) [modo de compatibilidade]) - ufjf.br¡rio-de-fitorremediação... · dentro da biorremediação...

Universidade Federal de Juiz de ForaInstituto de Ciências ExatasDepartamento de Química

Química Analítica Ambiental

Grupo: Carla SoaresGrupo: Carla SoaresFlávia Flávia HerediaHerediaLarissa Larissa LavoratoLavoratoPatrícia BarrosPatrícia Barros

Professor: Rafael ArrombaProfessor: Rafael Arromba

Juiz de Fora, 08 de Janeiro de 2014Juiz de Fora, 08 de Janeiro de 2014 1

�

Introdução

Rochas Minerais MO Água Ar

2

� Constitui a interface entre a geosfera, a atmosfera e ahidrosfera, alojando a maior parte da biosfera.

� Recurso não renovável!

�� É um sistema muito dinâmico que desempenha

inúmeras funções e presta serviços vitais para asatividades humanas e a sobrevivência dosecossistemas.

Introdução

ecossistemas.

Produção de biomassa

Armazenamento e Filtragem

Transformação de nutrientes

Fornece matérias-primas

Reservatório de carbono

Blum, W. E. 2005. Functions of soil society and the environment. Reviews in Environmental Science andBiotechnology, 4(3): 75-79. 3

�

Poluição de Solos

Substâncias orgânicas

Compostos orgânicos

Minerais e sólidos

Microbiológica

4

orgânicas naturais • Águas residuais

e urbanas• Estrume• Indústrias

orgânicos sintéticos • Pesticidas• Substâncias de

origem industrial

sólidos inorgânicos em suspensão• Derivado de

erosão• Descargas

industriais

•Assentamentos urbanos e animal

�

Contaminantes

5

�

Introdução

Áreas contaminadasAlternativas para

despoluir

Soluções que englobamSoluções que englobam

eficiência na descontaminação

simplicidade na execução

tempo demandado

pelo processoMenor custo

Biorremediação

6

�

Introdução

Biorremediação:

técnica que objetiva descontaminar solo eágua por meio da utilização deorganismos vivos, como microrganismosorganismos vivos, como microrganismose plantas.

Dentro da Biorremediação se encontra a Fitorremediação

7

�Segundo Accioly & Siqueira (2000):� A Fitorremediação envolve o emprego de plantas, sua

microbiota associada e de amenizantes (corretivos,fertilizantes, matéria orgânica etc.) do solo, além de

Fitorremediação

fertilizantes, matéria orgânica etc.) do solo, além depráticas agronômicas que, se aplicadas em conjunto,removem, imobilizam ou tornam os contaminantes inofensivosao ecossistema.

� Quando comparada com técnicas tradicionais comobombeamento e tratamento, ou remoção física da camadacontaminada, a fitorremediação tem sido consideradavantajosa, principalmente por sua eficiência nadescontaminação e pelo baixo custo

8

�

Fitorremediação

As plantas podem ajudar a limpar muitos tipos de contaminantes, incluindo metais, pesticidas, explosivos e contaminantes, incluindo metais, pesticidas, explosivos e petróleo. Esta é uma forma não-poluente e de baixo custo

para remover e/ou estabilizar substâncias tóxicas que poderiam ser lixiviadas do solo pela chuva e contaminar as

fontes de água

9

�

Aplicação e mecanismosA Fitorremediação pode ser utilizada em solos contaminados com substâncias:

OrgânicasMetais

pesados Subprodutos

Pesquisa mais difundida

Inorgânicas

pesados Subprodutos tóxicos da indústria

Solventes clorados

Explosivos

Agrotóxicos

Elementos contaminantes

� Em geral, é mais difícil trabalhar com contaminantes orgânicos � diversidadeMolecular � complexidade de análise � constantes transformações a que estão sujeitos.

