UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE CIENCIAS

USO DE MICROORGANISMOS EN PROBLEMAS AMBIENTALES

BIOMINERALIZACION DE MATERIALES DE CONSTRUCCION

PATRIMONIO ARTISTICO Y MONUMENTAL

ESTRUCTURAS DE ADOBE Y PIEDRA

AUTOTROFIALas bacterias obtienen el C del CO2 gaseoso o disuelto

(atmósfera, respiración, fermentación)

METANOGENESIS (no metilotrofa)

FOTOSINTESIS (anoxigénica)

Luz infraroja

FOTOSINTESIS (oxigénica)

Luz visible

ARQUEOBACTERIA(metanogénica)

BACTERIA SULFUROSA O NO(violeta o verde)

CIANOBACTERIA

Anaerobiosis Anaerobiosis Aerobiosis

CO2, H2 CO2, H2S, S, H CO2

Ca ++ + 2HCO3 - ↔ CaCO3 + CO2 + H2O

Amonificación de aminoácidos

Reduccióndisimilatoria de NO3

Degradación de urea o ácido úrico

AEROBIOSIS ANAEROBIOSIS /MICROAEROFILIA

AEROBIOSIS

Presencia de materia orgánica y Ca

Presencia de materia orgánica, Ca y NO3

Presencia de materia orgánica, Ca y úrea

y ácido úrico

Resultados de la actividad bacteriana

Producción de carbonato y iones de

bicarbonato

Producción de NH4

(CO3-- ) (HCO3

- ) ↗ (H+) ↘

PRECIPITACION PASIVA : CICLO DEL NITROGENO

CO2 + H2O → H2CO3 ↔ HCO3 -- + H + ↔ CO3

-- + 2H+

CO3 + Ca → CaCO3

PRINCIPIO

• La mejora de las propiedades mecánicas de la estructura está basada en la capacidad del microorganismo para precipitar carbonato de calcio.

• El tratamiento microbiológico consiste en la producción de carbonato de calcio por biomineralización.

• La enzima ureasa (que se encuentra en las bacterias o añadido) cataliza la hidrólisis de la urea en iones de carbonato y catión amonio

CO (NH 2) 2 + 2H20 → 2NH4 + CO3 2 –

• Luego se realiza la precipitación de carbonato de calcio (en presencia de iones de calcio): CO3

2 - + Ca2 + → CaCO3

Cualquiera que sea el proceso empleado por las bacterias, la génesis de C, puede traducirse por el desplazamiento del equilibrio de los hidrógeno carbonatos: Ca (HCO3)2 ⎯⎯⎯> Ca CO3 + CO2+ H2O.

En todas sus primeras etapasla carbonato génesis genera uncarbonato (de Ca, Mg o ambos)amorfos e hidratados

Imagen de microscopía óptica de cristales de Calcita producidas por bacterias ureolíticas, uniendo dos partículas de arena

Obtención del consorcio bacteriano. • Se tomaron muestras de suelo y

tierra de jardines• Enriquecimiento de las muestras. Se

vertió 1 gramo de muestra de tierra/suelo/lodo, en matraces conteniendo 50 ml de medio de enriquecimiento (ME: 10 g/L extracto de levadura, 1M de urea, 152 mM de sulfato de amonio , 100 mM acetato de sodio ) dejándose a temperatura ambiente 25°C, en agitación 100 rpm, por 48 horas.

• Aislamiento: se efectúo por estrías en agar nutritivo (AN), que incubaron por 24 horas a temperatura ambiente.

• Identificación: Mediante tinción Gram y pruebas bioquímicas.

Bacillus spp. Vistos al microscopio

Cultivos con las condiciones óptimas para el crecimiento del consorcio bacteriano.El consorcio seleccionado fue cultivado en matraces en volumen de 100 ml, en el medio B4 en agitación a 100 rpm, por 48 horas a 25°C. Se midió la densidad óptima.

Prueba de biomineralización:

Se realiza en 5 ml de Medio liquido M-3 (10 g/L de bacto casitone, 10 g/L acetato de calcio , 2 g/L de carbonato de potasio , pH: 8.

• Para el cultivo en placas se adiciona 15 gramos de agar agar en los medios M-3 y M-3P

Producción de cristales de carbonato:

las bacterias seleccionadas se cultivan en matraces conteniendo 50 ml del medio B4 (5 g/L acetato de calcio, 1 g/L extracto de levadura, 1 g/L de glucosa) pH: 8, a temperatura ambiente por 3 semanas.

• Colección de cristales de carbonato: se colectaron en filtro Whatman N°1, lavados luego con agua destilada estéril y secados a 37° por 48 h.

PROTOTIPOS LARGO ANCHO ALTO

P1 24.3 cm 12.3 cm 7.3 cm

P2 23.9 cm 12.1 cm 7.1 cm

P3 22.6 cm 11.8 cm 7.2 cm

ELABORACIÓN DE ADOQUINES

Se elaboraron 3 moldes de adoquines con las siguientes

características:

Medidas de los adoquines.

Cemento : 2 Kg Agua : 6.35 Lt

Arena : 6 Kg Confitillo : 3.5 Kg.

Materiales

Para obtener los adoquines con bacterias, se

cambio un porcentaje del agua por cultivo

bacteriano

LOS ADOQUINES FUERON CURADOS CON PINCELADAS DE CULTIVO O SUMERGIDAS

Mejor consistencia, aspecto y coloración

DESCRIPCIÓN Y COMPARACIÓN

PROPOTIPO CURADO COLOR TEXTURA POROSIDAD

P1 Bacterias Gris claro, con

poros llenos y

pigmentación

blanquecina.

Suave, con una

textura tipo

aterciopelada.

La superficie externa tuvo

un llenado de

porosidades.P2 Bacterias

P3 Agua Plomo Áspera Muy poroso.

DESCRIPCIÓN Y COMPARACIÓN

PROTOTIPO CURADOFECHA DE

OBTENCIÓN

FECHA DE

ENSAYO

DIMENSIONES (cm) CARGA DE

ROTURA

(Kg)

FC’

kg/cm2LARGO ANCHO ALTO

P1 Bacterias 17.05.13 21.06.13 24.3 12.3 7.3 79600 266.3

P2 Bacterias 17.05.13 21.06.13 23.9 12.1 7.1 76000 262.8

P3 Agua 17.05.13 21.06.13 22.6 11.8 7.2 69800 261.7

Ensayo de resistencia a la compresión

Comparación de la fragmentación entre los prototipos P1 y P2, y el prototipo P3

Los prototipos P1 y P2, después de la prueba de ensayo, se fragmentaron en forma geométrica, con un reticulado mas homogéneo.

Otras aplicaciones tienden

• Mejorar las propiedades hidráulicas y mecánicas del suelo

• Restaurar monumentos

• Empleo en biorremediación

• En tratamiento de aguas residuales

• Inducción de biocemento.

• Recuperación de rocas de petróleo