biotecnolgia gris

7/24/2019 Biotecnolgia Gris

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BIOTECNOLOG

MBIENT L

Q.F. MNICA CHIPANA FLORES


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BIOTECNOLOGA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGA

Procesos mediados pormicroorganismo paraconservar el medio

ambiente

BIODEGRADACIN

Eliminacin desustancias

contaminantes

Degradacin demateriales

BIORREMEDIACIN


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Al t ratam iento para remediar s i t ios contaminados,utilizando diversas tecnologasse le conoce con el nombre

genrico de remediacin

El concepto deremediacinhace referencia a laaplicacin deestrategias biolgicas,

fsico - qumicas paraevitar el dao y lacontaminacin delmedio ambiente.


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1) Extraccin o separacin: los contaminantes seextraen y/o separan del sitio contaminado,aprovechando sus propiedades fsicas o qumicas

(por ejm., volatilacin, solubilidad, carga elctrica,etc.) mediante lavado de suelos contaminadosson sales solubles.

2) Aislamiento o inmovilizacin del

contaminante: los contaminantes sonestabilizados, solidificados o contenidos con eluso de mtodos fsicos o qumicos. Por ejm.Solidificacin de suelos usando cemento tipoPortland.


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Las tecnologas de remediacin se pueden clasificaratendiendo a diversos criterios:

a) Segn la estrategia de remediacin: se tienen tres estrategiasbsicas que pueden usarse separadamente o en conjunto. Destruccin del contaminante: esto se logra mediante la

modificacin de su estructura qumica. Por ejem., incineracin

de suelos contaminados con plaguicidas organofosforados.b) Segn el lugar en que se realiza el proceso de remediacin:

se distinguen dos tipos de tecnologas:

In situ: el suelo contaminado es tratado, sin necesidad deretirar el sitio. Este tipo de remediacin se realiza en el mismolugar en donde esta el suelo contaminado. Ejm.Fitorremediacin.

Ex situ: este tipo de tratamiento requiere excavar el sitio,para remover el suelo contaminado y trasladarlo a otro lugar

cercano o lejano. Ejm. landfarming (biolabranza)


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Las tecnologas de remediacin se pueden clasificaratendiendo a diversos criterios:

c) Segn el tipo de tratamiento: este criterio de clasificacinse basa en el principio de la tecnologa de remediacin y sedivide en tres tipos de tratamiento:

Actividades metablicas de :

Bacterias

HongosPlantas

Algas

C.1) Tratamiento Biolgico o Biorremediacin


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C.2) Tratamiento Fsico Qumico

En este caso se aprovechan las propiedadesfsicas y/o qumicas de los contaminantes o delmedio contaminado, para destruir, separar ocontener la contaminacin. Ejm. extraccin conaire de COV.


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C.3) Tratamiento Trmico

Se utiliza el calor para incrementar la volatilizacin,separacin, quemar, descomponer o fundir(inmovilizar) los contaminantes.Ejm. Tratamiento de suelos con vapor.


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BIOTECNOLOGA Y MEDIO AMBIENTE

El crecimiento de la poblacin y el avance de las actividadesindustriales a partir del siglo XX trajeron serios problemas decontaminacin ambiental. Desde entonces, los pases generanms desperdicios, muchos de ellos no biodegradables o que sedegradan muy lentamente en la naturaleza, lo que provoca su

acumulacin en el ambiente sin tener un destino seguro o untratamiento adecuado. En lugares donde no existe control sobre la emisin y el

tratamiento de los desechos, es factible encontrar una ampliagama de contaminantes.

Habitualmente, los casos de contaminacin que reciben mayoratencin en la prensa son los derrames de petrleo. Pero, enel mundo constantemente estn sucediendo acontecimientosde impacto negativo sobre el medio ambiente, incluso en elentorno directo, generados por un gran abanico de agentes

contaminantes que son liberados al ambiente.


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Un ejemplo lo constituyen algunas industrias qumicasque producen compuestos cuya estructura qumicadifiere de los compuestos naturales, y que son utilizadoscomo refrigerantes, disolventes, plaguicidas, plsticos ydetergentes.

El problema principal de estos compuestos es que sonresistentes a la biodegradacin, por lo cual se acumulany persisten en el ambiente y lo perjudican tanto como alos seres vivos, entre ellos el ser humano.