10

�� Metais (Pb, Zn, Cu, Ni,Hg, Se),� Compostos inorgânicos (NO3

-NH4+, PO43-),

� Elementos químicos radioativos (U, Cs, Sr),

Substâncias alvo

Elementos químicos radioativos (U, Cs, Sr),� Hidrocarbonetos derivados de petróleo (BTEX),� Pesticidas e herbicidas (atrazine, bentazona),� Compostos clorados e nitroaromáticos,� Explosivos (TNT),� Solventes clorados (TCE, PCE)� Resíduos orgânicos industriais

11

�� Para o sucesso da fitorremediação, as plantas usadas

devem ter tolerância aos contaminantes, capacidade deremovê-los e extraí-los, e mineralizá-los no ambiente.

� Sua utilização é baseada na seletividade, natural oudesenvolvida, que algumas espécies possuem a

Aplicação e mecanismos

Sua utilização é baseada na seletividade, natural oudesenvolvida, que algumas espécies possuem adeterminados tipos de compostos ou mecanismos deação. Fato comum em espécies agrícolas e daninhas,tolerantes a certos herbicidas.

� A seletividade deve-se ao fato de que os compostosorgânicos podem ser translocados para outros tecidos da plantae subseqüentemente volatilizados; podem ainda sofrer parcialou completa degradação ou ser transformados em compostosmenos tóxicos

12

�

Principais mecanismos

A fitorremediação pode ser dividida em oito processos que dependem das características morfofisiológicas do vegetal:

Fitoextração Fitoacumulação FitodegradaçãoFitoextração

RizoestabilizaçãoRizovolatilizaçãoRizodegradação

Fitovolatilização Fitoestimulação

Fitoacumulação Fitodegradação

13

�


Fitoextração

consiste na absorção dos contaminantes pelas raízes

Acumulação nos tecidos vegetais

contaminantes pelas raízes das plantas, sendo aí armazenados, ou são

transportados e acumulados nas partes aéreas das plantas. Se

usam plantas acumuladoras de metais

pesados para extraírem os poluentes inorgânicos.

14

http://www.educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/biologia/0026.html acesso em 07/01/2014

�


Fitodegradação

Bioconversão do contaminante em formas

Enzimas degradam poluentes

contaminante em formas menos tóxicas ou não-tóxicas

nas raízes ou em outros órgãos dos vegetais; em

alguns casos a transformação ocorre de forma intensa,

resultando na mineralização do xenobiótico. Ocorre após a fitoextração, ou mesmo após a

fitoacumulação15


�Fitovolatilização

os contaminantes


Conversão de poluentes em

compostos voláteisos contaminantes absorvidos pelas raízes

das plantas são convertidos em formas

menos tóxicas e liberadas para a

atmosfera. Neste caso, as plantas têm que ter

alta capacidade de transpiração

16

compostos voláteis


�Fitoestimulação

consiste no fato das raízes liberarem exsudatos como,


liberarem exsudatos como, aminoácidos e

polissacarídeos, que estimulam a atividade dos microorganismos do solo,

degradando os contaminantes . As plantas

devem apresentar um sistema radicular denso,

com raízes profundas que cubram uma grande área

de contato. 17

Degradação dos poluentes por

bactérias adsorvidas nas

raízes


�Fitoestabilização

as plantas protegem o solo contaminado da


solo contaminado da erosão eólica e hídrica;

imobilizam os contaminantes no solo,

por formação de compostos de baixa

solubilidade na zona da raiz, adsorção à raiz, ou absorção e acumulação

na raiz, reduzindo a lixiviação, ou a entrada

na cadeia alimentar 18

Incorporação à liginina das paredes

celulares


�

As plantas em potencial devem possuir algumas características

Capacidade de absorção, concentração e/ou metabolização e tolerância ao contaminante

Capacidade de removê-los, extraí-los, e mineralizá-losno ambiente

Alta taxa de crescimento e produção de biomassa

Fácil colheita

Capacidade de desenvolver-se bem em ambientes diversos

19

�

Espécies fitorremediadoras

Feijão-de-porco (Canavalia ensiformis)

Milheto (Pennsetumglaucun)

20

Girassol (Helianthus annus)

�� As características físico-químicas do solo devem ser

conhecidas.

� Identificação dos poluentes bem como sua

Pré-requisitos para utilização da Fitorremediação

� Identificação dos poluentes bem como suadistribuição na área.

