Apuntes COMPLETOS (2010)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 3º curso
Asignatura Microbiologia ambiental
Año del apunte 2010
Páginas 20
Fecha de subida 31/08/2014
Descargas 8
Subido por

Vista previa del texto

MICROBIOLOGIA AMBIENTAL _______________________________________________________ Tema 1 : microbiologia Parlem de la microbiologia a partir dels anys 70. Anteriorment existia l’ecologia microbiana que estudiava les poblacions de microbis i l’aplicació que tenia en el medi. Actualment la microbiologia ambiental interacciona amb molts camps dels coneixement. Segons Reina Mayer hi ha tres factors que provoquen l’aparició : 1-. Agents infecciosos que provoca la potabilització sobretot de les aigües per no patir malalties. Això també agafa importància quan es comença a importar i exportar grans quantitats de menjar.
2-. Contaminació que va en augment i intentar la disminució dels residus.
3-. L’avenç tecnològic comporta l’augment d’eines pel coneixement i l’estudi dels microorg. També dóna la oportunitat de canviar genèticament els éssers vius i estudiar-los.
Aspectes generals Tenim com a microorg : Bacteris (els únics que són procariotes) / Fongs / Algues / Protozous / Virus Encara que els eucariotes són molt adaptables i es troben en ambients molt diversos els que són realment forts i adaptables són els procariotes ja que són molt més antics.
VIRUS Els virus són paràsits intracel·lulars d’una espècie de cèl·lula i són patògens obligats, és a dir, no tenen 8 activitat si no es troben a dins d’un hoste. En podem trobar en medi aquàtic (10 virus/ml) com terrestre (partícules víriques). Presenten mètodes d’adherència i de transferència genètica (transducció). Les tècniques poden ser: - Quantificació: podem afirmar el nombre de virus d’una zona o medi. El nº de virus sempre depèn de la quantitat de procariotes del medi, és a dir, de la quantitat d’hostes que en té ja que la majoria de virus perjudiquen a aquest regne.
- Diversitat : mostreig d’un medi i crear una llista dels  virus q trobem.
D’aquesta forma els virus són un controlador poblacional dels microorganismes. Els virus són molt difícils de comptar ja que les partícules víriques es poden confondre amb partícules i no podem saber si són actius. Però així hi tot, hi ha una relació de proporcionalitat entre el nº de procariotes i nº de virus que hi ha en el medi.
PROCARIOTES Aquí dins trobem els bacteris i els arqueobacteris i tots dos tenen una versalitat ambiental, taxes metabòliques altes, adaptabilitat, patògens tant a plantes com a éssers vius. Per aquestes propietats podem treure profit per tractar residus i bioplaguicides (interès ambiental).
FONGS Els fongs són 1 o més cèl·lules eucariotes i heteròtrofs que poden viure en medis aquàtics i terrestres.
Tot i que en el medi aquàtic no estan del tot adaptats i els trobem sobretot adherits a superfícies. Tenen una gran capacitat de degradar qualsevol producte i poden ser patògens oportunistes.
ALGUES Podem ser unicel·lulars com pluricel·lulars i també pertanyen als eucariotes, tenen fotosíntesi, ambients terrestres o aquàtics. En el medi terrestre són importants a l’hora de colonitzar i donar lloc a altres formes de vida, i en el medi aquàtic són els productors primaris per excel·lència. Les algues van ser les colonitzadores del medi terrestre.
PROTOZOUS Els protozou són eucariotes unicel·lulars amb una gran diversificació metabòlica, per tant de medi terrestre i aquàtic. No tenen estructures després de la membrana cel·lular i aquesta fragilitat la solucionen enquistant-se. Controla la població de protozous i són molt útils com a recicladors de nutrients. Per aquestes qualitats resisteixen als biocides i són de gran interès ambiental.
Heteròtrofs  Autòtrofs  Fotosintètics Bactèries Cianobactèries Gotoorgànics  Carboni Orgànic CO2 Nitrogen Org o Inorg Inorgànic Energia Oxidació de compostos orgànics Oxidació de compostos inorgànics H2 - CO2 CO2 CO2 “” “” “” Energia solar “” “” H2S I H2 hidròlisi H2O Compostos org Microhàbitats Els hàbitats que per nosaltres són homogenis, pels microorganismes no ho són i pateixen ja que tenen una escala de mesura ≠. Per fer un estudi de la microfauna hem de provar molts hàbitats de cultiu divers. Hi ha microorganismes que en el laboratori creixen en condicions ≠ a les del medi natural, ja que en el laboratori són més estables i tenen unes taxes de reproducció i metabolisme molt més altes. De vegades pot passar que com en el laboratori no s’han de desplaçar per la proximitat dels nutrients perdin la seva mobilitat. Els microorg poden suportar uns rangs dels paràmetres de 110 / -12ºC, 13-25% NaCl, 0.0 /10pH, 500/1.035atm i 1.5 milions rads.
1 Ambients TERRESTRE els nivells són baixos en tropical, bosc, etc. Exceptuant la tundra que és alt com en el desert. El 29 total de cèl·lules procariotes en el medi terrestre s’estima en 2,55 10 nº de cèl·lules. El grup + important són els recicladors de la matèria orgànica. Els microorg són molt més abundants en els primers 8m de sòl que en 30 tota la resta. Un estudi va trobar de 0 a 4000m 3,8 10 procariotes. El límit es va posar als 4000m ja que per sota es supera els 125ºC i aquesta temperatura és considera el màxim per a la vida. Al subsòl marí trobem la major concentració de microorganismes.
AQUÀTIC tant el llac com els rius tenen un baix nivell però el marí té un gran nombre de micoorg. La suma total 29 és de 1,2 10 cèl·lules procariotes encara que en aquesta estima falten les aigües fredes i freàtiques que provocaria un increment important. Aquest dèficit es déu que el 90% dels microorg es troben adherits a les parets de les cavitats freàtiques i que per tant una mostra d’aigua no sigui representativa de la diversitat que es troba en aquella zona provocant una dificultat per estudiar-ho. Tenen un paper importantíssim com a productors primaris i recicladors de nutrients. Si volem calcular la quantitat de cèl·lules totals = volum d’aigua x [cèl·lules].
Salinitat : 20 – 40 ppm a partir dels 200m hi ha major [] Tº : per sota dels 5ºC (psicròfils) Pressió elevada (baròfils) Pocs nutrients AERI aquest medi és difícil la supervivència i per això la majoria d’ells es troben en els tractes digestius dels éssers vius o en les fulles.
Ordre d’abundància  Subsòl marí – terrestre – sòls i medi aquàtic Comparació abundància procariotes – plantes El nº microorganismes es poden mesurar en unitats de massa de P, N i C per poder comparar amb les plantes.
En el cas del N i P trobem que els procariotes tenen un ordre més de magnitud, mentre que el C és un pèl inferior els procariotes.
Biodiversitat Les espècies conegudes són una part molt petita respecte de les que s’estima que existeixen. Això és degut a que tecnològicament no tenim prou eines per poder fer un recompte més acurat. Per exemple “l’anomalia del recompte en placa” és que en una sembra en placa només s’aconsegueix que cresquí un nº molt petit. Per solucionar el gran dèficit es fan tècniques moleculars : - Cultivar en placa en ambients semblants als naturals - Extracció d’ADN amplificant el gen ribosòmic 16s .
- PCR la reacció en cadena de la polimerasa consisteix en obtenir moltes còpies d’un fragment del DNA que ens interessa per identificar l’espècie. Aquesta polimerassa específica d’un DNA únic per un tipus de microorganisme provoca la multiplicació massiva i per tant es fa perceptible el microorganisme. S’identifica el DNA fent un DGGE que escorre el DNA fent que es visualitzi i amb un llistat sabem el nom.
- FISH La fluorescència in situ per hibridació consisteix en una seqüència coneguda que se li enganxa un tint fluorescent. D’aquesta forma aquesta seqüència només s’acoplarà a l’ARN ribosòmic específic i adoptarà la fluorescència. El problema és que aquest fragment no és compartit per totes les espècies.
Tema 2: aerobiologia Els microorganismes a l’atmosfera no sobreviuen gaire temps ja que són condicions molt dures. Cal dir que no viuen, sobreviuen enquistant-se o esporulant. Però el medi aeri és interessant pels microorganismes ja que es poden dispersar fàcilment i per tant hi ha una dispersió de malalties, entrant en joc la salut humana, terrorisme, indústria i agricultura.
Aeromicrobiologia  aquells microorg que viuen a l’aire i que poden tenir efectes adversos a la salut humana.
Atmòsfera La temperatura en les diferents capes varien moltíssim igual que la quantitat de radiació UV. Aquests dos fets i la manca de nutrients són factors que dificulten la vida als microorganismes.
IONOSFERA MESOSFERA ESTRATOSFERA Estratopausa – capa d’ozó TROPOSFERA Tropopausa Temperatura  Les T baixes serveixen per conservar i les altes per esterilitzar. La conservació s’ha de donar quan hi hagi un bon procés de congelació i no rebentin les cèl·lules pels cristalls de gel (difícil si la cèl·lula té aigua). Per tant, la temperatura provoca la mort de la majoria de cèl·lules.
Pressió  disminució amb l’alçada i provoca una baixada de la [oxigen] fent que hi hagi una diferenciació de microorganismes aerobis i anaerobis.
2 L’alçada  influeix la pressió, oxigen i la humitat relativa que dism com més amunt. La humitat no afectarà a les espores. L’alçada també influeix en la radiació que va augmentant conforme anem pujant i provoca esterilització i mutacions. De totes formes a l’estratosfera es troba la capa d’ozó que és un gran oxidant que esterilitza.
Per tant podem concloure que la majoria de microorganismes que trobem estan en la troposfera. Encara que aquí manquen igualment els nutrients i el poc que hi ha és N, O i CO2 per tant no poden créixer i l’atmosfera passa a ser un medi per a la dispersió. La part més estudiada són els primers 100 metres que podem trobar les capes següents : - Capa laminar : les partícules es mouen de forma paral·lel al terra i aquesta capa tindrà un gruix depenent de la meteorologia. No hi ha gaire dispersió.
- Capa turbulent : hi ha la major dispersió i és la més gruixuda (varia de forma inversa a la laminar). Les turbulències es veuen afavorides per accidents geogràfics o construccions. La capa turbulent local es forma localment pels accidents.
Bioaerosol Alliberació  totes les partícules que estan a la capa laminar han de passar a la turbulent per poder dispersarse. Aquest pas el poden fer : de forma passiva gràcies als corrents d’aire, gotes, aerosols, tos, esternuts; o de forma adaptativa com són els esporangis dels fongs que alliberen les espores només a condicions favorables.
Dispersió i transport  dispersió i distància que recorren depèn del microorg i les condicions meteorològiques.
Deposició  fi del trajecte que es dóna per: sedimentació per la força de la gravetat o perquè xoca (la més freqüent) o per precipitació a causa de la pluja. Aquest cas és la més eficient i arrossega tant partícules com microorganismes en suspensió.
1 4 3 En condicions normals trobem 10 – 10 cèl/m i hem de dir que el microhàbitat és transitòria, variable i no autòctona d’aquella zona d’aire.
