biotehnologia mediului 2011-2012

Upload: alexandra-gabriela

Post on 05-Apr-2018

230 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    1/47

    Biotehnologia mediului

    Biotehnologia are ca obiect utilizarea integrat a biochimiei, microbiologiei iingineriei pentru obinerea de bunuri industriale, agricole, proteciasntii sau protecia mediului folosind potenialul microorganismelor,celulelor animale sau vegetale cultivate sau unor pri ale acestora

    Obiective:

    1. Eliminarea polurii existente n mediu (ap, sol, aer), prindetecia contaminanilori bioremediere.

    Etapele reduceri i polurii:- determinarea naturi i compuilor chimici poluani

    - determinare concentraiei acestora- alegerea metodei de bioremediere- tratamentul i ndeprtarea poluanilor din mediu prin metoda aleas

    Monitorizarea polurii: bioindicatori, biomarkeri

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    2/47

    Bioindicatori

    Organismele (sau populaiile de organisme) pot oferi informaii despre poluarea mediuluisau cantitatea unor poluani care se gsesc n mediu, prin apariia unor modificrifiziologice, chimice, sau comportamentale. Aceste informaii pot fi obinute prin studierea:

    Coninutului n anumite elemente sau compui chimici Structurii celulare sau morfologiei Modificrii unor procese metabolice sau biochimice Comportamentului Structurii populaiei

    Utilizarea unor bacterii ca bioindicatoripentru pH-ul apei

    Utilizarea trandafirilor ca bioindicatoripentru prezena unor patogeni ai viei de vie

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    3/47

    Biomarkeri

    Imaginea microscopic a unor celule deArthrobacter, coninnd gena gfp, n sol

    Biomarkerii reprezint caracteristici fiziologice, biochimice sau molecularecare permit monitorizarea n mediu a unor organisme care sunt afectate deprezena poluanilor.

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    4/47

    2. Tratarea poluanilor rezultai din procese industriale, agricolesau casnice cror prezen nu poate fi prevenit.

    Bioremedierea poate fi inclus ca etap tehnologic distinct nainte caapele sau gazele reziduale rezultate s fie eliminate n mediu.

    Exemple:

    - epurarea biologic a apelor reziduale casnice i a celor provenite dinanumite industrii (alimentar)

    - degradarea cu microorganisme a hidrocarburilor care ar putea poluamediul

    Xenobiotice - compui organici care nu sunt prezeni n natur

    - eliminarea prin bioremediere a poluan ilor de natur gazoas: bioxid desulf, oxizi de azot, bioxid de carbon - biofiltre

    Reducerea efectului de ser!

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    5/47

    3. Reducerea sau eliminarea surselor de ageni poluani

    Este de preferat s fie aplicate procese care s nu fie nsoite deformarea unor compui cu efect poluant asupra mediului, dect s fienecesar dup aceea degradarea poluanilor respectivi.

    Exemple de tehnologii nepoluante sau cu poluare redus

    Procese biocatalitice : folosirea enzimelor sau bacterii lor pentru a obineanumite produse chimice: peniciline, aminoacizi, medicamente

    Avantaje:- folosirii unor materii prime rennoibile- reducerea energiei necesare procesului- enzimele sau bacteriile sunt biodegradabile, spre deosebire de

    catalizatorii chimici.

    Biopolimeri ob inui cu ajutorul microorganismelor

    Reducerea emisiilor de CO 2 prin folosirea surselor de energie

    alternative, bazate pe biotehnologii, pentru a nlocui resursele

    fosile de energie

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    6/47

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    7/47

    Microorganisme utilizate n biotehnologii

    Condiii pentru ca o struc tur s poat fi considerat form de via:

    s posede o membran celular care s o diferenieze de mediulnconjurtor

    s fie capabil s se reproduc s fie capabil s realizeze nite activiti biochimice cunoscute sub

    denumirea de metabolism s conin ADN, ARN i proteine

    Microorganisme - acele organisme a cror mrime este mai mic de 0,1 mmi nu sunt vizibile cu ochiul liber

    1. Procariote - nu au nucleu individualizati nici membran

    nuclear

    -

    virui, bacterii alge albastre, arheobacterii

    2. Eucariote -organisme mai evoluate care au nucleu i membrannuclear strict individualizate fungii, drojdii

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    8/47

    Bacterii

    Organisme unicelulare formate dintr-o mas protoplasmatic, mrginit de o

    membran rigid, fr a avea un nucleu definit.

