. Cabe mencionar que en aquella época las aguas negras del alcantarillado se descargaban en los ríos, de las ciudades europeas o en campos abiertos periféricos. El alcantarillado tiene como resultado simplemente, desplazar la contaminación del lugar mientras las enfermedades continúan: el cólera y la tifoidea matan a miles de personas cada año. Como lo mostraron los trabajos de Corbin (1982) el “higienismo” no nace de las teorías de Pasteur,se trataba de poner los “miasmas” de los pozos negros fuera del alcance de las narices delicadas de la burguesía, la teoría de los “miasmas” nunca fue una teoría científica sino más bien una construcción social del olor”.

EL ALCANTARILLADO SANITARIO COMO MODELO GLOBAL DE CONSTRUCCIÓN DE RIESGO LOCAL 1 Joel Audefroy2

….Donde queda afuera?

ADENTRO AFUERA

Y Buenos Aires?

1874-1893 1911-1919 1939-1946

Primera ciudad americana con suministro y distribución de agua potable (1869)

Construcción de diferentes colectores cloacales que terminan desaguando en Berazategui

Sin embargo…. En 1882 se construye la ciudad de La Plata, con su toma de agua potable y potabilizadora en Punta Lara…aguas debajo de la descarga!!!! El “afuera” devino “adentro” la planta depuradora cloacal aun no está construida….

Prncipios de siglo XX Saneamiento, tratamiento Mediados de siglo XX: Europa comienza con planes enormes para saneamiento con construcción de depuradoras y tratamiento de aguas.

CHaObNc + O2 CO2 + H2O + X

X

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

X

Río Reconquista

Área de estudio (La Carcova)

Canal José León Suárez “Zanjón

Estación José León Suarez. Línea Ex Mitre

Acumulación Sedimento – DQO agua 350/1000

Acumulación Sedimento + DQO agua 300/500

Acumulación Sedimento +++ DQO agua 160

Acumulación Sedimento +++ DQO agua 90

Considerando una velocidad lineal de corriente de 0,2 m/seg en todo el recorrido, un elemento de volumen considerando flujo pistón tardaría 5,8 horas en llegar al Reconquista. Utilizando una aproximación de primer orden para la estabilización de materia orgánica d L / dt = k L donde L es la carga orgánica expresada en unidades de DQO, con los datos mencionados anteriormente se obtiene una velocidad específica de estabilización (k) de 0,2 h-1 resultado que significa que la capacidad de autodepuración del sistema es formidable.

Esta velocidad de estabilización no se puede atribuir a los procesos de oxidación tradicionalmente estudiados en ingeniería sanitaria. DEBEN existir otros procesos que justifiquen dicha velocidad

Participación Social en el Monitoreo y Remediación de la Contaminación Ambiental. R. Gutierrez, S. Grinberg, G. Curutchet. Ambiente & Sociedade. vol.15, n.2, pp. 173-194. ISSN 1414-753. 2012

Procesos fundamentales en biorremediación: Procesos redox. •Estabilización (transformación en biomasa, CO2, H2O etc.) •Fotosíntesis Procesos de transferencia de compartimiento •Adsorción •Precipitación

Procesos fotocatalizados Procesos en “fase sólida”

Oxígeno disuelto, pH, temperatura.

Material que demanda oxígeno

Nutrientes

Sólidos suspendidos

Sales

Metales y compuestos orgánicos tóxicos

Microorganismos patógenos.

Parámetros de calidad de aguas

Parámetro Valor típico (mg/l)

Sólidos en suspensión volátiles 240

inertes 60

totales 300

Sólidos disueltos volátiles 175

inertes 265

totales 440

DBO5 300

DQO 400

Nitrógeno total 40

Fosforo total 10

Alcalinidad 100 (en CaCO3 )

Conductividad

Grasas y Aceites 10 % (fracción soluble

Proteinas 10 %

Hidratos de carbono 60 %

Coliformes totales 100- 1000 (x 10 6) NMP/l

Coliformes fecales 10-100 (x 10 6) NMP/l

Metales Pesados

Pesticidas

Aguas residuales domésticas.

CHaObNc + O2 CO2 + H2O + X

X

CHaObNc + NO3- CO2 + N2 + X (Desnitrificantes)

CHaObNc + SO4- CO2 + H2S + X (sulfato redutoras)

CHaObNc CO2 + H2O + X + Prod. (Fermentativas)

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

2) Respiración

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

X

CHaObNc + O2 CO2 + H2O + X

X

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

2) Respiración

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Descargas o eutroficación, no solo aportan C orgánico sino tambien nutrientes.

