biosorcion de metales pesados -unprg

1. UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
Biosorción de metales pesados
Huaman Minga Nolver William
Jordan Chancafe Hart

2. INTRODUCCION

3. Concentraciones
bajas y casi
indetectables
La concentración se eleva
llegando a ser TÓXICA

5. 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

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Matrices de inmovilización para el estudio remoción de metales

10. BIOMASA DE USO POTENCIAL COMO BIOSORBENTE DE
METALES PESADOS

11. BIOMASAS USADAS PARA LA REMOCIÓN DE METALES
PESADOS DE SOLUCIONES ACUOSAS

12. BIOQUIMICA

13. Mecanismos de interacción entre
metales pesados y microorganismos

14. Expulsión de metales pesados en
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.

15. 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.
PROCESO
QUIMIOSMÓTICO
El transporte de Iones
involucra Intercambio con
Protones
Participan residuos de
Histidina
Aspartato
Glutamato

16. 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
Periplásmico
Proteína CadA:
Codificada en un
Plasmido de
Staphylococcus Aureusc

17. SISTEMA DE EXPULSIÓN DE CATIONES
3. Familia RND
Sus miembros participan
en Procesos de:
Resistencia
Nodulación
División 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 las
membranas 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

18. 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:
ArsB
ArsA (Proporciona la
energía)
ArsC
Expulsado
por Complejo
ArsAB
Expulsa: Cromato del
Citoplasma.

19. Sistemas bacterianos que expulsan iones tóxicos

20. BIOPROCESO

21. PROCESO DE BIOSORCION DE METALES

24.  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

25.  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 con
HNO3 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

26.  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

27. IMPORTANCIA

28. 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

30.  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