En las ltimas dcadas, entre las tcnicas empleadaspara contrarrestar los efectos de los contaminantes, secomenz a utilizar una prctica llamadabiorremediacin.

BIOTECNOLOGA Y MEDIO AMBIENTE


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QUE ES LA BIORREMEDIACION?

Remocin o destruccin de contaminantes

Organismos vivos o enzimas producidas

Bacterias Protozoos Plantas Hongos Algas

por

como


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Se refiere al espectro de mtodos que utilizan organismos(como bacterias, plantas, hongos, etc.) o productosmetablicos obtenidos a partir de ellos para degradarcontaminantes orgnicos peligrosos o convertircontaminantes inorgnicos en compuestos

ambientalmente menos txicos o no txicos.

Biorremediacin

DEFINICION


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PRINCIPIO DE LA

BIORREMEDIACION

La biorremediacin se basa enla idea de que los organismos

son capaces de tomar cosasdel ambiente y usarlas para sucrecimiento, toman sustanciascontaminadas del medioambiente y las convierten enuna forma no txica.

Algunas bacterias, protistas, yhongos son muy buenos en ladegradacin de molculascomplejas.
http://www.biosci.ohio-state.edu/~rsayre/CDJUGGLE.GIF


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PROCESO DE LA

BIORREMEDIACION1. Los microorganismos producen enzimas que rompen la molcula

contaminante en partes digeribles.2. El contaminante es ingerido y digerido por la clula como nutriente

junto con otras fuentes de energa.

OBJETIVO Convertir sustancias que son peligrosas para los organismos vivos a

productos inertes, de manera que solo queden desechos inofensivosde dichas sustancias.


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Ambientes contaminados


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La BIORREMEDIACINpuede:

Emplear organismos propios del sitio contaminado(autctonos) o de otros sitios (exgenos)

Realizarse in situ o ex situ En condiciones aerobias (en presencia de oxgeno) o

anaerobias (sin oxgeno)

Los procesos de biorremediacin, aunque no todos los

compuestos orgnicos son susceptibles a la biodegradacin, sehan usado con xito para tratar suelos, agua residual , lodos ysedimentos contaminados con:

Hidrocarburos del petrleo , Solventes (benceno y tolueno),

Explosivos (TNT) Clorofenoles (derivados del benceno), Pesticidas, Residuos orgnicos, Conservadores de madera (creosota) e

Hidrocarburos aromticos policclicos (HAPs)


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Tipos de biorremediacin

En los procesos debiorremediacingeneralmente se empleanmezclas de ciertos

microorganismos o plantascapaces de degradar oacumular sustanciascontaminantes tales comometales pesados y

compuestos orgnicosderivados de petrleo osintticos.Bsicamente, los procesosde biorremediacin pueden

ser de tres tipos:


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Las actividades microbianas en el proceso debiorremediacin


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FITORREMEDIACIN: Tipos de fitorremediacin, en donde seindica la zona de la planta en donde ocurre el proceso.

Las plantas pueden incorporar las sustancias contaminantes mediante

distintos procesos,

TIPO PROCESO INVOLUCRADO CONTAMINACIN TRATADA


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TIPO PROCESO INVOLUCRADO CONTAMINACIN TRATADA

Fitoextraccin Las plantas se usan para concentrarmetales en las partes cosechables(hojas y races)

Cadmio, cobalto, cromo, niquel,mercurio, plomo, plomo selenio,zinc

Rizofiltracin Las races de las plantas se usan para

absorber, precipitar y concentrarmetales pesados a partir de efluenteslquidos contaminados y degradarcompuestos orgnicos

Cadmio, cobalto, cromo, niquel,

mercurio, plomo, plomo selenio,zinc istopos radioactivos,compuestos fenlicos

Fitoestabilizacin Las plantas tolerantes a metales seusan para reducir la movilidad de losmismos y evitar el pasaje a napassubterrneas o al aire.

Lagunas de deshecho deyacimientos mineros. Propuestopara fenlicos y compuestosclorados.

Fitoestimulacin Se usan los exudados radiculares parapromover el desarrollo demicroorganismos degradativos(bacterias y hongos)

Hidrocarburos derivados delpetrleo y poliaromticos, benceno,tolueno, atrazina, etc

Fitovolatilizacin Las plantas captan y modifican metales

pesados o compuestos orgnicos y losliberan a la atmsfera con latranspiracin.