Un bioaerosol és una partícula biològica transportada per l’aire que inclou microorganismes o parts d’aquests, metabòlits microbians, etc. Les mides són entre 0,01 – 100 micròmetres de diàmetre dels bioaerosols (Pol·len 100, espora 10 bacteri 1 virus 0,01). Els bioaerosols més petits són els que causen més problemes ja que poden arribar més endins dels aparells respiratoris dels éssers vius. Les fonts poden ser naturals o antropogèniques. Les característiques per aprofitar els aerosols: - Baixes taxes metabòliques o capacitat d’acumulació de nutrients com per exemple les espores i les formes vegetatives.
- Nombre elevat d’organismes a l’hora de dispersar-se (característic de l’espècie) - Paret de protecció per resistir la baixa humitat relativa (gram +) i que esporuli.
- Pigments de colors foscos absorbeixen la radiació i protegeix l’ADN.
- La mida - Formes aerodinàmiques Mètodes d’anàlisi No  legislació, protocols ni estandardització que permeti la comparació d’estudis entre laboratoris (només  per legionel·la). Els mètodes generals són: Sedimentació  pot ser en placa de petri (viables o identificació) o també en portaobjectes per poder mirar en un microscopi (nº total). Aquest mètode qualitatiu (quantitatiu en el cas del porta) és simple, fàcil i econòmic.
D’aquesta forma sabrem de forma qualitativa com està l’aire de carregat de partícules de  lloc o com evoluciona un en concret.
Filtració  aquest mètode és quantitatiu ja que filtrarem una quantitat exacte d’aire. Consisteix en un motor que provoca un corrent d’aire per un tub que porta un filtre (0.1 – 10micròmetres). El material del filtre és important igual q el diàmetre, tenim: els policarbonats que els porus són = de petits (cultivar o microscopi) i els de cel·lulosa que els porus són  de forma i mida (espores i microscopi òptic). El volum d’aire pot ser 1 – 50l/min i el pas d’aquest aire provoca que les cèl·lules es dessequin i hagi una pèrdua de biomassa i no creixeran tant en el cultiu. Per solucionar-ho es pot utilitzar un filtre de gelatina encara que són cars.
Impacte en medi líquid consisteix en bombollejar l’aire perquè els microorganismes es quedin retinguts al rínger i poder quantificar el nº que hi ha. El líquid és ringer (líquid neutre) ja que l’aigua provoca la lisi de les cèl·lula per la baixa concentració de sals. Aquest mètode és molt eficaç ja que es fàcil de recuperar el material de mostra però poc pràctic ja que l’aparell és gran.
Impacte en medi sòlid  consisteix en fer impactar l’aire en medis de cultiu. El medi de cultiu està connectat per sota a una bomba que provoca el pas de l’aire i per sobre de la placa hi ha una tapa que pot tenir  porus. L’anàlisi és en cultiu i de forma  a la filtració ja que fem passar una quantitat determinada d’aire i poder quantificar els microorganismes. El més comú és el mostrejador 3 Anderson que són les plaques posades en sèrie. L’aire al principi passa lentament fent sedimentar les partícules més grans i conforme va passant per les plaques va  la velocitat l’aire (ja que el diàmetre dels porus de la tapa de la placa de petri són més petits ) i sedimenta les partícules més petites. Aquest sistema es pot extrapolar a la funció del nostre sistema respiratori Anàlisi Microscopi : recomptes, identificació (empreses) Cultius : recomptes, identificació (laboratoris) Bioquímics: toxines (fong), endotoxines (bacteri) (empreses) Immunologia : al·lèrgens Molecular: identificació La tria de cada mètode d’anàlisi es fa segons el criteri, comoditat, rapidesa, cost, eficàcia, etc. Per exemple el més eficaç és l’impacte en medi líquid i la que menys la filtració amb membrana ja que els porus no ho retenen tot. El mètode més utilitzat és l’impacte en medi sòlid.
Les característiques del mostrejador bioaerosol: és fàcil de fer servir, portàtil, fiable, econòmic, resistent, fàcil de netejar, manté la integritat física, química i biològica del material captat.
Home i ambient aeri Les persones modifiquem la humitat, la temperatura, la composició, el moviment de l’aire i per tant els microorganismes presents a l’aire. Cal dir que nosaltres quan parlem o fem qualsevol cosa alliberem partícules a l’aire fent que si no hi ha una bona aeració, una humitat relativa inferior al 60% i una temperatura no gaire alta els microorganismes poden proliferar per les bones condicions. A dins dels edificis tindrà millor aeració segons els enginyers. Per exemple en 5 minuts arriba a la 4 planta d’un edifici i en 2-4 hores tot l’edifici està infectat pels microorganismes tòxics o no.
Persistència dels aerosols Els bioaerosols més petits es mantenen més estona en suspensió. Si són de mides molt petites pot ser que s’evapori el bioaerosol abans d’arribar al terra (el màxim és 140μ que s’evapori abans que arribi al terra). Que els microorg alliberats per l’evaporació del bioaerosol es mantinguin en suspensió depèn de l’ambient, per exemple espores perduren molt més, després els virus i per últim els bacteris.
Incorporació de microorganismes al nostre organisme Com succeeix en el mostreig d’Anderson tenim que a les fosses nassals retenim partícules superior a 10μm de diàmetre. Al pulmó inferior a 6μm i als alvèols 1 – 2 μm. La velocitat també va  conforme anem entrant al sistema respiratori i per tant les malalties respiratòries estan molt relacionades amb la mida de les partícules. La incorporació pot ser per contacte, ingestió i la més normal és per inhalació. La presència normal de bacteris és 4 3 10 cfu i 10 cfu de fongs sempre que no siguin patògens.
BACTERIS Actinomicets  s’assemblen als fongs, s’adapten a l’estrès hídric, oportunistes provocant al·lèrgies i pneumònies. Això vol dir que els nens, avis i malalts són més propens a patir malalties a causa d’actinomicets que la resta de la gent. Creixen en temperatures i humitats elevades, però sobretot si està mal ventilat (EDAR).
Staphilococus (cocs gram+)  es troben en les superfície de la pell i ens serveix d’índex de sobreocupació d’edificis. N’hi ha de patògens.
Bacils gram +  són persistents ja que poden esporular i crear una paret gruixuda. No són patògens però hi ha alguns com és el cas de l’Antrax que per inhalació de les espores pot provocar malalties ocupacionals. Quan 4 tenim concentracions majors a 10 significa que està mal ventilat.
Bacils gram -  no són habituals en l’aire ja que tenen la paret més fina i hi ha alguns que no esporulen. Si en trobem significa que està brut, mal ventilat i humit. La legionel·la és un exemple aerobi, no esporula ni capsula, és mòbil i amb una T òptima de 30 – 42 ºC i de pH5 – 8.5. La legionel·la està en els protozous d’aigua dolça però a partir dels ambients antropogènics humits s’ha pogut escampar (legislació). Aquest bacil està en protozous i quan entra el protozous són fogositats pels macròfags. La legionel·la entra a dins del macròfag i els 4 parasita provocant febre de Pontiac el 95% dels casos  a la grip. El 5% restant és la malaltia legionari que és una malaltia pulmonar que causa la mort al 15%.
ENDOTOXINES Són lipopolisacàrids (LPS) que són les cadenes de la paret dels gram – que s’alliberen quan creixen o moren els bacils. Provoquen febres, mal de cap i trastorns respiratoris i cardiovasculars. Es troben en EDAR i camps agrícoles en forma d’aerosol. Com són tòxics estan molt controlats els LPS en farmacèutiques ja que podria crear efectes no desitjats.
FONGS Provoquen infecció i al·lèrgies (inhalació d’espores) encara que són oportunistes. A part dels problemes que pot provocar el propi fong, hi ha les micotoxines que són substàncies segregades pel fong que resulten perjudicials i tenen un efecte acumulatiu. Aquestes micotoxines són el mitjà més important de producció de malalties per part dels fongs i provoquen toxicitat, carcinogènesi i disfuncions diverses. Els compostos volàtils orgànics és un tercer component que són característics per alliberar olors a podrit i provoca nàusees i problemes respiratoris.
Encara que les malalties per fongs és poc comú en animals; en les plantes és la gran majoria. Per això, s’ha de controlar molt en l’agricultura amb sistemes de predicció per saber el risc que hi hagi alliberació d’espores per part dels fongs. Hi ha un projecte en què depenen de les variables ambientals i pot haver risc o no d’infecció i per tant només aplicar productes químics quan realment  aquest perill ( fins a un 50% l’ús de plaguicides).
VIRUS Es transmeten per l’aire i no poden resistir gaire ja que perden viabilitat amb el sol, falta d’humitat, etc. Per tant el transmissió és persona a persona a  dels fongs i bacteris que poden residir al medi aeri.
Qualitat de l’aire interior Els edificis han reduït la seva ventilació provocant dues problemàtiques: 1 Síndrome de l’edifici malalt en què els ocupants tenen algun símptoma o falta de confort pel fet d’entrar a l’edifici. Només al sortir milloren i si el 20% dels ocupants ho pateixen l’edifici pateix aquest síndrome. És difícil de detectar per la variabilitat dels símptomes. La OMS afirma que el 30%d’edificis tenen SEM en tot el món i pot arribar al 15% de baixes laborals. La manca de ventilació és el 50% causant del SEM i un 5% per microbis.
Gairebé tots tenen unes característiques com: ventilació forçada (cal 10l/s per persona), tomes d’aire en llocs inadequats, superfície interior amb teixit, edificis hermètics, massa ocupants, material de construcció, d’oficina o de manteniment inadequat, pols, il·luminació inadequada, soroll regular, vibracions, ambient tèrmic, humitat relativa (30 – 60% massa sec i per sobre de 70% afavoreix el creixement dels microorganismes), factors psicosocials, etc. La prevenció cal fer-la en els controls de ventilació de l’edifici, filtres, variables ambientals adequades i origen d’entrada d’aire.
2 Patologies associades a l’edifici que es corresponen a malalties definides directament a l’edifici a causa d’algun organisme. Exemple legionel·la i les condicions són: hi ha més d’un afectat per una causa coneguda i quan surten milloren.
Tema 3 : contaminants inorgànics Nitrats El cicle de nitrogen és important ja que introduïm grans masses per l’agricultura. Nosaltres posem amoni (NH4) que és oxidat ràpidament per bacteris a nitrit (NO2 ) i després a nitrat (NO3 ). Aquest procés ho efectua els nitrificants. En aquest punt el 50% del nitrogen ho assimilen les plantes, 25% a la matèria orgànica, 25% pèrdues per volatilització en sòls alcalins (depèn de la T), 25% lixiviació i la gran part per desnitrificació. La desnitrificació vol dir passar de nitrat a nitrogen gas que pot passar a amoníac gràcies al rizodium de les llegums.
Si aquest amoníac no passa a amoni s’uneix a les argiles i per les pluges es pot perdre per rentat.
Si afegim directament nitrats podem incorporar a les plantes però hi haurà moltes pèrdues i desnitrificació.