    Forma: sfere (coci), bastonae (bacili), spirale (spirili)

    Dimensiuni: 0,5-10 m, uzual n jur de 2 m

    Structura celular a unei procariote

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    9/47

    Fungii (mucegaiuri)

    Organisme eucariote filamentoase

    Caracteristici:

    au aparat vegetati v (tal) bine difereniat n membran, citoplasminucleu formeaz micelii (reele de hife)

    se dezvolt prin nmugurire n mod nelimitat, iar nmulirea are locprin sporulare

    Conidii de PenicilliumHif

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    10/47

    Drojdii

    Ciuperci unicelulare, care se gsesc mai ales n sol

    Caracteristici:

    se pot nmuli prin diviziune (nmugurire) i prin spori. form rotund, eliptic sau alungit dimensiuni cuprinse ntre 4-20m

    Celul de drojdie (imagine microscopic)

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    11/47

    Alge

    Alge verzi Alge roii

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    12/47

    Selectarea i ameliorarea microorganismelor

    Etapele selectrii

    i amelior

    rii microorganismelor

    Izolarea microorganismului sau alegerea sa din coleciile de culturi

    Testarea microorganismului prin realizarea unor culturi pure sau mixte

    Ameliorarea microorganismului prin mutagenez sau inginerie genetic

    Factorii de care depinde dezvoltarea microorganismelor

    Factori fizici: temperatura, lumina, umiditatea, presiunea hidrostatic, agitarea,radiaiile electromagnetice

    Factori chimici: concentraia substanelor nutritive anorganice i organice dinmediu, aciditatea mediului, prezena oligoelementelori factorilor de cretere,concentraia metaboliilori substanelor toxice

    Factori biologici : organismele inferioare sau superioare existente n mediulrespectiv

    Relaiile posibile cu alte organisme: simbioz, metabioz, antagonism,neutralism

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    13/47

    Ameliorarea microorganismelor prin

    mutagenezi inginerie genetic

    Mutanii- indivizi care difer de populaia speciei prin una sau mai multecaracteristici, care se transmit ereditar.

    Mutagenez indus - folosirea de ageni mutageni fizici (radiaiile ultraviolete)sau chimici (etilenimina)

    Ingineria genetic- modificarea materialului genetic (ereditar) al organismuluin scopul eliminrii unor caracteristici nedorite i inducerii altora dorite

    Tehnica ADN recombinat - una sau mai multe gene ale unui organism suntizolate i introduse ntr-un alt organism

    Acidul dezoxiribonucleic (ADN) - macromolecul cu schelet polinucleotidic iform de dublu helix care conine ntr-o form codificat informaia necesarsintezei proteinelori enzimelor, ct i pe cea privind replicarea materialuluigenetic necesar asigurrii reproducerii.Gena - un segment din macromolecula de ADN care ac ioneaz ca unitatefuncional i conine informaia necesar sintezei unei catene polipeptidice

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    14/47

    Structura ADN

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    15/47

    Obiectivele ingineriei genetice

    1. Inserarea unei singure gene strine ntr-un alt organism, pentru a-i conferiacestuia o caracteristic nou

    2. Modificarea felului n care acioneaz o gen existent n organismul dat,avnd ca rezultat schimbarea anumitor caracteristici ale organismului

    respectiv

    3. Inserarea unei gene n organismul gazd, astfel ca acesta s produc uncompus anumit pe care nu l produce n condiii normale, n general oprotein