Mercurio, selenio y solventes

clorados (tetraclorometano ytriclorometano)

Fitodegradacin Las plantas acuticas y terrestrescaptan, almacenan y degradancompuestos orgnicos para darsubproductos menos txicos o no

txicos.

Municiones (TNT, DNT, RDX,nitrobenceno, nitrotolueno),atrazina, solventes clorados, DDT,pesticidas fosfatados, fenoles y

nitrilos, etc.


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Ventajas y desventajas de la fitorremediacin

Ventajas:

Las plantas pueden ser utilizadas como bombas extractoras debajo costo para depurar suelos y aguas contaminadas.

Algunos procesos degradativos ocurren en forma ms rpidacon plantas que con microorganismos.

Es un mtodo apropiado para descontaminar superficiesgrandes o para finalizar la descontaminacin de reasrestringidas en plazos largos.

Limitaciones:

El proceso se limita a la profundidad de penetracin de lasraces o aguas poco profundas. Los tiempos del proceso pueden ser muy prolongados. La biodisponibilidad de los compuestos o metales es un factor

limitante de la captacin.


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Nuevos desarrollos biotecnolgicos en plantas ybacterias

Entre los desarrollos biotecnolgicos que se estn llevando a cabo paraprocesos de fitorremediacin se encuentran los siguientes: Rizofiltracin para la extraccin de Uranio de aguas subterrneas en

Asthabula, Ohio, EEUU. Rizofiltracin a nivel de cultivo in vitro para detoxificar compuestos

fenlicos en aguas contaminadas (por ejemplo los derivados de losherbicidas tradicionales y contaminantes como el 2,4-D) en la U.N. deRo Cuarto, Crdoba por el grupo de investigacin de la Dra. Elizabeth

Agostini. Fitovolatilizacin de mercurio (Hg) por medio de plantas transgnicas

(Arabidopsis thaliana) que fueron transformadas con dos genes

provenientes de microorganismos que pueden transformar el mercurioinico en mercurio ms estable.

Plantas transgnicas de tabaco con genes provenientes de bacteriasque le permiten detoxificar TNT y GTN en suelos de campos minados.

Plantas transgnicas de Arabidopsis thaliana que toleran la

acumulacin de cadmio, arsnico y mercurio.


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Bacterias Pseudomonas transgnicas que son capaces de degradarcompuestos txicos que contienen cloro en compuestos menos

nocivos. Microorganismos capaces de degradar TNT, un explosivo de gran

potencia y muy agresivo para el entorno. Bacterias capaces de reducir las formas altamente txicas de mercurio

en otras menos txicos y voltiles.

Bacterias que transforman metales del suelo en formas menos txicaso insolubles. Por ejemplo: la reduccin de cromo (Cr+6 a Cr+3). La utilizacin de la bacteria Deinococcus radioduranspara eliminacin

de elementos radiactivos presentes en el suelo y aguas subterrneas.Este microorganismo es un extremfilo que resiste condicionesextremas de radiacin, sequedad, agentes oxidantes y diversoscompuestos mutagnicos.

Cianobacterias a las que se le han introducido genes de bacteriasPseudomonascon capacidad de degradar diferentes hidrocarburos opesticidas.


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PROCESO DE BIORREMEDIACIN

ESCASATRANSPARENCIA

BAJOS NIVELES DE

OXGENO

ALTAS CARGASORGANICAS YNUTRIENTES

SEDIMENTOHISTRICO

AGUA

SEDIMENTO


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PROCESO DE BIORREMEDIACION

TRATAMIENTOBIOLOGICOPOTENCIADO YDIRIGIDO

APLICACIN DELINCULO ADISTINTAPROFUNDIDAD

SEDIMENTO

AGUA


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DIFUSIN DELINCULO ATRAVS DE LOS

INTERSTICIOSSEDIMENTO

AGUA


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DIFUSIN DELINCULO ATRAVS DE LOSINTERSTICIOS

SEDIMENTO

AGUA

SIGUIENTE


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INICIO INMEDIATODE LA ACTIVIDAD

SEDIMENTO

AGUA


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PRIMERASMANIFESTACIONESEN LA MATRIZ

AGUA.