� Qualquer fator que venha a interferir negativamente nodesempenho das plantas deve ser controlado ouminimizado.

� Conhecer as condições de domínio da manipulaçãoin situ dos organismos, a acessibilidade, o local, apossibilidade de isolamento e contenção da contaminação.

21

�� Metais Tóxicos� Há aproximadamente 2.000 a.C., grandes quantidades de

chumbo eram obtidas de minérios início da utilização

Aplicações

chumbo eram obtidas de minérios início da utilização desse metal pelo homem.

� A presença de metais no solo está associada a localização geográfica.

controle da quantidade de metais:

� limitar o uso de produtos agrícolas� proibir a produção de alimentos em solos contaminados

SANTOS, G. C. G. dos; RODELLA, A. A. Poluição do solo e qualidade ambiental. USP/ESALQ. Revista Brás. Ci. Solo, v. 31, p. 793-804, 2007.

�

� Toxicidade do metal:

Aplicações

Dose;Espécie química.

� Os metais podem ser classificados em:● Elementos essenciais: Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Se e Zn.● Não essenciais: As, Ba, Cd, Hg e P.

Material Química Analítica Ambiental, Rafael Arromba, Departamento de Química, UFJF, 2 ° semestre de 2013.

�

agricultura, mineração e siderurgia

Aplicações

sérios problemas de poluição ambiental

� EUA e Europa perda na produção de alimentos.� Brasil 1970, descoberta de depósitos,

usualmente clandestinos de resíduosquímicos perigosos.

KOS, B.; LESTAN, D. Induced phytoextraction/soil washing of using biodegradable chelate and permeable barriers. Environ. Sci. Technol., v. 37, p. 624-629, 2003.

�� A utilização de plantas para descontaminação do solo

apareceu de um princípio inverso:

Aplicações

�� No caso dos metais, as espécies acumuladoras teriam

maior potencial fitoextrator, mas geralmente apresentamtamanho reduzido e baixa taxa de crescimento, o quelimita sua aplicação em larga escala.

Aplicações

limita sua aplicação em larga escala.

� Vantagens: melhora o aporte de matéria orgânicaaumenta a quantidade de raízesatenua processos erosivosmelhora o habitat de microorganismos

RASKIN, I; SMITH, R. D.; SALT, D. E. Phytoextration of metals using plants to remove pollutants from the environment. Current Opinion in Biotechnology, v. 18, p. 221-285, 1997.

�� Gonzaga et al. (2006) constataram que as samambaias

hiperacumulam arsênio.Pteris vittat: capacidade para remover arsênio do solo.

Aplicações

Pityrogramma calomelanos: capacidade semelhante paraacumular arsênio.

Pteriscopper vittata crescendo em solo contaminado com cromato de arsênio (Central Florida- USA).

�� Pesticidas� Cidade de Meninos (Rio de Janeiro): havia uma fábrica de

hexaclorociclohexano (HCH), que é um pesticidaorganoclorado, a qual foi desativada entre os anos de

Aplicações

organoclorado, a qual foi desativada entre os anos de1960 e 1965, porém, permaneceu no local todo seu acervoabandonado, inclusive os "stocks" e resíduos daprodução.

BUOSI, D., FELFILI, J.M.,2004. Recuperação de áreas contaminadas por pesticidas organoclorados na Cidade de Meninos, município de Duque de Caxias, RJ. Revista Árvore 28(3) : 465-470.

novos compostos e novos riscosMinistério da Saúde do Brasil decidiu proceder àneutralização do HCH por meio da aplicaçãode cal virgem (CaO).

�� Associado à aplicação da cal (CaO) e à agregação de

adubo orgânico ao solo, foi sugerido o plantio e espéciesflorestais na área contaminada.

Aplicações

� Duas espécies de eucalipto foram escolhidas: Eucalyptusgrandise e Corymbria citriodora.