Si afegim nitrats podem intoxicar-nos ja que s’uneix a l’hemoglobina i impedir el transport d’O2 (metahemoglobinèmia). Els adults tenen un pH baix i impedeix el pas de nitrat a nitrit però en els nadons no tenen pH tan baix i poden tenir falta d’oxigen i causar problemes cerebrals.
Encara i així conservem els aliments gràcies als nitrats perquè oxida i inhibeix el creixement del clostridium botulinum i s’afegeix a la carn perquè sigui més vermella. Les nitrosomines són amines secundàries que en combinació amb els nitrits que són cancerígens i molt volàtils (es trenquen fàcilment). Per tant per impedir problemes hem de controlar bé les concentracions a l’aigua i segona la legislació són 50mg/l de nitrat i 0.5mg/l de nitrits.
5 Desnitrificació i capa d’ozó La desnitrificació, és a dir, el pas de NO3 o NO2  N2O  N2 pot ser alliberat el compost N2O directament a l’atmosfera i aquest amb els raigs solars provocar la fotodissuasió de N 2 i O. Llavors passa que O + N2O  2NO i això comporta NO + O3  NO2 + O2 i aquest NO2 torna a NO fent una retroalimentació eliminant la capa d’ozó NO2 + O  NO + O2. A EUA trobem que el 25% dels nitrògens alliberats era per l’agricultura. Per tant cal un control de l’ús de fertilitzants, un de la fixació biològica del N (cultius rotatius, elaborar transgènics que fixin N2 atm o cultivar llegums i altres plantes alhora) o inhibir els nitrificants (nitrosomones) perquè l’amoni no passi a nitrat perquè és en aquest procés hi ha la majoria de pèrdues. Si aconseguim un sòl que tingui amoni i nitrat aconseguirem un bon creixement a causa de la reserves en dos compostos . Els inhibidors han de ser econòmics, mòbils, persistents, no tòxics, bacteriostàtics (alentiment de la reacció com la nitrapirina) i acció selectiva. Per tant, obtindríem  de pèrdues emissió i ús de fertilitzats i un  del rendiment.
Mines àcides - Esquema Biològic  problemes respiratoris, reproductius, osmoregulació, toxicitat crònica, mort a espècies sensibles, immigració d’espècies, etc.
Químic  acidificació constant, reducció de compostos, destrucció del sistema de bicarbonat, solubilització creixent dels metalls, etc.
Físic  modificació de substàncies, terbolesa, sedimentació, absorció de metalls en el sediment,  de la penetració de la llum , etc.
Ecològic  modificació de l’hàbitat, bioacumulació de metalls, pèrdua de nínxols, reducció de la producció primària, etc.
Durant el procés d’extracció de metalls si no hi ha un control de les aigües residuals de les mines es produeix biolixiviacions a causa de la solubilització dels metalls. El problema sorgeix quan els microorganismes quimiolitròtofs al tenir tanta quantitat de metalls en contacte amb l’aigua i oxigen, poden acidificar les aigües.
2+ 2- + 2FeS2 + 7O2 + 2H2O  2Fe + 4SO4 + 4H 2+ + 3+ 2Fe + 1/2 O2 + 2H  2Fe + H2O 3+ + 2Fe + 6 H2O  2Fe(OH)3 + 6H 3+ 2+ 2+ + FeS2 + 8H2O  15Fe + 2SO4 + 16H  Com es pot observar tenim que el ferro amb oxigen i aigua s’acidifica el medi (àcid sulfúric) a causa de la biolixiviació, podent extreure beneficis com la immobilització a causa de la precipitació i per tant la concentració d’aquests metalls que podrem recuperar.
Els efectes del drenatge de les mines àcides persisteix encara que les tanquem i aquest procés passa en les mines que tenen sofre. Els metalls que es troben en dissolució són diversos però sempre hi ha un predominant. Primerament es comença la reacció de forma espontània al tenir en contacte el metall amb O2 i H2O i després quan el pH  3 els microorganismes ja estan activats i la reacció passa a no ser espontània. Per exemple el Thiobacillus passa de ferrós a fèrric aconseguint només 2ATP per això necessita oxidar moltíssim per poder tenir energia. Per tant, si el pH és major a pH = 3 es produeix una 3+ precipitació del fèrric (Fe ) donant un color vermell. Si el pH és inferior a 3 tenim que el fèrric dissolt (gran oxidant) oxida la pirita provocant un cicle de propagació.
Tractament als lixiviats Primerament cal una prevenció i control de lixiviats i aigües de mines tancades. Per tant, cal evitar el contacte amb oxigen i aigua fent escombreres. Perquè els microorganismes no estiguin activats cal anivellar el pH.
Químicament : posar substàncies alcalines com per exemple hidròxid sòdic, carbonat sòdic o amoni, per provocar la precipitació dels metalls. D’aquesta forma només s’han de tractar els residus sòlids. Cal dir que només s’utilitza en situacions extrems perquè és molt car.
Biològicament : Hi ha tres tipus  de tractament amb microorganismes: 1- Activitat microbiana : amb quimioheteròtrofs anaerobis es pot fer que els sulfats reductors agafin en comptes d’O2 el sulfat per respirar. Així aquests bacteris redueixen el sulfat a sulfit i els metalls s’uneixen amb aquest últim. Així també es regula el pH.
2+ 2SO4  S2 M +S  MS El problema és que necessiten un ambient anaerobi i es fa posant matèria orgànica que li anirà bé a més per poder tenir nutrients. Cal vigilar en no  la DBO 2- Inhibició d’activitat microbiana gràcies als àcids carboxílics, però no acaba de funcionar i no es poden aplicar al medi natural.
6 3- Els aiguamolls es poden utilitzar si el pH és superiora 2.5 – 3. Consisteix en fer un forat amb cert pendent impermeabilitzat del sòl amb una dimensions que dependran del cabal a tractar. Es posa plàstic i a dins sorra de  origen i granulometria i de forma opcional vegetació. L’aigua sortirà a un pH = 6 i sense metalls. Podem  dos processos possibles: Els abiòtics que depenen de la terra i els biòtics que depenen de les plantes i microorganismes presents a l’aiguamoll.
Les plantes airegen, compacta i acumulen metalls, els microorganismes immobilitzen metalls i és activada per la pròpia vegetació. Per tant el rendiment dels aiguamolls dependrà de la climatologia. Cal dir que a dins de l’aiguamoll hi ha un gradient vertical i horitzontal; el primer és degut a que les zones baixes no trobem oxigen i hi ha els bacteris sulfat reductors. En el segon cas conforme ens desplacem horitzontalment el pH  i la seqüència de microorganismes varien.
Metalls Els metalls són molt utilitzats en indústries i això provoca que n’hi hagi en concentracions elevades en el medi, introduint-se en la xarxa tròfica. Alguns metalls són essencials a petites concentracions per a la funció biològica ja que són el centre actiu dels enzims, estabilitza estructures cel·lulars (orgànuls i paret) i creen un gradient a les membranes (transport i control osmòtic) i els metalls són Na, K, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr i W.
En canvi els Cs, Sr i Ti no són essencials però es troben al cos sense saber que fan exactament al nostre metabolisme. Els metalls tòxics provocant problemes són Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Al, Se i As. Però cal dir que no tots els metalls són bons o dolents per a tots els microorganismes i per això existeixen microorganismes que poden biolixiviar els metalls.
Toxicitat Els efectes a les cèl·lules per toxicitat poden ser: - mutacions en ADN - Alteracions en la síntesi proteica - Inhibició del creixement - Alteració de la membrana, és a dir, mort per lisi osmòtica - Etc Per tant aquesta toxicitat afecta sobretot a les proteïnes i a l’ADN. Per això tots els grups de microorganismes han desenvolupat mecanismes de resistència que són específics per a cada metall. Per tant, no tenim un mecanisme general on el microorganisme sigui resistent a tot els metalls. Aquests mecanismes estan regits pels plàsmids que són molècules similars als cromosomes que es transmeten fàcilment d’una cèl·lula a una altra.
Tipus de resistències per part de les cèl·lules: General  aquest tipus de resistència no implica un cost suplementari per part de la cèl·lula i sempre hi són presents. Per exemple EPS consisteix en què la membrana cel·lular està carregada negativament i per això hi ha un segrest dels metalls (són +) fent una immobilització dels metalls i aquest mecanisme dependrà de l’organisme, afinitat, càrregues, etc. Precipitació degut a les excrecions de rebuig de la cèl·lula com és el cas del CO2, H2O, fosfats, sulfhídric, etc. Reducció d’un metall mitjançant una reducatassa específica o inespecífica provocant que un metall tòxic passi a ser no tan tòxic o necessari pel metabolisme.
Específics  aquests mecanismes depenen dels metalls i s’expressen si està en contacte la cèl·lula amb el metall provocant un cost addicional d’ATP. Tenim les bombes de flux que s’activen quan entra un metall.
Aquestes bombes són proteïnes que gastant ATP i els portarà a fora. La volatilització a dins de la cèl·lula gràcies a grups metils. La unió de metalls i CH3 provoquen que passin a l’atmosfera ocasionant problemes de toxicitat al medi aeri. L’acumulació a dins de la cèl·lula gràcies a les proteïnes que tenen moltes cisteïnes que els immobilitza en el cas dels fongs. En els bacteris s’uneixen a fòsfor provocant una immobilització i una inhibició de la toxicitat. Per tant els microorganismes poden fer moltes coses però en les aigües predomina les estratègies de immobilització i en els sòls o sediments les de solubilització.
Tractament d’aigües amb metalls - Volatització encara que s’utilitza poc perquè va a l’aigua - Immbolització (EPS) - Precipitació Aquests dos últims es pot separar la fase líquida de la sòlida i tractar el residu sòlid.
- Aiguamolls si no té concentracions elevades de metalls per no matar les plantes Bioadsorció  en un tub gran es posa una matriu de PVC, poliacrilamida, fusta, gelatina que acumularà els metalls amb les càrregues negatives de la paret cel·lular. Cada microorganisme acumularà metalls diferents segons el nº d’unió, afinitat etc. Com és un sistema passiu no cal que les cèl·lules estiguin vives fent que sigui barat, eficient, mínim residu i no cal nutrients. Cal diferenciar-lo de la bioacumulació que és a dins del metabolisme de les cèl·lules aug la concentració conforme passem per la xarxa tròfica, no biodegradable i afí a lípids i proteïnes. Per descarregar les cèl·lules de metalls es passa un líquid que s’emporti els metalls i faci que les parets cel·lulars tornin a estar lliures.
7 Precipitació  pel sulfhídric que surt de les cèl·lules com a producte de rebuig que passa a sulfat reductor 22+ provocant la precipitació ja que S + M  MS recuperant el pH. S’obté aigua neta i un precipitat de sulfur metàl·lics. Per utilitzar aquest mètode cal reactors molt grans durant 1 o 2 setmanes a on s’elimina el 95% dels metalls com Fe i Al. Els microorganismes seran heteròtrofs i per tant cal mantenir un nivell de matèria orgànica per tal que l’eficiència no disminueixi. Però en cap cas haurà de sobrar massa MO ja que sinó tindrem una DBO elevada a l’aigua. Hi ha alguns microorganismes que en comptes d’oxidar fins a CO2 i H2O ho fan fins acetat provocant un aug de la DBO. La solució és l’aparició dels metanògens (aerobis estrictes) que oxidaran fins a metà i aigua.