    Organisme modificate genetic (GMO)

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    16/47

    Factorii care influeneaz dezvoltareamicroorganismelor

    a. Apa

    disponibilitatea apei n sistem - activitatea apei pH-ul srurile coninute posibilii contaminani prezeni

    b. Oxigenul

    Clasificarea microorganismelor n funcie de comportarea lor fat de oxigen:

    v aerobe

    v anaerobe

    Variante intermediare

    - microaerofile- anaerobe facultative

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    17/47

    c. Surse de energie i nutrieni

    Metabolism - totalitatea reaciilor care au loc n celule avnd ca scop generareaenergiei i formarea componentelor necesare celulei

    - anabolism- catabolism

    Tipuri de metabolism celularTipuri de metabolism celular

    Fotoautotrofie -folosirea energiei solare ca surs de energe i bioxid de carbonpentru construirea celulelor

    Ex: plantele i algele

    Fotoheterotrofie -sursa de energie este tot energia solar, ns componentelecelulei sunt construite pe seama unei surse de carbon organicEx: bacteriile verzi nesulfuroase

    Chemoautotrofie - organismele care i procur energia din substane anorganiceiar ca surs de carbon folosesc bioxid de carbonEx: bacteriile nitrifiante

    Chemoheterotrofie -utilizarea compuilor organici att ca surs de carbon ct i deenergie.Ex: majoritatea bacteriilori eucariotelor (fungii, drojdii, animale)

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    18/47

    Metabolismul microorganismelor chemoheterotrofe

    v Degradarea catabolic a hidrailor de carbon cu structur mai complex la

    glucoz, care este apoi degradat la rndul ei la bioxid de carbon i ap, cueliberare de energie.v Energia metaboli c rezultat este

    nmagazinat sub form de ATP

    Metabolismul aerob

    substraturile organice sunt transformate in procese care au loc n mai multe etapentr-o serie de produse cu struc tur mai complex: acid citric, acid glutamic, lizin,proteine bioactive, antibiotice, biostimulatori, etc. sunt intens exoterme

    Metabolismul anaerob (fermenta ii)n general sunt nsoite de degajarea unui gaz (bioxid de carbon) produc mai puin energie dect n cele aerobe produii de fermentaie obinui au n general cifr de oxidare mici pot fi obinuipe mai multe ci metabolice:

    - fermentaia alcoolic - rezult alcool etilic i bioxid de carbon- fermentaia lactic - rezult acid lactic

    - metanogeneza - rezult metan (i bioxid de carbon)

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    19/47

    Principalele componente nutritive

    Apa

    Sursa de energie (sursa de carbon): amidon (din porumb,

    gru, orez, cartofi i altele), melas

    Sursa de azot: azot anorganic (azotai, sruri de amoniu)

    sau azot organic (aminoacizi, proteine)

    extract de porumb, fini rot de soia, fin din semine debumbac, fin din germeni de porumb

    Compui minerali: fosfat, sulfat, clorur, calciu,

    magneziu, sodiu, potasiu

    fosfat monopotasic, sulfat de magneziu, clorur de potasiu,

    carbonat de calciu- microelemente: fier, zinc, cupru, cobalt, mangan

    Factori de cretere: vitamine, hormoni

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    20/47

    d. Temperatura

    Optimul de temperatur al majoritii microorganismelor: 30 -37C

    Microorganisme mezofile - au temperatura optim de cretere ntre 15-45C:

    Microorganisme capabile s triasc n condiii de temperatur extreme:psichrofile - au optimul de temperatur la 15C i pot crete la 0C sau chiar

    mai jos dac au la dispoziie ap lichidtermofile - au optimul de temperatur ntre 45-60Chipertermofile - capabile s creasc la temperaturi de 80-110C.

    e. pH-ul

    Valoarea optim de pH pentru creterea microorganismelor se situeaz n domeniul neutru (in jur de 7,0)