Fitorremediação: promover a ciclagem

de nutrientes

LASAT, M.M., 2002. Phytoextraction of Toxic Metals: A Review of Biological Mechanisms. Journal of Environmental Quality 31: 109-120.BUOSI, D., FELFILI, J.M.,2004. Recuperação de áreas contaminadas por pesticidas organoclorados na Cidade de Meninos, município de Duque de Caxias, RJ. Revista Árvore 28(3) : 465-470.

�� Resultados: o solo apresentou pH igual a 8,2 e 8,4 nas

amostras de solo 1 (área de E. grandis) e de solo 2 (área deC. citriodora).

Aplicações

condição favorece a retenção de compostos organoclorados no solo

� A interação entre plantas, poluente e solo é o primeiropasso para a realização eficaz da técnica defitorremediação.

BUOSI, D., FELFILI, J.M.,2004. Recuperação de áreas contaminadas por pesticidas organoclorados na Cidade de Meninos, município de Duque de Caxias, RJ. Revista Árvore 28(3) : 465-470.

�� Herbicidas� Solos contaminados com herbicidas apresentam certas

limitações à fitorremediação: por serem tóxicos para asplantas.

Aplicações

plantas.� Fator negativo: maior probabilidade de ocorrência de

lixiviação das suas moléculas originais ou dos seusmetabólitos para camadas mais profundas do solo,podendo atingir o lençol freático.

31

�� A possibilidade de uma planta ser fitorremediadora

depende do tipo de poluente plantas que possui maiorresistência ao poluente.

� Exemplo: As espécies mais eficientes na descontaminação

Aplicações

� Exemplo: As espécies mais eficientes na descontaminaçãodo herbicida Trifloxysulfuron Sodium (utilizado nacultura do algodão) em solo foram Mucana aterrina(mucana-preta) e Canavalia ensiformes (feijão-de-porco).

32

C. ensiformes(feijão-de-porco)

M. aterrina(mucana-preta)

SANTOS, J.B., PROCÓPIO, S.O., SILVA, A.A., PIRES, F.R., RIBEIRO JÚNIOR, SANTOS, E.A., FERREIRA, L.R.,2004. Fitorremediação do herbicida Trifloxysulfuron Sodium. Planta Daninha 22(2) : 323-330.

�� Outros Poluentes� PCBs (Polychlorinated Biphenyls).

� Fabricados entre meados de 1920 e 1970.

Aplicações

� Fabricados entre meados de 1920 e 1970.� Praticamente insolúveis em água e facilmente solúveis

em carboidratos, gorduras e outros compostosorgânicos, sendo de rápida absorção por tecidosgordurosos.

isolante dielétrico líquido mais usado em transformadores e outros equipamentos

elétricos

alta estabilidade

baixa inflamabilidade

condutividade

33K. A. S. Cruvinel, A. D. Oliveira, K. Kopp, E. M. Ferreira ‐ REEC – Revista Eletrônica deEngenharia Civil Vol 7 ‐ nº 2 (2013).

�� As mesmas propriedades físico‐químicas que tornaram

esse grupo de compostos excelentes para uso comodielétrico, também os condenaram por possuíremcaracterísticas de poluente orgânico persistente.

Aplicações

características de poluente orgânico persistente.� As PCBs são compostos orgânicos aromáticos clorados,

cuja família é constituída por cerca de 709 compostosdiferentes.

� O uso das PCBs foi restrito no Brasil e em vários outrospaíses.


�� Estudos foram realizados sobre o efeito da rizosfera na

fitorremediação de solos contaminados.� Três leguminosas e quatro espécies de gramíneas foram

selecionadas na primeira fase. As leguminosas foram:

Aplicações

presença de plantas aumentou significativamente a selecionadas na primeira fase. As leguminosas foram:Medicago sativa, Lathyrus sylvestris e Lespedeza cuneataDum.‐Cours, sendo as espécies de gramíneas: Panicumclandestinum, Phalaris arundinacea, Panicum virgatum, eFestuca arundinacea.

maior degradação de PCBs

presença de plantas aumentou significativamente a atividade biológica (respiração microbiana e atividade

enzimática).


�� Menor custo em relação às técnicas tradicionalmente

utilizadas envolvendo a remoção do solo paratratamento ex situ.

