Biorremediação de solos

As técnicas utilizadas para descontaminação do solo através de biorremediação podem ser classificadas em :

• “in situ” : o solo é tratado no local;
• “ex situ”: o solo contaminado é removido e levado para o local de tratamento. A remoção é necessária em situações em que há possibilidade dos poluentes contaminarem pessoas e o ambiente próximo ao solo a ser biorremediado.

No caso de técnicas do tipo “ex situ”, estas podem se dividir em fase sólida, quando o solo é tratado em um leito especialmente preparado e houver ausência de água livre. Mas o teor de umidade é mantido entre 50 e 75% que é o nível suficiente para a manter a atividade microbiana; e fase lama, quando é adicionado água ao solo para uma melhor degradação do contaminante pelos microrganismos.

Técnicas de Biorremediação “in situ”

Bioventilação

É a injeção de ar ou oxigênio puro em solos e água subterrânea contaminados, estimulando a atividade dos microrganismos.

A aplicação de ar e/ou oxigênio puro, à camada de subsuperfície, estimula o crescimento da população existente resultando na redução dos contaminantes no sítio.

Bioestimulação

É a técnica de aplicação de nutrientes e/ou surfactantes com o objetivo de aumentar a atividade microbiana.

Esta forma de tratamento atua no controle hidráulico do sistema de biodegradação prevendo a migração dos nutrientes pelo sítio a ser descontaminado. Este modelo de tratamento contempla em suas mais variáveis formas a aplicação ou não de microrganismos específicos, bem como a combinação de uma, ou mais formas disponíveis de biorremediação “In situ”.

Várias bactérias de ocorrência natural do gênero Pseudomonas são capazes de degradar o petroleo para suas necessidade de carbono e energia.

Como exemplo de implantação desta técnica temos o desastre do navio Exxon Valdez em 1989 onde derramou 40 milhões de litros de óleo na costa do Alasca. A aplicação de nutrientes a costa acelerou a biodegradação bacteriana do óleo.

Bioaumentação

É a introdução no solo de culturas puras ou consórcio microbiano contento microorganismos selecionados para degradação do contaminante específico.

A utilização deste modelo, com população nativa ou não, no processo de biorremediação resume-se na aplicação de bactérias e fungos que utilizam os contaminantes orgânicos do sítio como fonte de alimento. Uma vez comprovada a capacidade oxidativa de uma determinada espécie de microrganismos (fungos, bactérias ou outros), ou ainda da combinação de várias espécies, deve-se adotar um modelo de estudo em microcosmo para verificação do potencial de adaptação/competição para com a microbiota nativa, comparando-se os resultados e a cinética obtida neste estudo. Também neste modelo podemos contemplar a utilização de fontes complementares de nutrientes, agentes químicos além da injeção de ar e/ou oxigênio.

Para que a aplicação da bioaumentação tenha sucesso, é necessário que os microrganismos selecionados apresentem algumas características, como: capacidade para degradar a maior parte dos contaminantes, estabilidade genética, alto nível de atividade enzimática, alta capacidade de competir com a população intrísica do solo. E os agentes microbianos não devem produzir substâncias tóxicas durante o processo de biodegradação.

Esse processo tem sido bastante estudado para recuperação de solos contaminados por herbicidas, hidrocarbonetos clorados e carbamatos através do emprego de populações indígenas aclimatadas, isolados, selecionados e até mesmo microrganismos transgênicos contendo plasmídeos degradadores.

Isolados indígenas, bem como microrganismos modificados geneticamente, contendo plasmídeos catabólicos, têm sido empregados na produção de inoculantes comerciais para biorremediação. Várias bactérias e fungos, compreendendo dezenas de formulações comerciais, são vendidos nos EUA a preços que variam de US$ 3.6 a US$ 18.0 Kg-1 (GLASS 1992).