    Tipuri care prefer condiii acide sau alcaline:acidofile - nu pot crete dect la valori de pH cuprinse ntre 1 i 4alcalifile - cresc la valori pH de peste 9

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    21/47

    Realizarea de condiii sterile de cultivare

    Sterilizarea termic: se face cu abur sau aer fierbinte

    Sterilizarea cu radiaii (UV, raze X, etc.): sterilizarea aerului din

    laboratoare biologice sau unele secii de fabricaie

    Sterilizarea prin filtrare: mai ales pentru aerul destinat aerrii

    culturilor de microorganisme aerobe

    Sterilizarea chimic: pentru utilaje, rezervoare, hale de fabricaie

    - substane antiseptice

    - substane dezinfectante

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    22/47

    Dezvoltarea culturilor de microorganisme

    nmulirea microorganismelor prin diviziune transversal

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    23/47

    Fazele dezvoltrii unui microorganism

    Faza de adaptare la mediu (sau lag = ntrziere n lb. englez) - celulelecresc n volum i sintetizeaz proteinele i materialul genetic, dar nc nu se

    nmulesc.

    Faza creterii exponeniale (sau log) - celulele se divid i are loc o cretereconstant a populaiei celulare care se dubleaz la intervale regulate, dup

    fiecare timp de generaie. Populaia este format din celule tinere, dar foartesensibile la factori nocivi.

    Faza staionar (post-log) - datorit srcuirii mediului n resurse nutritivecreterea este mult ncetinit. Numrul diviziunilor scade mult i pe ansamblunumrul de celule rmne constant. Celulele sunt ns mai mature, mairezistente la factori nocivi i unele ncep s sporuleze.

    Faza de declin - majoritatea celulelor mor, celulele sunt btrne isporuleaz intens.

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    24/47

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    25/47

    Cinetica dezvoltrii microorganismelor

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    26/47

    Calculul vitezei de cretereN

    0t 2XX =

    d

    t

    tN =

    dt

    t

    0

    t 2lnX

    Xln =

    tt

    693,0

    X

    Xln

    t

    693,0

    t

    2ln

    t

    XlnXln

    d0

    t

    dd

    0t

    =

    ==

    -

    Xt - numrul de celule prezente dup un anumit timp t

    X0 - numrul iniial de celule

    N -numrul de dublri n intervalul de timp

    td

    - timpul de dublare (timpul de generaie)

    este ecuaia unei drepte cu panta egal cu 0,693/tdcare reprezint viteza de cretere

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    27/47

    Dependena vitezei de cretere de concentra iasubstratului nutritiv. Ecuaia Monod

    SS

    maxCK

    Cvv S

    +=

    vmax - viteza maxim de cretere n condiii optimeCs - concentraia substratuluiKs - constant care exprim afinitatea microorganismului pentru substratul

    respectiv (concentraia de substrat pentru care viteza de cretere estejumtate din cea maxim)

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    28/47

    Bioremedierea

    Definiia bioremedierii : procesul n care deeuri de natur organic sauanorganic sunt degradate n condiii controlate, pe cale biologic, pn la oform netoxic sau la un nivel de concentraie admis de legislaia in vigoare.