Potencialidades

� Os compostos orgânicos podem ser degradados aCO2 e H2O, removendo toda a fonte decontaminação.

� As propriedades biológicas e físicas do solo sãomantidas podendo até ser melhoradas.

36PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta Daninha, Viçosa-MG, v.21, n.2, p.335-

341, 2003

�� Fixação de nitrogênio atmosférico, no caso de

leguminosas;� Plantas ajudam no controle do processo erosivo,

eólico e hídrico.

Potencialidades

eólico e hídrico.

Evitam o carreamento de contaminantes com a água e com o solo , reduzindo

assim a possibilidade de contaminaçãode lagos e rios;

� Plantas são mais favoráveis, esteticamente, do quequalquer outra técnica de biorremediação.


341, 2003

�� Incorporação de matéria orgânica ao solo, quando

não há necessidade de retirada das plantasfitorremediadoras da área contaminada.

Potencialidades

� Podem ser implementadas com mínimo distúrbioambiental, evitando escavações e tráfego pesado.

� Utiliza energia solar para realizar os processos.

� Tem alta probabilidade de aceitação pública.


341, 2003

�� Dificuldade na seleção de plantas para fitorremediação.

� O tempo requerido para obtenção de uma despoluição

Limitações

O tempo requerido para obtenção de uma despoluiçãosatisfatória pode ser longo.

� O contaminante deve estar dentro da zona de alcance dosistema radicular.

� Clima e condições edáficas podem restringir ocrescimento de plantas fitorremediadoras.


341, 2003

�� Elevados níveis do contaminante no solo podem

impedir a introdução de plantas no sítiocontaminado.

Limitações

� Na fitorremediação de orgânicos, as plantas podemmetabolizar os compostos.

� Potencial de contaminação da cadeia alimentar.

Em alguns casos, os metabólitos podem ser mais problemáticos do que os compostos originais;


341, 2003

�� Necessidade de disposição da biomassa vegetal,

quando ocorre a fitoextração de poluentes não-metabolizáveis ou metabolizados a compostostambém tóxicos.

Limitações

também tóxicos.

� Possibilidade de a planta fitorremediadora tornar-seplanta daninha

� Melhoria nas condições do solo pode ser requerida,incluindo a quelação do contaminante para facilitarsua absorção pelas plantas.


341, 2003

�� A fitorremediação se revela como um avanço da

biotecnologia para o tratamento do solo e água.� Apesar de existirem limitações, os benefícios

Conclusões

� Apesar de existirem limitações, os benefíciosapresentados pela fitorremediação a tornam umatécnica promissora.

� Contudo, ela requer ação conjunta de profissionaisde diversas áreas, no intuito de identificar espéciescapazes de atuar eficazmente na descontaminação desolos.

�� Uma característica importante a ser considerada é a

habilidade dessas plantas em cobrir o solorapidamente e melhorar sua fertilidade.

Conclusões

� Manejo sustentável e aproveitamento dossubprodutos.

�

Referências bibliográficas

� ACCIOLY, A. M. A.; SIQUEIRA, J. O. Contaminação química e biorremediação do solo. In: NOVAIS, R. F.;

� Blum, W. E. 2005. Functions of soil society and the environment. Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 4(3): 75-79

� PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta � PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta

Daninha, Viçosa-MG, v.21, n.2, p.335-341, 2003

� PERKOVICH, B. S. et al. Enhanced mineralization of [14C] atrazine in K. scoparia

rhizosferic soil from a pesticidecontaminated site. Pestic. Sci., v. 46, p. 391-396, 1996.

� http://www.isfoundation.com/pt-br/news/fitorremedia%C3%A7%C3%A3o-um-m%C3%A9todo-salvador-do-meio-ambiente acesso em 06/01/14

� Fonte: http://fitorremediacao.blogs.sapo.pt/ acesso em 06/01/14

� http://www.educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/biologia/0026.html acesso em 07/01/2014

44

�

Obrigada pela atenção!

45

) [modo de compatibilidade]) - ufjf.br¡rio-de-fitorremediação... · dentro da biorremediação...

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