In situ  immobilització del metall i serveix puntualent (aigües) Ex situ  solubilització que és la biolixiviació en mineria, sòls, residus industrials i sediments (sòlids).
Tractament de sòlids amb metalls Biolixiviació (solubilització)  Aquest mètode és molt més eficient que la immobilització al medi natural. Existeix 3+ diferents residus contaminats i diferents microorganismes que fan la funció de biolixiviació, que pot ser amb Fe i/o àcid sulfúric (bacteris), i àcids orgànics (fongs) per exemple. Els avantatges són que té una gran especificitat, in situ, elevada eficiència i no cal energia. Els inconvenients són que el temps varia segons la climatologia, concentració de microorganismes, es poden morir i produir una certa toxicitat.
Bioremediació  entra al sòl contaminat i al sistema igual que els nutrients. Aquí els microorganismes 2+ 2biolixivien provocant dues sortides, sòl net i lixiviat Msòl  M + SO 4 . Aquest lixiviat amb metalls passa per 222+ 2una precipitació SO4  S M + S  MS.
Metilacions microbianes  amb les metilacions s’alliberen a l’atmosfera metalls provocant problemes de toxicitat, encara no tots el metalls es metilen ni responen de la mateixa forma. El Hg, Sn i Pb hi ha un gran  de la toxicitat i bioacumulació però en el cas de As i Se no. Se i As no hi ha aug de toxicitat i són fàcilment eliminables.
CH3 + metall  CH3m provoca que sigui + tòxic el metall i bioacumulablre ja que és lipofílic i no biodegradable 2+ 0 En el cas del mercuri tenim que el Hg passa a Hg per l’acció dels microorganismes que és volàtil. A l’aire pot ser oxidat i tornar a l’estat d’abans, tornant a l’aigua o al sòl. Si arriba al sòl pot ser immobilitzat ( compost orgànic o inorgànic complex) o convertir-se en HgS . Tant si està al sòl com a l’aigua, ambients aerobis o anaerobis es pot metilar + (CH3Hg ) i passar als éssers vius o dimetilar (CH3HgCH3) i passar a l’atmosfera. Es desconeix la causa final de la producció del CH 3Hg ja que és tòxic però s’han trobat sistemes de resistència en alguns microorganismes com són els enzims argonomercurial liasa o mercuri reductassa que cal gastar NADPH. El mercuri és capaç de traspassar la 2+ 0 membrana cel·lular i afectar a les proteïnes + tòxic CH 3Hg > Hg > Hg > CH3HgCH3 Tema 4: Adherència en superfície Aproximadament el 90% dels microorganismes els trobem adherits en alguna superfície ja que trobem una concentració més elevada de nutrients. D’aquesta forma creen biofilms que són un conjunt de microorganismes units irreversiblement en una superfície i envoltats d’una matriu orgànica que ells mateixos sintetitzen. Els biofilms es creen sempre que hi hagi un líquid en contacte amb la superfície. Estan formats per: - 95% d’aigua i per tant hi ha una garantia d’humitat, protecció - 5% polímers extracel·lulars i cèl·lules - Heterogenis espacial i temporalment - Dinàmics formant cicles Aquestes adherències de microorganismes donen una resistència major provocant que per eliminar o controlarlos s’hagin d’aplicar, biocides, antibiòtics amb unes dosis de 200 o fins i tot 300 vegades més que si estiguessin lliures.
Els exemples de biofilms naturals - Tapets microbians que són uns microorganismes que creixen en capes creant “torres” fossilitzades de tapets a on les capes superficials encara hi viuen microorganismes (estromatòlits).
- Superfície minerals com les pedres relliscoses dels rius Els exemples de biofilms mèdics - Placa dental - Infeccions com a les pròtesis mèdiques a on normalment creix un sol tipus de microorganisme Els exemples de biofilms en indústria - Intercanviardors de calor - Torres de refrigeració - Canonades 8 El sistema del biofilm Perquè es formi el biofilm cal un substrat en un medi líquid. El substrat pot ser qualsevol tipus, porós, orgànic, inorgànic, permeable, inert, etc. A cada substrat serà colonitzat per més o menys microorganismes determinats.
Per tant, en el primer moment el medi és condicionant per a la colonització, però una vegada s’han instal·lat poden modificar el medi perquè sigui més favorable. El medi aquós conté els nutrients i serà el determinant del tipus de microorg. El medi aeri pot o no estar present i produeix un intercanvi dinàmic.
Primerament tenim els primers bacteris que estan posats de forma ordenada en una o dues capes. Per sobre d’aquests bacteris es van incorporant la resta de microorganismes de forma heterogènia i un gruix superior que la base.
Gruix  hi ha de micres a mm i en depèn dels microorg formadors i del nº d’espècies.
Densitat  depèn del microorg i com més madurs més densitat conforme aprofundim en el biofilm. La difusió de partícules es veu determinada per la densitat ja que si és molt dens hi ha majors dificultats.
Conductivitat tèrmica  molt baixa creant problemes en sistemes de refrigeració provocant una disminució important del rendiment (50-60%) Constitució Com ja s’ha explicat anteriorment el 95% és aigua i el 5% restant són dues coses : 1-. Microorganismes que són la composició química 80-90%aigua, 50% C, 20% O, 14%N, 8%P i 3%P 2-. Polímers extracel·lulars que són polisacàrids, proteïnes, àcids nucleics, etc. Podem  els específics que es troben per fora de la paret del microorg que són petites molècules de sucres lineals o ramificats que tenen una característica espacial que els fan reconexibles. Els no específics que són una repetició de els mateixos monòmers (homopolisacàrids). Aquests polímers extracel·lulars (EPS) tenen la funció d’unió irreversible i dóna una forma determinada al biofilm segons els microorg, fa  la supervivència per la hidratació, protecció, barrera per la dolenta difusió, absorbidor de nutrients, etc.
En la cèl·lula procariota trobem que les macromolècules estan formades per un 55% proteïnes, 20.5 % RNA, lípids, polisacàrids i finalment DNA. Després trobem els monòmers que tenen un 2% de sucres, AA i nucleòtids en 0.5%. i finalment 1% d’ions inorgànics.
Tipus Les algues es formaran si tenim aigua i llum. Els protozous seran presents si tenen una població densa perquè sigui controlada. Els fongs en façanes, pedres etc. poc comú en aigua. i els bacteris són els primers colonitzadors on els més habituals són els heteròtrofs amb elevada taxa de creixement. S’adapten als canvis ambientals, produeixen els polímers extracel·lulars, tenen mecanismes d’adherència com són les prosteques (peus citoplasmàtics), per desplaçar-se, flagels, fímbries, i per protegir-se com les càpsules i la paret cel·lular.
Formació 1-. Primerament tenim l’acondicionament de la superfície que en un principi estava neta. Com està en contacte amb un medi líquid es van dipositant nutrients. Els bacteris poden arribar de forma passiva (corrent d’aigua) o de forma activa gràcies als cilis i/o flagels. Quan el microorganisme es posa en contacte amb la superfície primerament fa una unió reversible.
Quan ja ha comprovat que és un medi idoni es fixa irreversiblement gràcies als polímers exteriors de la cèl·lula provocant un canvi gènic ja que ha de produir molts més polímers extracel·lulars, una derepressió de la síntesi de polímers,etc. Depenent del pH, del microorg, si és hidrofòbica farà que es produeixi més ràpid o no les fímbries.
2-. Després tenim un creixement exponencial a on hi ha una gran multiplicació dels microorganismes i producció de polímers. Es forma la matriu i es creen les microcolònies que és la unitat bàsica del biofilm. Aquests microorganismes aniran creixent entrant a la fase madura a on entraran altres microorganismes.
3-. La fase madura o fase estacionaria es comença a unir altres microorganismes que el bacteri inicial i comença a tenir la seva forma particular ja sigui en forma de bolet, columnes, muntanyes o irregular. Aquestes 9 formes proporcionen més superfície de contacte amb el líquid. Tot i així ja no creix més el biofilm el que passa 13 és que els microorganismes van variant fins a un tope de 10 cèl/l. Per això l’arquitectura dels biofilms madurs tenen formes que depenen del tipus de microorganisme, però totes tenen una fina capa de base que està de forma homogènia. Són sistemes dinàmics que pateixen erosió, despreniments i sortida de bacteris al fluid.
Comunicació el quorum Sensing Els bacteris tenen un sistema de comunicació entre ells per saber la concentració que hi ha (ja que mai superen un llindar), per poder coordinar el biofilms, per alliberar substàncies etc. Aquest sistema consisteix en emetre substàncies químiques que a certa concentració es sap que s’ha arribat el nombre adequat de microorg d’aquella espècie per fer alguna acció determinada per alliberar toxines, si cal fer una modificació gènica,....
El temps El temps que triga a condicionar-se una superfície neta per ser colonitzada és d’un minut. Quan ha passat una hora els bacteris comencen a envair i colonitzar, abans del dia el biofilm ja s’ha format i serà del tot madur (protozous i algues) després d’una setmana.
Avantatges pels microorganismes dels biofilms 1-. Nutrients  reserva assegurada, intercanvi de nutrients entre microorg ja que el que és un producte de rebuig per un per a la resta pot ser útil.
2-. Protecció  de possibles depredadors i de la dessecació.
3-. Resistència  a les substàncies nocives com els biocides, antibiòtics ja que hi ha proteïnes a la superfície de la membrana citoplasmàtica que impedeix que passi (canvi de l’expressió gènica en un 40%). A més els polisacàrids extracel·lulars de la matriu també ajuden fent que siguin fins a 1000 vegades més resistents.
4-. Conjugació  la transferència gènica té més possibilitats que succeeixi que les cèl·lules es troben lliures.
Efectes dels biofilms positius Extracció i oxidació orgànic i inorgànic de l’aigua natural i residual, extracció de minerals, immobilització de metalls i altres components.
Efectes dels biofilms negatius 1-. El bioembrutiment és l’acumulació indesitjada de dipòsits microbians en superfícies provocant deteriorament, inutilació de maquinària, magatzem de patògens, etc. Els primers danys són els químics com la precipitació i l’oxidació però després venen els danys biològics que són més difícils d’eliminar. Els problemes són pèrdua d’energia a causa de la disminució del rendiment, baixa producció i quantitat del productes, inseguretat, deteriorament, etc. Les solucions seria la neteja periòdica, prevenció adherència i retardar la formació del biofilms. Però cal tenir clar que no existeix cap material que no es pugui formar biofilms ja que els productes químics acaben marxant i contaminant altres medis i en tots els substrats són capaços de créixer. Els mètodes són: - Tractar les aigües per disminuir la concentració de microorganismes.
- Modificar el medi líquid afegint substàncies desinfectants o que inhibeixi un tipus de microorganisme - Modificació del substrat de forma que els microorganismes s’hi adhereixin menys.
- Mecànics com la neteja rascant i amb sabó.
- Desinfecció física (temperatura) que és limitat i química amb clor, iode o alcohols que poden contaminar alguns medis en concentracions elevades.