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    29/47

    Contaminani importani

    uzine de prelucrare a minereurilorcadmiu, plumb, mercurMetale grele

    uzine chimicenitrofenol, clorfenolFenoli i clorfenoli

    zone miniere, zone militaretrinitrotoluenExplozivi

    aeroporturi, instalaii portuare, uzine

    petrochimice

    instalaii de gazeificare a crbunilor,

    instalaii de producere i utilizare a

    gudroanelor

    benzen, toluen

    compui aromatici polinucleari

    Substane petrochimice

    agricultur, uzine chimice, tratamentul

    lemnului

    compui organofosforiciInsecticide

    tratamentul lemnuluipentaclorfenolFungicide

    agricultur, uzine chimiceatrazin, araclor,

    acid 2,4-diclorfenoxiacetic

    Ierbicide

    agriculturDDT, lindanPesticide

    uzine chimice

    curtorii chimice

    cloroform, tetraclorur de carbon

    tricloretilen

    Solveni

    Surse posibileExemple reprezentativeClase de contaminani

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    30/47

    Evoluia poluanilor care ajung n mediu

    Acumularein sol

    Acumularein apa

    Biodegradare Acumulare inlantul trofic

    Biodegradare Acumularein sol

    Acumularein atmosfera

    Degradare

    se adsorb nu se adsorb solubili in lipide insolubiliin lipide

    nereactivi reactivi

    solubili in apa insolubili in apa

    nevolatili volatili

    POLUANTI

    nedegradabil nedegradabil

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    31/47

    Eliminarea compuilor poluani din sol

    Metode tradiionale: izolarea i acoperirea stratului contaminatndeprtarea stratului contaminat i transportarea lui ntr-un deponeu special

    Metode fizico-chimice:v incinerarea

    v descompunerea chimic (Ex: declorurarea catalizat de baze, oxidareacatalizat de radiaii UV)

    BioremediereControlul i optimizarea unui proces de bioremediere

    - identificarea populaiei microbiene capabile s degradeze poluaniirespectivi,

    - identificarea accesibilitii poluanilor pentru degradare- asigurarea condiiilor pentru biodegradare (compoziia i umiditateasolului, temperatur, pH, factori nutrieni, concentraie de oxigen,concentraii metale grele)

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    32/47

    Microorganisme capabile s degradeze compuii poluani

    Aerobe exemple: Pseudomonas,Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus iMycobacterium. Pot degrada pesticide, alcani, sau hidrocarburi aromatice i demulte ori pot utiliza asemenea compui drept singura surs de carbon i energie.

    Anaerobe - Nu sunt la fel de mult folosite ca cele aerobe, dar exist anumite tipuri

    care au trezit mare interes. Exemplu: microorganismele care pot degrada compuibifenilici policlorurai care se gsesc n sedimentele unor r uri.

    Fungii lignilolitice - Exemplu Phanaerochaete chrysosporium - pot crete pesubstraturi foarte comune ca paie sau coceni de porumb i pot degrada o marevarietate de contaminani persisteni

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    33/47

    Strategii de bioremediere

    1. Folosirea de microorganisme indigene

    2. Stimularea creterii microorganismelor indigene favorizarea degradrii aerobe asigurarea unei cantiti suficiente de

    oxigen

    temperatura mai ridicat va avea efect favorabil

    adugarea unorsubstane fertilizante cu coninut de azot pH-ulsolului - influeneaz att viteza de cretere a microorganismelor

    ct i solubilitatea i prin aceasta accesibilitatea compusului care trebuiedegradat

    controlul coninutului de metale grele

    3. Bioaugmentare - suplimentarea popula iei microbiene care exist

    ntr-o zon contaminat, prin adugarea unui microorganismselecionat, cu scopul de mri viteza de degradare

    4. Utilizarea de mic roorganisme manipulate gen etic

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    34/47

    Tehnici de bioremediere

    Tehnici in situ(adic la faalocului)

    Aratul solului- nivelul deoxigenare al solului cre te icontaminanii vor fi dispui n modmai uniform

    Bioventilaia - favorizareaptrunderii aerului sau oxigenului

    n sol pentru a crete activitateabiologic, concomitent cuevacuarea substan elor volatile

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    35/47

    Tehnici de bioremediere - in situ

    Biobarbotarea - injectarea de aer sub presiune sau oxigen pur n zonacontaminat, care poate fi sol sau ap

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    36/47

    Tehnici de bioremediere - ex situ

    Excavarea i ndeprtarea soluluicontaminat

    Compostarea - combinarea soluluicontaminat excavat cu diferite de euri

    agricole sau forestiere u orbiodegradabile i compostare conformtehnicii cunoscute