MEJORA DE LATRANSPARENCIA

SEDIMENTO

AGUA


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REDUCCIN DELESPESOR DE LOSSEDIMENTOS

SEDIMENTO

AGUA


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INCREMENTO DELOS NIVELES DEOXGENO EN EL

AGUA

ELIMINACIN DEOLORESMOLESTOS

SEDIMENTO

AGUA


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AUMENTO DE LATRANSPARENCIA

SEDIMENTO

AGUA


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PROLIFERACINDE PLANTAS

ACUATICAS

SEDIMENTO

AGUA


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ACUSADAREDUCCIN DELSEDIMENTO

SEDIMENTO

AGUA


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TRANSPARENCIATOTAL DEL AGUA

SEDIMENTO

AGUA


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RECUPERACIONDE LASCONDICIONES

APROPIADAS PARALA VIDA ACUATICA

SEDIMENTO

AGUA


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SEDIMENTO

AGUA


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APROPIADAS PARA

LA VIDA ACUATICA

SEDIMENTO

AGUA


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SEDIMENTO

AGUA


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SEDIMENTO

AGUA


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A. Tecno logas in s itu

Las tcnicas in situbuscan estimular y crear unambiente favorable para el crecimientomicrobiano a partir de los contaminantes.

Este objetivo generalmente puede lograrse con:

El suministro de aire u oxgeno (bioventeo) El suministro de nutrientes

(bioestimulacin) El suministro de microorganismos

(bioaumentacin)

y/o humedad, adems del control de T y Ph


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BIORREMEDIACION

ATENUACION NATURAL IN SITU EX SITU

BIOESTIMULACION BIOAUMENTACION


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BIOESTIMULACION BIOAUMENTACION

Se utilizan

microorganismosendgenos para

degradar

contaminantes

(subsuelo/aguas

subterrneas

contaminadas).Se estimula la actividad

biolgica de la bacteria

por medio de la

inyeccin de aire a

travs de los pozos.

Estos se instalan en

varios puntos del rea

contaminada, y a travs

de ellos se inyectan

tambin

nutrientes.

Se adiciona un

consorcio de

microorganismos

degradadores del

contaminante.

Este consorciodesarrollado en el

laboratorio es

enriquecido con

nutrientes en una

solucin bioactiva, la

cual es

inyectada a una

profundidad

determinada en los

pozos monitoreados.ALTAMENTE EFECTIVOS


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Bioventeo

El bioventeo es una tecnologa relativamente nuevaSu objetivo es estimular la biodegradacin natural decualquier compuesto biodegradable en condiciones

aerobias.

El aire se suministra en el sitio contaminado a travsde:

pozos de extraccinpor movimiento forzado (extraccin o inyeccin)

con bajas velocidades de flujoEl fin es proveer solamente el oxgeno necesario para

sostener la actividad de los microorganismosdegradadores


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Apl icaciones

Se utiliza para:

Tratar compuestos orgnicos biodegradablessemivoltiles (COSs) o no voltiles.

Favorecer la degradacin de contaminantesadsorbidos

Degradar COVs, por medio de su movimiento a travs

del suelo biolgicamente activo Remediar suelos contaminados con HTPs, solventes

no clorados, pesticidas y conservadores de la madera,entre algunos otros qumicos


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Bioestimulacin La bioestimulacin implica la circulacin de

soluciones acuosas (que contengan nutrientesy/u oxgeno) a travs del suelo contaminado,para estimular la actividad de losmicroorganismos autctonos, y mejorar as la

biodegradacin de contaminantes orgnicos obien, la inmovilizacin de contaminantesinorgnicos in situ (Van Deuren y col., 1997)


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Aplicaciones

Se ha usado con xito para remediar sueloscontaminados con:

GasolinaCOVs (compuestos orgnicos voltiles)Compuestos orgnicos sintticos (COSs), yPesticidas

Estudios a escala piloto, han mostrado labiodegradacin de suelos contaminados condesechos de municiones.


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Biolabranza

Durante el proceso de biolabranza, la superficie delsuelo contaminado es tratado en el mismo sitio pormedio del arado.

El suelo contaminado se mezcla con agentes devolumen y nutrientes, y se remueve peridicamente

para favorecer su aireacin.