Els biocides són tòxics i per tant no poden ser presents en aigües potables més d’1mg/l de clor. Encara que el tractament no és eficient fins als 4mg/l de clor tant per eliminar la matèria orgànica com els microorganismes.
Per una altra banda el clor és molt corrosiu i no es poden aplicar en grans dosis perquè acabaria amb les canonades d’aigua.
En els vaixells és molt important treure els biofilms ja que pot aparèixer un macrofilm format per invertebrats.
Aquests macrofilms provoca un increment dels costos per poder moure el vaixell. La solució són pintures que tenen metalls pesant però amb el fregament acaben anant al mar.
Tot i això s’ha descobert una alga la Delisea pulchra que segrega furanona que és una substància que impedeix el quorum sensing i per tant la formació de biofilms.
2-. En el camp santari trobem la placa dental, el material biomèdic i les infeccions (més 50% són per biofilms sobretot en tipus crònic).
11 - En la placa dental trobem més de 500 espècies i 10 cèl/gr on cada microorganisme crea àcids que destrueix l’esmalt. El focus es troba a la zona fronterera entre la geniva i la dent i l’origen dels microorg és la saliva. La placa dental està molt estudiada i es sap que els primers colonitzadors són els estreptococs que després s’uniran la resta de microorganismes. Alguns microorganismes només s’uneixen si ja hi són presents alguns altres, és la coagregació (streotcoccus mutants i veillonella parvula)i per tant hi ha un reconeixement i una unió entre els microorganismes d’espècies diferents. A part de la coagregació trobem mutualisme i comensalismes.
Les solucions són rentar les dents i boca.
10 - El material mèdic com les lents de contacte, pròtesis, etc es poden formar biofilms d’un sol tipus de microorganisme. Per exemple els catèters són tubs de plàstics que s’apliquen per via venosa que serveixen per administrar aliment, antibiòtic a on hi poden créixer biofilms. El problema no són pròpiament els biofilms sinó els microorg que s’alliberen. Per això s’hi passa antibiòtic per impedir la seva formació en els tubs però com ja sabem necessiten concentracions elevades i no es poden aplicar a un malalt aquestes [].
- Infeccions cròniques són a causa de biofilms en teixits vius fent que siguin molt difícils de tractar. Els antibiòtics no són útils i l’òrgan no es pot treure com per exemple la fibrosis cística.
3-. La biodeterioració produeix olors, crostes, decoloració, deterioració, etc. Tot això depèn del material i les condicions ambientals a que estan exposats però com ja sabem són preses dels biofilms tot tipus de materials.
A part de les condicions ambiental els microorganismes són molt important per a la degradació de la pedra, sobretot els fongs, que tenen una acció mecànica (hifes) i bioquímica (àcids, sals orgànics pigments) que deteriora monuments històrics, pintures, figures, etc. El color negre són fongs que segreguen productes de degradació de melanina, el verd algues o cianobactèries a causa dels pigments fotosintètics i el rosa són arqueobacteris. Els mètodes de prevenció són amb un control d’humitat (per sota del 60%) i de nutrients a l’ambient però això només es pot fer en museus. Els mètodes curatius són mecànics, físics (ultrasons), químics (biocides), biològics...
- Els mètodes químics han de ser: actuació en un ampli nº de microorg, acció ràpida i duradora, comptabilitat amb altres tractaments, no ha de produir canvis en el substrat i s’ha de fixar en aquest, no ha de ser tòxic.
- Els mètodes biològics que estan poc desenvolupats com seria el bacilio. Aquest microorganisme per ser aplicat cal rentar la pedra i amb una brotxa amb el baciluis, sals minerals, aminoàcids i una font de carboni pot fixar carbonat càlcic a les roques. El problema és que van sortir fongs i calia posar un antifúngic però això té la inconveniència que es torna als tractaments químics. Com el bacilius a més podria ser patògens ara es fa l’estudi amb myxococcus xanthus que no dóna problemes.
Avantatges del biofilm - Extracció de minerals de mines - Extracció i oxidació de productes orgànics - Immobilització de microorganismes en biotecnologia. Per això en biotecnologia es fan reactors amb encenalls de faig (30 anys) o plàstics. Cal que tingui molta superfície per tal que les cèl·lules es puguin enganxar i alliberin les substàncies interessants per als biotecnòlegs. Les cèl·lules per ser mantingudes de forma artificial no van bé ja que tenen una vida curta, inestable i per toxicitat de les aigües es poden morir així que surt car. Mentre que els naturals són econòmics, de vida llarga, estables i sobretot en cultius mixtes. Els polisacàrids són majors si són cèl·lules fixes que lliures ja que han canviat l’expressió gènica.
o Exemple : la producció d’àcid acètic pels gèneres acetobacter i gluconobacter mitjançant l’oxidació de l’oxigen a etanol. Aquest àcid acètic es forma en un gran dipòsit on hi ha encenalls de faig que estan regades per etanol i airejades amb oxigen. D’aquesta forma tenim l’àcid acètic de forma continua ja que els biofilms són estable i la única cosa és afegir encenalls.
- Els biofiltres són tractaments d’aire contaminat i funcionen amb un dipòsit on hi ha un biofilm natural que està regat i que eliminarà els contaminats.
- Biobarerres són materials porosos on s’hi fan créixer biofilms que serveixen per eliminar l’expansió de la contaminació o la seva eliminació en aigües subterrànies. No sempre es poden aplicar però quan es pot són realment eficaços.
Tema 5 : contaminació microbiana de les aigües L’aigua ja era tractada pels egipcis però a l’edat mitjana es va tornar a l’era de la inconsciència. Fins al 1854 no es va observar que l’aigua transporta patògens i ser Jhon Snow qui ho relacionà entre el nº de còlera i la zona de subministrament d’aigua. L’origen dels microorg a l’aigua sol ser fecal hi sobreviuen poc temps i no es multipliques. Per tant, ens infectem per ingesta d’aliments o aigües contaminades. L’aigua potable és l’aigua que no té agents perjudicials per a la salut. Aquesta aigua pot haver sigut potabilitzada mitjançant la natura o de forma artificial. La potabilització és el procés pel qual es converteix aigua més o menys contaminada en aigua apta pel consum humà. L’aigua en sortir de la planta potabilitzadora reuneix unes característiques organolèptiques, regulades per llei, que en permeten el consum públic i que garanteixen una aigua potable de qualitat. Trobem les categories de qualitat : A1  coliforms fecals 20 estreptococs fecals 20 A2  coliforms fecals 2000 estreptococs fecals 1000 A3  coliforms fecals 20000 i estreptococs fecals 10000 100ml Ordre de 11 maig de 1988 BOE 24/5/88 amb la llei de la CEE 75/440/cee ETAP El tractament dependrà del cabal de l’aigua a tractar, procedència, composició i de la qualitat que es vol que tingui. Tindrem un influent amb un procés i la sortida d’un efluent i uns fangs. Els objectius principals d’una estació és reduir la matèria orgànica, sòlids i eliminar microorganismes.
11 L’aigua que arribarà a la nostre depuradora serà més o menys sempre la mateixa i gràcies això també els paràmetres com sòlids, DBO, DQO, nutrients, microorganismes, metalls, sòlids en suspensió inorgànics, temperatura i pH. Per tant el procés no s’haurà d’anar canviant i podrà fer-se de forma continua.
Tractament primari físic – químic S’elimina el 40 – 75% sòlids i el 30-60% DBO 1-. Captació de l’aigua (millor subterrània) o del sistema municipal 2-. Desbast posant reixes de diferents diàmetre per treure les partícules grans i en algunes sorres i greixos.
3-. Percolació adició de clor a l’aigua per desinfectar, eliminar material inorgànic i orgànic per tal que al final no es tingui que posar-ne tant. Aquesta primera cloració serà per oxidar i la última cloració per desinfectar.
4-. Sedimentació es deixa l’aigua estancada i les partícules majors de 70µ precipiten per gravetat (aquest pas no sempre es fa). Per flotació s’eliminen els greixos ambdós gràcies a la recollida per rasclets. (primer tanc) 5-. Addicció d’agents coagulant a l’aigua com l’albúmina, sulfat fèrric, fosfat fèrric que es van unint en flocs que permetran la sedimentació quan es passi a un tanc en què no hi hagi bufadors. D’aquesta forma podem eliminar un 80-90% de les partícules.
Tractament secundari – biològic (l’aigua no pot contenir tòxics) 6-. Filtració es fa passar l’aigua per filtres de sorra per eliminar material particular i microorganismes.
S’eliminaran molt bé les formes d’enquistació de protozous (88-99%) o nivell microbià.
7-. Nova filtració amb carbó actiu que s’eliminen metalls, matèria orgànica i inorgànica Tractament terciari 8-. Post cloració o desinfecció que elimina organismes ja que la matèria oxidable ja d’estar eliminada anteriorment. El clor desinfectarà i si deixem una part residual ens servirà per eliminar patògens de les canonades. El clor serà present entre 0.5 – 1 mg/l; si tenim menys de 0.5 la legionel·la viu. També podem utilitzar ozó que desinfecta molt bé, no deixa gust ni olor però no queda de forma residual perquè passi per les canonades i caldria posar igualment el clor residual Microorganismes 1. Bacteris aproximadament el 15% cultivable formadors de flòculs, dels filaments (heteròtrofs) i lliures (quimiolitròtofs). El seu paper és formar el flòcul i sobretot degradar.
2. Fongs en poca quantitat o inexistent ja que en medi aquàtic no abunden. Per tant no formen part del floc.
3. Protozous, protozous flagel·lats, amebes i ciliats (els més abundants) tots ells són sensibles a compostos tòxics. Els ciliats són els més importants ja que redueixen molt la matèria orgànica. Els sèssils són els més nombrosos de tota la resta de protozous (lliures i reptants). La seva funció és biodegradar, ingesta de bacteris patògens i altres protozous.
4. Metazous com són els cucs petits, rotífers, etc.
Anàlisi microbiològica Els microorg indicadors estan presents en aigües contaminades i absents en potables. Si hi són els patògens d’aquests també poden ser-hi. La quantitat de microorg té una relació amb la quantitat de contaminants. Els microorg indicadors sobreviuen millor que els patògens, fàcil detecció, tenen un caràcter estable i uniforme. Uns bons exemples són E. Coli, Enterecocs (Streptococcus faecalis) i Clostridium perfringens. Aquests microorg indicadors són coliforms, és a dir, bacteris lactosa positiu (capacitat de formar colònies en condicions aeròbiques a 36ºC en un medi de lactosa selectiu i diferencial amb producció d’àcid) i oxidasa negatius. E coli és molt comuna i és un bacteri coliform fecal, segons la definició anterior, que produeix indol a partir de triftòfan en 21h a 44ºC. Els humans tenen una relació coliform fecal/ Streptococcus faecalis > 4, quan la resta d’animals tenen una relació inferior a 0.5. Els streptococcus f. (enterococs) provenen d’animals o persones (animals de sang calenta) on aquests microorg sobreviuen més que les E coli.