Fitorremediação

É o emprego de plantas para descontaminar locais com resíduos químicos orgânicos em sua porção superficial. A rizosfera, que é a região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato apresenta um número de microrganismos muito maior do que no solo livre; os tipos de microrganismos na rizosfera também diferem do solo livre de raiz. A fitorremediação se utiliza desta característica para recuperar o solo contaminado.

Essa técnica pode ser dividida em 5 tipos principais que são:


a) rizofiltração, que é uma técnica de tratamento de água em que contaminantes são removidos e retidos no tecido vegetal;
b) fitoextração, em que os contaminantes são removidos do solo e retidos no tecido vegetal; 
c) fitotransformação, uma técnica que pode ser aplicada ao tratamento da água e do solo, na qual ocorre a degradação dos contaminantes através do metabolismo da planta;
d) fitoestimulação, em que ocorre a estimulação da atividade microbiana pela rizosfera da planta;
e) fitoestabilização, quando as plantas são utilizadas para reduzir a migração dos contaminantes no solo.

Substâncias alvo: metais pesados (Cd, Zn, Cu, Ni, etc), pesticidas (atrazina, compostos clorados), solventes clorados, resíduos orgânicos , etc.

Há poucos estudos sobre fitorremediação, não sendo uma tecnologia amplamente aceita pelos órgãos de controle ambiental. Até o momento, a fitoestimulação tem apresentado o maior número de pesquisas que comprovam sua eficiência na biorremediação de solos contaminados.

A fitorremediação, como qualquer outra tecnologia, apresenta várias vantagens e desvantagens. Se o baixo custo é uma vantagem, o tempo para que se observem os resultados pode ser longo, pois depende do ciclo vital da planta. Além disso, a concentração do poluente e a presença de outras toxinas devem estar dentro dos limites de tolerância da planta. Outra limitação é que as plantas usadas com o propósito de minimizar a poluição ambiental podem entrar na cadeia alimentar, resultando em consequências indesejáveis.

Técnicas de Biorremediação “Ex Situ”

Landfarming

Processo também conhecido como “leito preparado”, é a aplicação e incorporação de contaminantes ou rejeitos contaminados na superfície do solo  não contaminado para degradação. O solo é arado e gradeado para promover a mistura uniforme do contaminante e aeração.

Primeiramente é feito uma preparação. O local é circundado com uma mureta de concreto e o fundo do leito é impermeabilizado com argila ou plásticos poliméricos para evitar que os contaminantes atinjam o lençol freático. A profundidade de escavação é um fator crítico para a difusão do oxigênio e depende das propriedades do solo e da quantidade a ser tratada. Nessa preparação pode ser adicionada matéria orgânica para aumentar porosidade e permeabilidade.

A matriz (rejeito) contaminada é misturada ao solo do local preparado anteriormente por aração e gradagem e as condições físico-químicas do solo (água, aeração e nutrientes) ajustadas para maximizar a atividade heterotrófica. Cria-se assim a camada reativa “zona de tratamento” fazendo com que esta camada de solo atue como bioreator natural. Esta camada pode atingir 50cm, dependendo da profundidade de incorporação dos resíduos. Abaixo desta

zona situa-se uma camada de solo ainda não saturada, acima do lençol freáticos.

O resíduo a ser tratado é incorporado à matriz do solo, em períodos regulares.

Exemplo: Solo contaminado com atrazina na fábrica da Ciba-Geigy Corp – EUA.

• 880 Kg de fertilizante 13-13-13 (NPK) e culturas de Pseudomonas degradadoras de atrazina.
• 20 semanas após: redução do contaminante 100 mg.Kg-1 para apenas 10 mg.Kg-1,
• redução de 90% da concentração original.
• Economia de US$ 2,3 milhões de dólares no tratamento de 1 ha de solo poluído.