Solubilidad del oxígeno muy baja

Parámetros DBO, DQO

Velocidad de consumo

Velocidad de reaireación

CHaObNc + O2 CO2 + H2O + X

X

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

2) Respiración

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

vO2 = qO2 X

vX = X

vS = qs X

OTR= K (C* - C)

vO2 = qO2 X < OTR= K (C* - C)

OTRmax = K C*

Modelos de crecimiento microbiano. Estequiometría Cinética Transferencia de oxígeno Cultivos batch Cultivos continuos

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

1) Fotosíntesis

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Biomasa (X)

h

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

1) Fotosíntesis

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Biomasa (X)

h

Zona eufótica

Absorción en visible. Inhibición UV

Profundidad Crítica

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

1) Fotosíntesis

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Biomasa (X)

h

CO2 + H2O HCO3- + H+

CO32- + H+

M+2

MCO3

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

1) Fotosíntesis

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Biomasa (X)

h

CH1.8O0.5N0.2 (P, Mg, Ca, etc)

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

1) Fotosíntesis

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Biomasa (X)

h

CH1.8O0.5N0.2 (P, Mg, Ca, etc)

Nitrógeno y fósforo fundamentalmente. Ciclos biogeoquímicos

N2 NH4+ NO3

- Fijación (cianobacterias. Nitrogenasa (Fe-Mo proteína)

Nitrificación (aerobios estrictos (O2) autótrofos (CO2)

Nitrosomonas, Nitrobacter

Atmósfera

Descargas puntuales y no puntuales (N orgánico, NO3

-, etc)

amonificación

Desnitrificación (anaerobios) Pseundomonas desnitrificans, Thiobacillus desnitrificans, etc

Ca3 (PO4)2 , FePO4 etc.

HPO42- H2PO4

- H3PO4

PO43-

H+

Biomasa

Precipitaciones

Procesos biológicos fundamentales en ecosistemas acuáticos.

1) Fotosíntesis

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Nutrientes (N, P, S , Ca Mg, Fe....Zn, Mo...etc)

Biomasa (X)

h

CH1.8O0.5N0.2 (P, Mg, Ca, etc)

Nitrógeno y fósforo fundamentalmente. Ciclos biogeoquímicos

CO2 + H2O HCO3- + H+

CO32- + H+

M+2

MCO3

Zona eufótica

Absorción en visible. Inhibición UV

Profundidad Crítica

Océanos Aguas continentales

Eutrofización

Acumulación excesiva de cianobacterias y algas.

Flujo excesivo de carbono el ecosistema

Turbidez

Depleción de oxígeno por consumo

Sedimentación y acumulación béntica de biomasa

Generación de toxinas

Dificultad en potabilización.

METALES PESADOS NO HAY

DEGRADACION

POSIBLE

INMOVILIZACION MOVILIZACION

Los metales pesados suelen tener un comportamiento como ácidos “blandos” de Pearson lo que los hace particularmente afines con aminos, sulfhidrilos y otros grupos funcionales fundamentales de biomoléculas, por lo que su interacción con la biota generalmente lleva a desarrollar mecanismos por toxicidad y acumulación.

Fundamentalmente los metales se asociarán a fases sólidas dadas la

insolubilidad de sus hidróxidos, carbonatos y sulfuros y a su tendencia a

adsorberse a superficies negativamente cargadas tales como arcillas y

coloides.

En forma de sulfuros MS (CuS, CdS, Cr2S3 , ZnS, etc)

Formando óxidos e hidróxidos insolubles

(bajo estado de oxidación) MO, M(OH)2

MO2 , MOOH (MnO2, NiOOH,

etc.)

Formando óxidos insolubles (con alto

estado de oxidación)

Asociados a la matriz

M

M M

M

Acid drainage and metal bioleaching by redox potencial changes in heavy polluted fluvial sediments. N. Porzionato, M. Mellotta, R. Candal and G. Curutchet. Advanced Materials Research. Vol. 825 (2013) pp 496-499. Trans Tech Publications, Switzerland. ISSN 1022-6680.

relación biodisponible / pseudototal

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

S1 S2 S7 aer. S7ana. E19 aer. E19 ana.

sitios

fracció

n

Fe

Cr

Cu

Zn

Acid drainage and metal bioleaching by redox potencial changes in heavy polluted fluvial sediments. N. Porzionato, M. Mellotta, R. Candal and G. Curutchet. Advanced Materials Research. Vol. 825 (2013) pp 496-499. Trans Tech Publications, Switzerland. ISSN 1022-6680.

Biocatalyzed acidification and metal leaching processes in sediments of polluted urban streams. N. Porzionato, R. Candal and G. Curutchet. International Journal of Environment and Health. 7 (1) pp 7-14. 2014. DOI 10.1504/IJENVH.2014.060125

Adsorción

Bacterias, hongos

Plantas acuáticas.

Sedimentos Arcillas Metales pesados

Compresión de los mecanismos involucrados en el destino de los contaminantes

Diseño y optimización de procesos de remediación

Sistema modelo

Biomasa

Contaminantes orgánicos. Estabilización posterior a la adsorción

Biocatalizada en fase sólida Bacterias,

Plantas acuáticas.

Sedimentos

Colorantes

Estudio de sistemas modelo: adsorción de colorantes y estabilización en fase sólida