Shigella  escherichia  enterococs  Clostridis  enterovirus Els clostridiuem perfringens té una morfologia bacil·lar, gram positiu i anaerobis estrictes. Formen espores i per això podem trobar-los després de molt temps en aigües contaminades. El grup d’enterovirus és molt gran i no hi ha protocols però si hi ha no és apte l’aigua per al consum.
12 Controls de l’aigua de consum - Autocontrol : es fa el gestor de la potabilitzadora a la sortida d’aquesta. L’anàlisi és força complert i extens per garantir que és apta per al consum. Adm pública - Sanitari: unitat sanitària que el fa l’autoritat sanitària i els paràmetres no són fixes ja que depenen de cada situació en la que es pren l’aigua.
- Indústria : s’encarrega l’empresa de fer els anàlisi i per poder tenir una bona qualitat del seu producte i per tant no depèn de l’administració.
- L’aixeta: ho fa el municipi i és bastant reduït ja que només es mira E coli i coliforms. El BOE també contempla les vegades i protocols per fer mostreig.
Anàlisi La llei és incompleta perquè els patògens bacterians són els primers que moren i són els que es miren per veure si l’aigua està contaminada. En canvi no es fan anàlisi sobre si hi ha enterovirus perquè són molt costosos. Primer busquem els bacteriòfags (E coli) es mesuren amb el test de la gota (pràctiques) i si el resultat és absència no podem assegurar que no hi hagi microorganismes i per tant hem de seguir buscant B filius, i si tampoc n’hi ha busquem enterovirus. Per trobar enterovirus agafem una mostra de 1-5 a 50-200l per concentrar els microorganismes per ultrafiltració, ultracentrifugació, precipitació o adsorció. Després es fa un recompte / identificació gràcies a l’efecte citopàtic (innoculació en animals), enumeració (nº lesions/ símptomes) i identificació immunològica / molecular.
Si totes les proves donen negatiu caldria mirar protozous fent tinció i mirar pel microscopi (les formes enquistades costen de veure i sobreviuen molt). Els fongs no caldria mirar ja que no són patògens obligats i no solen estar a l’aigua. La majoria de malalties provocades pels microorg causades per agents desconeguts. La causa principal és que no hi ha mètodes de diagnosi.
Patògens de l’aigua Origen  autòctons, tracte intestinal Transmissió  ingestió, contacte, inhalació (aerosol) 2 8 Dosi infectiva  virus / protozous : 10 –50 cfu/cist i bacteris : 10 -10 microorganismes Aquests valors depenen és clar de l’edat, sistema immunitari, acidesa gàstrica i la nutrició de l’hoste.
Persistència  salmonella : 2.4h però amb aigua a 20ºC i la shigella 26.8h.
Patologia  gastroenteritis, fetge, aparell respiratori, sistema nerviós, pell, ulls i infeccions generalitzades Bacteris viables no cultivables Són bacteris que són impossible fer créixer en placa durant molt temps. Aquest concepte es refereix al % que creixen en placa però arriba un moment que no formen colònies per estrès com la T, humitat, salinitat, pH oxigen, radiació, etc. Hi ha canvis cel·lulars com la morfologia arrodonida, menor volum, composició macromolecular (expolímers i proteïnes) i aturada del creixement. Per tant, que no ens surti res no sig q no hi hagi re. Un exemple és E coli, legionela, salmonella o shigella. Majoritàriament són gram – i proteobacteria.
Malalties Hi ha malalties que són de declaració obligatòria per part dels metges i per una altra banda s’han de descriure els brots epidemològics. Algunes malalties són hepatitis, legionel·losi, còlera, etc. Les malalties emergents són aquelles malalties que apareixen de nou o aquelles que estaven en molt baix proporció i pugen molt. Aquestes malalties estan majoritàriament causades per : - Nous microorganismes no descrits - Canvis en la relació hoste patògen i en la forma de vida de la gent.
- Canvis tecnològics, ambientals i sanitaris - Mutants de microorganismes més antics.
Un exemple seria un tipus d’E coli o els cianobacteris (gram -) que produeixen endotoxines, hepatoxines i neurotoxines que afecten al nostre cos. Això és degut a la alta concentració d’aquests degut a la eutrofització.
Tema 6 : Control de la biodeterioració Definició residu : segons la llei 6/93 de la generalitat s’entén per residu qualsevol substància o objecte del qual el seu posseïdor es desprengui o tingui la intenció o obligació de despendre’s, ja siguin residus municipals o industrials.
Tractament: conjunt d’operacions encaminades a l’aprofitament dels residus per reutilització, reciclatge, valorització energètica, etc.
Residus urbans rsu La majoria dels residus es separen en  categories per tractar-los per separat. La matèria orgànica 45-50%, paper 25%. vidre 8%, metalls i llaunes 4%, envasos de plàstic 7% i altres 11%.
Les  opcions per tractar-los són: - incineració que es redueix el 90% del volum dels residus - Degradació microbiana com és el compostatge, abocadors o digestió anaeròbica.
13 1-. Abocadors Els residus s’enterren en abocadors on s’hi produeix una descomposició anaeròbica amb l’ajuda de microorg que triguen entre 30 i 50 anys a descomposar anaeròbicament. En aquest sistema es produeix, CO 2, CH4 (pot ser aprofitat), H2S, H2O,NH3, alcohols, etc. El fet que trigui tant a descomposar-se és perquè no hi ha cap control de les condicions ni dels microorg i com no hi ha cap intervenció triga molt més. Els microorganisme durant un temps no podran descomposar cert material fins que hi hagi millors condicions o apareguin altres microorganismes que facin una part, etc encara que el paràmetre que més afecta és el pH i després la humitat ja que les metanògens només funcionen a pH = 7 i llavors quan s’acidifica el procés s’atura. Els microorg són els encarregats de passar la matèria complexa a monòmers gràcies als enzims, aconseguint així fermentacions (acetat  CH4 + CO2 ) i els metanògens passen H2+CO2  CH4. Un abocador enterra la brossa però tenint present que el terreny no tingui aqüífers, morfologia adequada, lluny del nucli urbà, impermeable i que no es pugui inundar. Amb tot això el terreny es prepara el terreny: - A sobre de la terra es posen argiles que són impermeables.
Una làmina plàstica de polietilè d’alta densitat per tal que no passi cap lixiviat, àcid Grava que actua de canalització que condueix els lixiviats que seran recollits.
Geotèxtil de poliesters permeable que separa la brossa de la resta del sistema.
Argila per no deixar passar la pluja Sòl per poder revegetar Mentre es van omplint l’abocador es fan canalitzacions que permetin extreure els lixiviats i es fa una xemeneia per recollir el gas per tal que no es formin bombolles i ocasioni problemes.
D’abocadors en trobem de  tipus que són declarats pel decret 1/1997 de gener: Classe I  Residu inert Classe II  Residu no especial equipats específicament per admetre totes aquelles fraccions dels residus urbans que no són valoritzables.
Classe III  Residus especials La descomposició més detallada és : matèria orgànica que es descomposa en primers complexos com són els polisacàrids, lípids i proteïnes que gràcies a la hidròlisi per enzims microbians com les cel·lulomones, Pseudomones, Clostridium passa a monòmers. Aquests monòmers per a la fermentació que fan els enterobacters, bacteroides, clostridium, etc. passa a acetat i hidrogen i CO2. L’acetat acaba passant a metà i l’hidrogen i el diòxid però a causa dels metanògens.
2-. Compostatge En el compostatge només hi ha matèria orgànica (40 – 50% dels residus urbans) a  d’abans i és un procés biològic, aerobi i controlat. Els microorganismes per tant, seran  com per exemple els mesòfils i termòfils. El compost és estable, homogeni, lliure de patògens, fàcil d’utilitzar, sec i com a ús final adob. Aquest adob és un fertilitzant que serveix per reforestar, camps, evitar erosió, etc. i per tant té una revalorització els residus. El procés de compostatge funciona amb microorganismes (incloses en les deixalles), oxigen, aigua, fonts de carboni, nitrogen i s’extreu diòxid, aigua i calor.
Les fases del procés s’han de controlar ja que la temperatura sinó puja massa i acaba matant els microorg. A part de la T també cal tenir present la humitat i l’oxigen.
Primerament tenim la fase mesòfil (A) que  la T ja que l’activitat microbiana no és eficient al 100% i perd el 40% del rendiment en calor. El màxim és de 60ºC que és la fase termòfil (B) fent que els mesòfils es quedin en forma latent perquè a temperatures tant elevades no poden viure. Per si sol aquesta fase podria arribar als 80ºC i així assegurar la mort de virus i patògens però el procés seria molt més lent ja que caldria esperar que es refredés el compost i tornessin a sorgir nous microorganismes. El control de la temperatura es fa mitjançant la barreja del compost i irrigació. Quan la temperatura baixa per si sol per la falta de matèria orgànica senzilla torna a aparèixer els mesòfils en la fase de refredament (C) que hauran de degradar matèria més complexa. Al cap del temps la temperatura ja  molt i el compost passa ala fase de maduració (D). Per tant podríem resumir: 1er Mesòfils que fan  la T a 44ºC que produeix una inhibició dels mateixos 2on Termòfils fins a 70ºC però l’òptim d’activitat està a 52-63ºC rec i volteig 3er Sorgeixen els mesòfils de les espores per la  de la T La microbiota de la pila de compostatge és bàsicament fongs i bacteris com els actomicets i no actomicets. Els no actomicets són importants als estadis A i B del compost i els actomicets són importants en els C i D que degraden matèria complexa. Els patògens són destruïts amb la temperatura de 60ºC perquè encara que sigui baixa es manté durant molt temps i els altres microorganismes intereccionen amb aquests fent que acabin desapareixent. També podem trobar macroorganimes com són coleòpters, nemàtodes que formen canals per airejar. Si les piles estan tancades només hi ha microorg però si estan obertes hi trobem de tot.
14 La formació del compost comença quan arriba el camió i es separa la merda més gran com el PVC, vidre amb unes reixes (alguns ho fan a mà screening) i triturar les branques. La barreja es fa amb 65-75% de MO i un 2535% de matèria vegetal. Un cop feta la barreja es deixa en descomposició i quan es refreda que ja haurà passat una setmana es deixa en la fase de maduració q són 4 setmanes. Després torna a fer-se una tria i la part que no s’ha descomposat o torna al principi.
Els sistemes de compostatge podem diferenciar: - Oberts piles estàtiques i windrow que són unes fileres sense gaire control de la T, provocant una duració molt llarga (2 anys). La qualitat és dolenta ja que la biodegradació serà  segons si està al centre de la pila o a la superfície i la T, [O2] serà insuficient. El que  els dos mètodes és que la primera no s’intervé i en el segon es fa el voleig de les piles. D’aquesta forma el producte no és tan heterogeni, la T i oxigen és més uniforme i es redueix el temps a 810 setmanes la descomposició i la maduració a 1.5 mesos. Un altre sistema obert però amb intervenció permanent són els airejadors que consisteix en fer les piles sobre un conducte d’aire que aporta oxigen, regula la temperatura, extreu gasos i va barrejant. El problema que s’ha de regar més sovint ja que s’asseca les piles.
En 21 dies ja ho tenim fet.