Vantagens e desvantagens

• Baixo custo de capital e operação
• Requerimento de grandes áreas
• Longo tempo
• Altas taxas de volatilização

Compostagem

A compostagem é uma técnica na qual o solo contaminado é removido do local de origem e colocado na forma de pilhas, num local que permita o controle da lixiviação e do escoamento superficial dos líquidos originados dessas pilhas. Neste solo, será desencadeado um processo em que os microrganismos aeróbios irão degradar os contaminantes orgânicos, transformando-os em material orgânico estabilizado, CO₂ e água.

Ocorre por ação de agentes microbianos, e portanto, precisa de condições físicas e químicas adequadas para que o composto orgânico final seja de boa qualidade. A presente estrátégia, diferente da técnica de landfarming, requer a adição de material que favoreça o aumento da porosidade e a transferência, e forneça ao sistema uma fonte de energia capaz de beneficiar a expansão microbiana acelerada. Os materiais comumente adicionados na compostágem são: palha, grama, folhas, bagaço de cana, serragem ou esterco.

Nestas células, realiza-se controle mais rigoroso, o que não ocorre no “landfarming”, sendo, portanto, mais seguro e apropriado para tratamento de solos contendo compostos que oferecem elevado risco ambiental.

Importância:

- Aumenta a disponibilidade de nutrientes

- Promove o aproveitamento de resíduos

- Despoluição

Vantagens e desvantagens

•     Baixo requerimento energético
•     Tempo de retenção menor do que os requeridos nos tratamentos in situ, por ex, semanas em vez de meses
•     Requer menores áreas de terra
•     Minimizam problemas de contaminação
•     Mais barato que processos não biológicos  (ex. incineração)
•     Requerem alto controle de umidade devido às altas temperaturas   
•     Requer controle de emissões

Biorreatores

A biorremediação de solos contaminados pode ser realizada por uma técnica que se utiliza de biorreatores. Existe uma ifinidade de tipos e configurações de biorreatores que ilustrativamente podem ser comparados a tanques aéreos fechados. O solo contaminado é misturado com água, de modo a formar uma suspensão com 10 a 40 % de sólidos, que é mecanicamente aerada através de rotações. A formação desta suspensão no interior do biorreator possibilita o aumento da disponibilidade dos contaminantes aos microrganismos degradadores e a eliminação da heterogeneidade da distribuição dos contaminantes no solo.

Além disso, no interior do biorreator, as condições ambientais de pH, a disponibilidade de nutrientes, a aeração e a temperatura são otimizadas para o máximo crescimento microbiano, sendo possível também a introdução de microrganismos degradadores do contaminante.

Após a concentração dos contaminantes ter sido reduzida aos níveis desejados, a suspensão é desidratada e a água pode ser reutilizada no biorreator.

Vantagens e desvantagens

•    Maior controle do processo
•    Alto custo
•    Baixo tempo de tratamento

Podemos citar o caso de Santa Catarina, em que uma indústria na região norte do estado permaneceu lá por 60 anos. Porém, ao deixar o lugar, não tomou medidas para solucionar a poluição causada por uma resina usada na produção industrial, contaminando as fontes d'água presentes com fenol. Uma equipe de especialistas, após análise detalhada da situação, propôs um método de biorremediação in situ, injetando uma solução contendo nutrientes e oxigênio. Em seis meses, o fenol foi quase completamente degradado.


Referências:


http://www.scielo.br/pdf/cr/v37n4/a49v37n4.pdf  acessado em 26/10/2011                               


http://dialogos.ftc.br/index.phpoption=com_content&task=view&id=198&Itemid=4 acessado em 29/10/2011

http://www.ciclovivo.com.br/noticia.php/2010/biotecnologia_e_usada_na_recuperacao_de_areas_degradadas/ - acessado em 08/11/2011

Fonte das imagens:

Apresentação em Power Point retirado do site da Universidade Federal de Pelotas acessado em 01/11/2011
www.ufpel.edu.br/.../f215a96bd587043b384088a339d2a993.ppt