    Utilizarea bioreactoarelorVariante constructive: cu agitare,

    cu strat fix, cu strat fluidizat, cu nmol

    activ, vase cilindrice (tobe) rotative

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    37/47

    Schema flux a bioremedierii solului contaminat, prin

    folosirea de microorganisme exogene, n bioreactor

    sol poluat

    excavarea solului

    transportul soluluila bioreactor dezvoltarea culturii

    sterilizare

    cultur demicroorganisme

    Mediu de cultur(ap, nutrieni)

    bioremedierea

    n bioreactor

    sol depoluat

    ap, nutrieni

    aer

    aer

    abur

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    38/47

    Fitoremedierea

    Avantaje

    Poate fi utilizat pentru eliminarea anumitor compu i toxici pe caremicroorganismele nu le pot degrada.

    Este considerat cu 50-80% mai ieftin dect alte alternative, Este superioar estetic Solul nu trebuie excavat

    Dezavantaje

    Durata mai mare a procesului , care necesit cteva cicluri devegetaie, Prezena contaminailor poate reduce considerabil viteza de cre terea plantelor

    Plantele care au acumulat compu ii toxici pot reprezenta un pericolpentru vietile slbatice i pot ajunge n lanul trofic.

    Definiie: utilizarea plantelor pentru ndeprtareacontaminanilori metalelor grele din sol i ap

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    39/47

    Factor de bioconversie

    Condiii ca o plant s poat fi utilizat pentru fitoremedier e

    s tolereze poluantul respectiv s aib vitez mare de cretere i un randament ridicat pe hectar decultur s acumuleze compusul toxic (n general un metal) de preferin npartea care se poate recolta

    s aib un factor de bioconversie ridicat

    Definiia factorului de bioconv ersie: concentraia poluantului n plantraportat la cea din mediu.

    Condiia ca o contaminare s fie redus la mai puin de 50% din valoareainiial n 10 recolte este ca planta respectiv s aib un factor debioconversie de cel pu in 20.

    Hiperacumulatori : plante care pot acumula de 50 -100 ori mai multe metaledect plantele obinuite (aproximativ 400 de specii cunoscute).

    Exemplu: Thlaspi caerulescens poate acumula 10-15 g Zn /kg, dar produce

    numai 2-5 t biomas/ha

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    40/47

    Modaliti pentru realizarea fitoremedierii

    Fitoextracie (Fitoacumulare) ndeprtarea contaminanilor saumetalelor din sol i stocarea lor n plante

    Fitodegradare preluarea de ctre plante a compuilor organici dinsol, sedimente sau ape i degradarea lor

    Fitovolatilizare trecerea poluantului prin corpul plantei, fiind apoivolatilizat prin frunze

    Fitostabilizare transformarea unor specii moleculare n altele maipuin toxice

    Fixarea unor poluani gazoi din atmosfer de ctre plante

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    41/47

    Biormedierea poluan ilor gazoi

    a). Biofiltru

    b). Bioreactor custrat de sol deschis

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    42/47

    Biotehnologiile ca alternative de tehnologii curate

    Tehnologii curate - acele tehnologii care permit reciclarea substanelor,deeurilor sau valorificarea poluanilor ca materii prime secundare.

    Domenii de aplica ie

    obinerea de compui chimici (de tonaj mare i de sintez fin) realizarea de procese industriale mai puin poluante obinerea de energie tratarea apelor reziduale i bioremedierea monitorizarea mediului

    agricultur

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    43/47

    Direcii de dezvoltare

    1. Utilizarea componentelor plantelor ca materii prime pentru produse

    chimice sau ca mediu nutritiv pentru cultivarea microorganismelor:

    hidrai de carbon, proteine, grsimi

    - 70 mil. t produse chimice se obin anual pe baz de plante

    2. Obinerea de compui chimici care sunt metabolii ai microorganismelor:

    etanol, glicerin, aceton, butanol, 1,3-propandiol, acid lactic, acid citric

    3. Obinerea de polimeri biodegradabili de origine microbian:

    acid polilactic, xantan, polihidroxialcanoai

    - Anual se produc 150 mil. t mase plastice, din care 25 mil. t sunt

    nedegradabili i se acumuleaz n mediu

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    44/47

    Produse chimice ob inute prin procedee biotehnologice

    Etanolul

    - se obine prin fermentaia zaharurilor cu drojdii- materie prim de baz n industria chimic, practic orice compus chimic putndu-se obinepornindu-se de la etanol.- bioetanol

    Glicerina

    - produs secundar al fermentaiei alcoolice- pentru a obine cantiti mari de glicerin, calea de metabolizare anaerob a zaharurilortrebuie modificat pentru a se produce cantiti mari de glicerini nu de alcol etilic

    Acetona i butanolul

    - au fost produse prin fermentaie nc din anul 1914, cu bacterii din specia Clostridiumacetobutylicum pe baz de zaharuri, prin fermentaie aerob.

    Avantaje comparativ cu obinerea petrochimic:- folosete materii prime regenerabile- prin inginerie genetic au fost create noi varieti de microorganisme care pot crete pereziduuri- cantitatea mare de ape reziduale care se formeaz nu mai reprezint un dezavantaj- procesul de fermentaie poate avea loc la 60C, iar solvenii produi pot fi izolai dinmediul de fermentaie prin evaporare pe msur ce se formeaz.

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    45/47

    Produse chimice ob inute prin procedee biotehnologice

    1,3-Propandiolul

    - reprezint o materie prim important pentru obinerea unor polimeri,dar are i utilizri de solvent i lubrifiant.- obinerea pe cale biotehnologic a 1,3-propandiolului: din glucoz, cu otulpin de Escherichia colirecombinat

    Acidul lactic

    - se fabric industrial prin fermentaie cu bacterii lactice, din substraturi

    ca glucoz, zaharoz (din melas), maltoz- este folosit ca materie prim pentru lacuri i diverse mase plastice.

    Acidul citric

    - se obine din culturi deAspergillus nigerprin fermentaie pe substraturide glucoz sau zaharoz

    - este utilizat n industria alimentari n industria chimic

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    46/47

    Polimeri de origine microbian

    Xantanul polizaharid produs de microorganismulXanthomonas campestris

    -se produce la un nivel de peste 20.000 toneanual i este utilizat mai ales n industria alimentar.

    Polihidroxialcanoaii de diverse tipuri, de exemplu pol ihidroxibutiraii, produi deun foarte mare num r de specii bacteriene (ca Bacillus megaterium)- se acumuleaz intracelular, ajungnd la un coninut de pn la 90% din greutatea

    n substan uscat a celulei- pot fi produi din resurse regenerabile ( zaharoz, amidon, celuloz, trigliceride),produse secundare (melas, zer, glicerin) sau chimicale (acid propionic, acid4-hidroxibutiric).

    - au dezavantajul c sunt casani i au stabilitatetermic sczut, de aceea se utilizeaz sub formde copolimeri, care au proprietti mai bune

  • 7/31/2019 Biotehnologia mediului 2011-2012

    47/47

    Procese industriale curate realizate cu ajutorulbiotehnologiilor

    Decontaminarea unor materii prime

    - desulfurizarea petrolului- desulfurizarea crbunilor

    Procedee biocatalitice

    - industria detergenilor- hidroliza amidonului la glucozi alte zaharuri fermentesc ibile cu a-amilaziamiloglucozidaz- industria maselor plastice: hidroliza acrilonitrilului la acrilamid (materia primpentru fabricarea poliacrilamidei) cu enzima nitrilaz

    Degradarea i reciclarea deeurilor

    - epurarea biologic a apelor reziduale i obinerea de biogaz