- Tancat com són els reactors verticals que consisteix en tancs verticals a través de les quals passa la matèria orgànica i l’aire en sentit contrari. D’aquesta forma es crea un gradient al llarg del reactor que pot ser perjudicial. En els reactors verticals està més temps a la primera fase però menys en la maduració si comparem amb el reactor horitzontal. Els reactors horitzontals elimina el problema del gradient perquè l’alçada és molt més petita i en 1 o 2 setmanes descompost i en 4 ja s’ha fet la maduració. També tenim els tambors rotatoris que consisteix en un reactor cilíndric que va donant voltes i la descomposició és controla molt més fent que es redueixi a 4 o 5 dies. Finalment hi ha els túnels que són un sistema tancat molt utilitzat en ecoparcs.
Aquests grans túnels horitzontals amb gran capacitat són regats per dalt i s’airegen per sota. Triga 2 o 3 setmanes més la maduració.
Les condicions òptimes són: una mida particular de 1.7 – 7.6 cm, una temperatura de 45-65ºC, aireació ha de ser igual o superior a un 10% de l’aire total que hi ha l’exterior, el pH enter 5- 8.9, humitat entre 40-60% (menys del 40% no creixen els microorg i més del 60 impedeixes la difusió de l’oxigen per la pila i  T), i finalment la relació C:N ha de ser 30:1 ja que si hi ha [N] baixes no creixen i si són altes fa pudor i es crea amoníac.
3-. Digestió anaeròbica en ecoparcs 138 tones Avantatges  poca biomassa i per tant cal poc control. Es produeix metà que es pot aprofitar per energia, accepta DBO altes i poca producció de residus sòlids Desavantatges  creixement lent dels microorganismes, pudor, control estricte del pH, poc eficient per DBO baixes, sensibilitat als tòxics, activació lenta del sistema a vegades cal inocular metanògens.
AEROBI 50% Biomassa 60% cèl·lules 50% CO2 40% pèrdues (més informació en les aigües) vs ANAEROBI 5% Biomassa 95% biogas 5-7% cèl·lules 60-70% metà 3-5% pèrdues 30%CO2 Aigües residuals La procedència és domèstica, urbana, industrial, agropecuària, pluvials,aqüífers, etc. El tractament dependrà de la seva procedència, cabal, composició (marcada per la procedència) i de la qualitat que es vulgui obtenir. La normativa que regula això és la directiva 271/31/CE que estableix que a partir del 2005 tots els municipis de més de 2000 hab han de tenir un EDAR i marquen el procediment de tractament, anàlisi, valors i control de les aigües. Els petits poden tenir un sistema de llacunes (lent). A Espanya hi ha el Reial Decret 2116/1998.
EDAR Una estació depuradora d’aigües residuals té un influent constant en cabal i composició que passa per un procés per donar lloc a un efluent i un fangs. Els objectius són reduir la MO, metalls, sòlids en suspensió i eliminar microorg.
Les aigües domèstiques tenen 260-600mg/l i cal en rius < 10 mg/l  En el primari hi ha un tractament fisicoquímic on s’eliminen sòlids en suspensió. Pot haver un pretractament amb el desbast i l’eliminació del greix i sorres en un tanc primari. S’eliminen el 40-75% de sòlids i  la DBO un 30-60%. Mirar la planta potabilitzadora.
 En el secundari hi ha un tractament biològic a on s’elimina MO gràcies als processos aeròbic, anaeròbics i els microorg que hi ha en biofilms i agregats. Podem fer-ho de  formes: - Filtre percolador: tanc ple d’un material lleuger que afavoreix l’adherència de microorganismes que té una gran superfície per tal de crear un biofilm que degradarà la MO, reduint la DBO en un 85%, etc. Aquí dins tindrem una comunitat de bacteris, fongs, protozous i metazous que crearan una xarxa tròfica. Aquest 15 sistema va molt bé perquè és econòmic, poc sensible als tòxics, control de la [MO] i els desavantatges són que funciona per cabals petits, sensible a les fluctuacions estacionals i es formen aerosols.
- Biodisc : sistema molt senzill de discos en paral·lel d’uns 4 m de diàmetre de manera que l’aigua va passant i els discos van entrant en contacte amb l’aire i amb l’aigua(no hi ha oxigen) i això fa que hi hagi els dos aeròbics i anaeròbics. Les característiques són que és més car que l’anterior, control [MO], poc espai, poc sensible als tòxics i no crea aerosols.
- Fangs activat: és una biomassa en suspensió que degrada la MO i es multiplica fent que s’hagi de treure una part cada vegada. Primerament entra l’aigua en un tanc amb bufadors que aporten aire al sistema fent que es degradi tota la MO i després es passa a l’embut decantador. En aquesta part no hi ha bufadors i es sedimentarà els flocs (agregats de MO i microorg) de 100μ com a mínim. Els flocs passaran a un tractament anaerobi, compost o abocador. Els flocs estan formats de MO i inorgànica, una matriu que prové dels microorganismes (polisacàrids) que queden enganxats o per sobre com els bacteris, tenen matèria inorgànica i filaments (bacteris filamentosos) que donen consistència i rigidesa. En el floc per tant, tenim una cadena tròfica de MO  bacteris aerobis, heteròtrofs i protozous  protozous ciliats.
 En el terciari hi ha un tractament químic quan es destina al consum humà fent una de la DBO, patògens,etc.
Microorganismes en fangs activats 1-. Bacteris aprox 15% cultivables que en trobem: formadors del flòcul, filamentosos (heteròtrofs) i lliures (quimiolitròtofs) Escherichia/ Enterobacter/ Pseudomonas/ Zooglea/ Micrococcus/ Mycobacterium/ Sphaerotilus La funció més important és la degradar a part de formar flòculs i crear un equilibri.
2-. Fongs en poca quantitat o no hi ha ja que en medi aquàtic són poc abundants 3-. Protozous que són sensibles a compostos tòxics i podem trobar flagelats (fitoflagelats, zooflagelats) Rizopods (gimnameba/tecamaeba) i ciliats (lliures, reptant i sèssils que hi ha molts i fan  la DBO). Els protozous biodegraden, ingesta de bacteris, patògens i protozous més petits.
4-. Metazous que controlen la població com els rotífers, nemàtodes, oligoquets, etc.
Problemàtiques Si el flòcul és molt petit pot ser que els bufadors estiguin massa forts i trenquin els flòculs (pin point floc) fent que el creixement sigui dispers, no hi hagi filamentosos i una terbolesa de l’efluent ja que no sedimenta tots els flòculs. El foaming són espumes a causa de detergents i desnitrificants (Nocardia). El bulking són les xarxes per abundància de filaments causant que no sedimenti els flòculs. La proliferació dels microorganismes filamentosos com són Sphaerotilis natans, Haliscomenobacter, Beggiatoa, Microthrix o Nocardia pot ser causat per: una  d’oxigen, sulfurs o dèficit de nutrients com el N o P, perquè el pH  pels fongs o pel substrat.
Anàlisi microbiana Una bona qualitat efluent hi és quan hi ha abundància i una diversitat major a 8 espècies. Ciliats > reptants > lliures. Una mala qualitat és quan dominen flagelats, amebes/ ciliats lliures i metazous petits. Si ens fixem en l’oxigen dissolt serà bona qualitat quan trobem varticella / aspidica o opercularia. Serà dolenta quan hi hagi petits metazous.
Si tenim llevats el pH serà menor a 6, deficiència de P, processos fermentatius, etc. Els bacteris nitrificants alliberen amoníac que passa a nitrat i en el decantador el nitrat passarà a nitrogen gas a causa dels desnitrificadors provocant que els flòculs no sedimentin.
Eliminació del nitrogen i el fòsfor DBO < 25mg/l Nitrogen < 15 mg/l Aquests paràmetres posteriors és fixen quan el riu té problemes d’eutrofització.
Fòsfor < 2 mg/l El nitrogen i el fòsfor es poden eliminar en totes les etapes d’un EDAR. El fòsfor el podem eliminar químicament (precipitació amb alumini, calç, ferro) o biològicament gràcies als fangs activats que hi ha bacteris que acumulen grans quantitats de metalls i P a dins de les seves cèl·lules. Això es fa amb el següent procediment: s’alterna estones sense oxigen on les cèl·lules anaeròbiques tenen un excés de MO i acumulen PHB (reserves) passant ATP  ADP alliberant P inorgànic al medi. Quan es passa al tanc amb bufadors s’activen els microorg aeròbics agafen tot el PHB i el gasten. Cal P inorg que està l’aigua i amb l’oxigen passen ADP  ATP i a més  també la DBO perquè MO + O2  CO2 + H2O + biomassa cel·lular.
El nitrogen es pot eliminar químicament per la volatilització (N 2) pel pH o per oxidació de l’amoníac gràcies a HOCl. També tenim el procés biològic en què hi ha la nitrificació (aerobis estrictes quimiolitrotofs que aporten NH3  NO 2 NO3 ). Els desnitrificants són aerobis facultatius heteròtrofs (NO 3 N2). D’aquesta forma es creen un sistema de tancs per eliminar el fòsfor biològicament (Acinetobacter i Moraxella) 16 No pintat  anaeròbic on elimina el nitrat passant NO2  NH3 amb [mo] i una  DBO Pintat  aeròbic nitrificació DBO NH3  NO3 No pintat  anaeròbic NO3  N2 Pintat  elimina el nitrogen en forma de gas En els sistemes sempre baixa la DBO i en aquest sistema en el tercer estadi s’incorpora una mica de fang activat amb mo per tal d’activar els desnitrificants. A partir d’aquí passa a N gas que s’elimina amb l’activació dels bufadors.
1  aerobi oxidació mo,  DBO i [NH3] 2  aerobi on NH3  NO3 i hi ha oxidació 3  anaerobi NO3  N gas Oxidació de la mo amb la formació de nitrogen amoniacal que al tanc 2 haurà els nitrificant que passarà en forma de nitrat. Al tercer els desnitrificants de nitrat a N gas.
Al tanc aeròbic hi tenim nitrats que es faran recircular per assegurar-nos. La  amb el primer és que no s’introdueix mo.
Digestió anaeròbica MO (polisacàrids, greixos) bacteris  bacteris hidrolítics MO  CH4 + CO2 + H2 + H2S + NH3 Monòmers (glucosa, aminoàcids)  bacteris fermentaors àcids orgànics, alcohols, cetones  bacteris acetògens acetat, CO2 i H2  CH4 bacteris metanògens l’únic que no és eubacteri procariota i és arqueobacteri procariota 70% arqueobacteris 30%eubacteris El procés poden ser a unes temperatures 0-20ºC psicròfil, 20 –40 ºC mesòfil i a temperatures majors de 50ºC que hi ha els termòfils. La millor opció és la mesòfila ja que és estable i no arriba a matar els microorganismes.
El pH ha d’estar entre 6-8 però de fet només els metanògens estan activats en un rang de 7. Els nutrients no s’han de controlar però els tòxics cal fer-ho. Càrrega de la DBO que ens determinarà el temps de retenció o so cal barrejar.