Diferencia entre le biolabranza y el composteo

En la biolabranza, se mezcla el suelo contaminado consuelo limpio.

En el composteogeneralmente se realiza sobre el suelo.(Van Deuren y col., 1997).


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Apl icac iones


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Apl icac iones

Los contaminantes tratados con xito por

biolabranza, incluyen :DieselGasolinasLodos aceitosos

PCP, creosota yCoque,Adems de algunos pesticidas y HTPs (Alexander,1994).

Tecnologa de gran escala. Se practica en USA,Canad, Reino Unido, Holanda, Suiza,Dinamarca, Francia y Nueva Zelanda (Reiser-Roberts,1998).

Li i t i


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Limitaciones

La biolabranza debe manejarse con cuidado paraprevenir la contaminacin de acuferos, superficies deagua, aire o en la cadena alimenticia.

El mayor problema es la posibilidad de lixiviados de los

contaminantes hacia suelo y agua.

Por la incorporacin de suelo contaminado en suelolimpio, se genera un gran volumen de material

contaminado. No es recomendable su uso para contaminantes

diluidos, ni tampoco cuando no todos los contaminantesson biodegradables (Van Deuren y col., 1997).


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B. Tecno logas ex s itu

Los procesos de biorremediacin ex situ,incluyen:

(i) Procesos de biodegradacin en fase de lodos,endonde el suelo se mezcla con agua (para formar unlodo), microorganismos y nutrientes; y

(ii) Procesos de biodegradacin en fase slida, en

donde los suelos se colocan en una celda detratamiento (composteo) o sobre membranasimpermeables (biolabranza), en donde se agregaagua y nutrientes (EPA, 2001).


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Apl icaciones

El composteose ha usado con xito para remediar sueloscontaminados con:

PCPGasolinasHTPsHAPs.Se ha demostrado tambin la reduccin, hasta nivelesaceptables, en la concentracin y toxicidad de explosivos

(TNT).

El uso de estrategias de composteo, se ha adoptadoseriamente hasta los ltimos 3 a 5 aos (Van Deuren y col., 1997;Semple y col., 2001).


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Biorremediacin

en fase de lodos

(biorreactores)

Los biorreactores

Pueden usarse para tratar suelos heterogneos ypoco permeables, o cuando es necesario disminuirel tiempo de tratamiento, ya que es posiblecombinar controlada y eficientemente, procesos

qumicos, fsicos y biolgicos, que mejoren yaceleren la biodegradacin (Reiser-Roberts, 1998).


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Uno de los reactores ms utilizados para biorremediar suelos es elbiorreactor de lodos, en el cual el suelo contaminado se mezclaconstantemente con un lquido, y la degradacin se lleva a cabo enla fase acuosa por microorganismos en suspensin o inmovilizadosen la fase slida.

El tratamiento puede realizarse tambin en lagunas construidaspara este fin o bien en reactores sofisticados con control

automtico de mezclado (Alexander, 1994).

Ej l 1 L F lt ti


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Ejemplo 1: Lagunas Facultativas

Disposicin en las lagunas Facultativas


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Disposicin en las lagunas Facultativas

Las lagunas facultativas deben utilizar entradas y salidas mltiples paraaproximarse al flujo de tipo pistn.

Las entradas y salidas mltiples promueven la distribucin uniforme de lodosdepositados en el fondo.

Ejemplo: Lagunas Aereadas


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Ejemplo: Lagunas Aereadas


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Lagunas aireadas

Proceso de Fangos Activados


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g

Puede definirse como una

masa floculenta que se

produce cuando un agua

residual se aerea de forma

continua.Est compuesta por

microorganismos que son

capaces de romper y

metabolizar los principales

contaminantes presentes enel agua residual.

Microorganismos

(bacterias)

Materia

orgnica

Oxigeno

(aereadores)

Licor Mezcla

LODOS ACTIVADOS


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Apl icaciones
http://lodosactivados.homestead.com/files/home.htm


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Apl icaciones

Los biorreactores de lodos aerobios, se utilizanprincipalmente para tratar:

HTPsCOSs no halogenados y

COVs.Se utilizan tambin reactores secuenciales delodos aerobios /anaerobios para tratar:

BPCsCOSs halogenadospesticidas ydesechos de artillera (Van Deuren y col., 1997).


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