Tractament terciari 1-. Eliminació contaminants no biodegardables gràcies a : o Clarificació: afegir agents coagulants que formi flocs i puguin sedimentar o Filtració amb sorres o Absorció amb carbó actiu eliminant sòlids en suspensió 2-. Eliminació de P/N o Fòsfor químic o biològicament Les llacunes d’estabilitazació es poden utilitzar si hi ha poca o Nitrogen químic i biològicament quantitat d’aigua. Es poden posar en sèrie,  profunditat, etc.
3-. Desinfecció per usos humans per: o Cloració o Ozó o UVA o Temperatura Fangs Els fangs poden patir  tractaments com la digestió aeròbica, anaeròbica, compostatge, assecat tèrmic, estabilització alcalina o cloració. Aquests fangs tractats poden destinar-se al sòl, aprofitament energètic com a combustibles, fabricació de material de construcció i abocadors. Si s’aplica al sòl pot ser en jardineries, agricultura o restauració d’espais degradats.
17 Tema 7 : microorganismes i contaminants orgànics Tot composts orgànic és biodegradable Xenobiòtic : compost sintetitzat per l’home que no existia i per tant a priori no hi ha línia de descomposició. Una altra qüestió és que per pressió els microorg adaptin i acabin degradant-lo. Per exemple ABS que és un detergent no degradable i que s’acumulava a les depuradores fent molta escuma. Canviant la molècula perquè fos lineal fa que sigui degradable i sigui = d’efectiu el detergent.
Biodegradació : tota síntesi de productes s’han de biodegradar, és a dir, transformació catalitazada biològicament d’un compost a formes més simples. Biodegradació primària (A a B) o parcial (A a D).
Biotransformació : transformació del contaminant per un procés biològic. Pot ser persistent i que no es biodegradi en alguns ambients o recalcitrant que no és biodegradable a la majoria d’ambients.
Minerallització : transformació biològica d’un compost orgànic a forma mineral. El tram final de la biodegradació i que per tant no és fins al compost més simple sinó que fins al final.
Bioacumulació : pot  la concentració de 4 a 6 ordres de magnitud i aquests components seran no degradables si són lipofílics (afinitat pels greixos).
Factors que limiten la biodegradació - L’estructura complexa és difícil de degradar igual que en certs ambients es dificulta la biodegradació.
- La microbiota depèn del potencial genètic i per tant si és anàleg al compost natural es degradarà més fàcilment que si no és anàleg. A l’últim cas poden degradar per mutació o per transferència genètica.
- Per condicions ambientals com el pH, salinitat, nutrients, etc.
Comprovació de biodegradació Un compost creat per una empresa ha de quedar notificat per dues vies que és biodegradable.
1-. Ecologia i molecular: si es degrada quan fem un microcosmos demostrem la biodegradabilitat. Per tant, el microcosmos haurà de tenir unes comunitats autòctones i unes condicions al màxim de naturals. Després controlarem la desaparició de xenobiòtics, aparició d’intermediaris, recomptes microbians, taxes de creixement, etc. Caldrà tres campus, mostra biològica, biològic i químic (passat per autoclau per eliminar microorg i mirar si és per causes biològiques o químiques).
2-. Molecular : aïllament de microorganismes per veure les vies degradatives, gens implicats per tal d’estudiarho. Les pseudomones i gèneres relacionats són els més aïllats. S’ha observat que els cultius mixtes funcionen molt bé i que els plàsmids tenen un paper important.
Cometabolisme Els compostos xenobiòtics poden ser una font de carboni i energia. Si no ho són i els microorg necessiten d’altres substrats per extreure la font de carboni i energia, això vols dir que els compostos són degradats per comentabolisme. És adir, no  una via degradativa exclusiva i aprofiten les vies per a altres compostos. Els microorg ho degradarà sense que guanyi res.
Bioremeiació Consisteix en eliminar els contaminants utilitzant microorganismes. Consideracions: - La bioremeiació és l’aplicació de principis biològics i d’enginyeria per tal de netejar llocs contaminats - La tria d’aquesta per sobre d’altres processos es basa en el cost, eficàcia, aspectes legals, etc.
- S’ha de conèixer bé la zona a tractar - Són necessaris els controls i les tecnologies són variades.
L’efectivitat: o Producte transformat metabòlicament pels microorg o Productes finals que no són tòxics ni contaminats o El procés no ha de causar efectes nocius a nivell ambiental ni a altres microorg Característiques: o Presència de microorganismes degradadors o Degradació dels contaminats fins a [ ] acceptables o No es produeixen tòxics o Anàlisis dels contaminants presents per evitar inhibició dels microorganismes.
o Compost disponible pel microorganismes o Condicions ambientals q afavoreixen la degradació o Menys cost que altres tecnologies 18  de l’efecte o Absència de microorganismes degradadors (solució en bioaugmentació, és a dir, inocular) o Elevada [] de contaminant (bioestimulació ) o Carència d’oxigen o pH, T, humitat, nutrients desfavorables (bioestimulació) o Requeriments metabòlits (enginyeria genètica) La bioaugmentació pot ser que microorganismes del medi natural que no s’adaptin, que cal manipular genèticament o produir plàsmids al laboratori per introduir-los al medi i puguin degradar el compost.
Bioremediació intrínseca: la biodegradació o biotransformació de compostos perillosos sense intervenció tècnica. La tecnologia es limita a prediccions dels processos naturals.
Atenuació natural : el concepte de bioremediació es va estendre per incloure altres processos naturals a més de la biodegradació (dilució, adsorció, volatilització, reaccions químiques). Pot ser ex situ (temps menor, més uniforme i car) o in situ.
Tema 9 : Risc ambiental de l’alliberament de microorganismes manipulats genèticament  Organismes modificat genèticament (OMG) és un organismes, a excepció dels éssers humans, al qual se li altera el material genètic; de manera que no es dóna naturalment a través d’un encreuament i/o recombinació natural. La modificació deliberada de la informació genètica d’un organisme canviant directament l’àcid nucleic del seu genoma es denomina enginyeria genètica, i s’aconsegueix mitjançant un conjunt de mètodes coneguts com a tecnologia del DNA recombinat.
Els antecedents històrics 1973 obtenció del primer organisme recombinat i es va clonar el virus SV40 en E coli 1974 Creació del comitè RAC “Recombinant DNA molecule Program Advisory Committee” 21 membres composats de científics, investigadors clínics, ètics, polítics, advocats, etc.
1975 Reunió Asilomar a Califòrnia per avaluar els OMG 1976 Primera guia NIH “National Institute of Health” Exemples històrics – Pseudomonas es va construir in vitro del Ice-. Aquest mutant va excloure competitivament Ice- que es congelava i d’aquesta forma s’evitava tantes pèrdues per les plagues. Manipulació genètica de plantes per la resistència a herbicides, utilització de vectors vírics com a vacunes polivalents.
Beneficis - Fermentacions microbianes per exemple per millorar soques que produeixen antibiòtics - Obtenció de proteïnes de mamífers d’interès clínic farmacològic. Com són les hormones humanes (insulina, somatropina) moduladors inmunitaris o proteïnes de la sang.
- Vacunes víriques - Teràpia gènica reemplaçant el gen no funcional - Construcció de plantes i animals transgènics per millorar la qualitat nutritiva, resistència a herbicides, resistència a insectes i virus, estudiar la regulació gènica i la biologia del desenvolupament, Millorar productiva i resistència a malalties, producció de proteïnes a base d’animals, etc.
- Biotecnologia ambiental per protegir de les plagues,  producció agrícola, degradació de contaminants o millora de la lixiviació.
Riscos - Desequilibri en ecosistemes i pèrdua de biodiversitat ja que hi ha un desplaçament de varietats més làbils - Plaguicides incontrolats per microorg - Reactius / netejadors biològics que és l’aparició de nous compostos tòxics o modificació de la microbiota i cicles biogeoquímics - Nous patògens per vectors vírics  transferència genètica - Organismes transgènics imprevisibles - Noves plagues per transferència genètics a plantes silvestres - Problemes de salut per reaccions adverses als vectors.
Transferència genètica La transferència genètica és fonamental en la diseminació de gens entre comunitats microbianes. Per la transferència de gens genofòrics és un procés molt conservador ja que té molt poques possibilitats de dur-se a terme. La pressió selectiva afavoreix aquesta transferència de forma natural i la transferència de gens extragenofòrics es dóna amb més freqüència. Podem diferenciar :  Conjugació on cal el contacte de cèl·lula a cèl·lula perquè es doni l’intercanvi de gens xenòfers (de la cèl·lula) per exemple els plasmidi F. Aquest procés es pot donar entre  Gram i fins i tot plantes i procariotes.
19  Transducció qualsevol trocet del DNA pot ser el que s’encapsuli dins d’un virus i per tant que arribi a una cèl·lula. També hi ha la transducció especialitzada en què un trocet concret de DNA pateix l’encapsulament pel virus.
 Transformació requereix que el DNA lliure sigui estable i que les cèl·lules potencialment receptores estiguin capacitades per a incorporar-lo. A més fa falta que hi hagi recombinació perquè hi hagi una expressió i entri en el material xenobiòtic.
La recombinació genètica natural tindrà una permanència i expressió si el DNA transferit és acceptat ja que depèn de l’estructura bioquímica i molecular de la cèl·lula receptora. Les barreres són múltiples com que el sistema de restricció modificació, la incompatibilitat del DNA exogen amb l’hoste i la impossibilitat de transcripció. Els mètodes de detecció es poden fer per medis selectius amb caràcters específics o amb marcadors.
Els microorganismes manipulats vs no manipulats Els més utilitzats són antagonistes de patògens, fixadors de nitrogen, etc. Aquests microorg quan s’introdueixen en el seu propi ambient no té perquè causar problemes, però quan s’introdueix un microorg en un ambient que no li és propi, el risc a considerar és el mateix que en el cas d’un GEM.
Els microorganismes manipulats tenen un s criteris per avaluar el risc amb una determinació de l’impacte potencial: estabilitat del GEM ↑ i la transferència horitzontal ↓  conforma una persistència / mitigació.
Persistència La supervivència del microorganisme modificat: factors abiòtics (temps, metalls, humitat, pH) i factors biòtics (presència d’antagonistes). A part d’això trobem que la supervivència té una competència entre microorganismes on surt beneficiat les taxes de creixement elevat i la capacitat d’utilitzar més ràpidament els nutrients. El manteniment del caràcters adquirits per la transferència gènica és important.
Mitigació : en sòls hi ha la fumigació, segellar superfícies i establir barreres.
Aspectes importants a l’hora de fer el treball de camp 1- Rol funcional demicroorgansimes en la comunitat 2- Potencial d’intercanvi genètic 3- Valoració de la persistència i capacitat de dispersió (possibilitat de monitorització i mesures de seguretat) 4- Efecte dels microorganismes manipulats genèticament en la comunitat i l’ambient.
Microcosmos 1- Supervivència 2- Estabilitat dels gens transferits 3- Transferència lateral 4- Funcional 5- Impacte de canvis en paràmetres biòtics i abiòtics Avaluació del risc R= f (S,P) Risc és una funció de la severitat i la probabilitat d’un dany. De quina informació s’ha de disposar? - Microorganismes o Característiques de la modificació genètica o Caràcters del microorganisme a manipular o Caràcters del microorganisme manipulat - Ambient - NO de la METODOLOGIA 20 ...