artigo biorremediação diesel

162
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Instituto de Geociências e Ciências Exatas Campus de Rio Claro AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE BIORREMEDIAÇÃO DE SOLOS E DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS CONTAMINADOS COM ÓLEO DIESEL Adriano Pinto Mariano Orientador: Prof. Dr. Daniel Marcos Bonotto Co-orientadora: Prof a . Dr a . Dejanira de Franceschi de Angelis Tese de Doutorado elaborada junto ao Programa de Pós-Graduação em Geociências e Meio Ambiente, para obtenção do Título de Doutor em Geociências e Meio Ambiente. Rio Claro (SP) Dezembro/2006

Upload: amanda-de-matos-costa

Post on 25-Nov-2015

48 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

    Instituto de Geocincias e Cincias Exatas

    Campus de Rio Claro

    AVALIAO DO POTENCIAL DE BIORREMEDIAO DE SOLOS E DE GUAS SUBTERRNEAS CONTAMINADOS

    COM LEO DIESEL

    Adriano Pinto Mariano

    Orientador: Prof. Dr. Daniel Marcos Bonotto Co-orientadora: Profa. Dra. Dejanira de Franceschi de Angelis

    Tese de Doutorado elaborada junto ao Programa de Ps-Graduao em Geocincias e Meio Ambiente, para obteno do Ttulo de Doutor em Geocincias e Meio Ambiente.

    Rio Claro (SP)

    Dezembro/2006

  • 551.49 Mariano, Adriano Pinto M333a Avaliao do potencial de biorremediao de solos e de

    guas subterrneas contaminados com leo diesel / Adriano Pinto Mariano. Rio Claro : [s.n.], 2006

    162 f. : il., tabs.

    Tese (doutorado) Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geocincias e Cincias Exatas

    Orientador: Daniel Marcos Bonotto

    1. guas subterrneas. 2. Biorremediao. 3. Postos de combustveis. 4. Vinhaa. 5. Biossurfactante. I. Ttulo.

    Ficha Catalogrfica elaborada pela STATI Biblioteca da UNESP Campus de Rio Claro/SP

  • Comisso examinadora

    Prof. Dr. Daniel Marcos Bonotto Unesp/IGCE/Rio Claro

    Prof. Dr. Carlos Renato Corso Unesp/IB/Rio Claro

    Prof. Dr. Bruno Coraucci Filho Unicamp/FEC/Campinas

    Profa. Dra. Cassiana Maria Reganhan Coneglian Unicamp/Ceset/Limeira

    Dra. Aurora Mariana Garcia de Frana Souza Cetesb/Piracicaba

    Adriano Pinto Mariano

    Rio Claro, 13 de Dezembro de 2006.

    Resultado: Aprovado com Louvor

  • Ao meu pai

  • ___________________________________

    La utopa est en el horizonte. Camino dos pasos, ella se aleja dos pasos y el horizonte se corre diez pasos ms all. Entonces para que sirve la utopa? Para eso, sirve para caminar

    (Eduardo Galeano)

    On ne voit bien qu'avec le coeur. L'essentiel est invisible pour les yeux

    (Saint-Exupry)

    We live in a world where we have to hide in order to make love, while violence is practiced in broad daylight

    (John Lennon)

    ___________________________________

  • AGRADECIMENTOS

    Ao Prof. Dr. Daniel Marcos Bonotto por toda confiana depositada em mim em todas as etapas desse trabalho.

    Profa. Dra. Dejanira de Franceschi de Angelis, no apenas pela orientao, mas tambm por todo seu carinho, apoio e oportunidades. Um exemplo a ser seguido.

    Universidade Estadual Paulista (UNESP).

    Ao Instituto de Geocincias e Cincias Exatas (IGCE).

    Ao Instituto de Biocincias (IB) e ao Departamento de Bioqumica e Microbiologia Aplicada, pela infraestrutura oferecida.

    Ao Programa de Formao de Recursos Humanos (PRH-05) da Agncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis, pela bolsa de estudos, por todo apoio financeiro e pelos cursos oferecidos.

    Ao Prof. Dr. Dimas Dias Brito, coordenador do PRH-05, pela bolsa de estudos e confiana.

    Aos membros das bancas de Exame de Qualificao (Dr. Lus Tadeu Furlan e Dra. Aurora Mariana G. de Frana Souza) e de defesa de Tese (Prof. Dr. Carlos Renato Corso, Prof. Dr. Bruno Coraucci Filho, Profa. Dra. Cassiana Maria R. Coneglian e Dra. Aurora Mariana G. de Frana Souza) pelas sugestes e correes.

    Geoinform Pesquisas Geolgicas S/C Ltda e aos proprietrios dos postos de combustveis pelo acesso s reas de estudo.

    Usina Santa Lucia pelo fornecimento de vinhaa.

    Petrobras pelo fornecimento de material biolgico.

    Ao Prof. Dr. Jonas Contiero pelo uso das instalaes do Laboratrio de Microbiologia Industrial (LMI).

    Dra. Ana Paula de A. G. Kataoka pelo material biolgico.

  • Ao Laboratrio de Qumica Ambiental do Instituto de Qumica da USP de So Carlos (IQSC) pelas anlises cromatogrficas.

    Biloga Renata de Melo Peixoto pelas instrues relativas ao indicador DCPIP.

    Aos professores Edrio Dino Bidia, Jos Carlos Marconato e Sandra Mara Martins

    Franchetti, pela oportunidade de trabalho como professor bolsista e pela orientao e ajuda.

    Ao Bruce Tessari por sua ajuda nos trabalhos de campo e pela amizade.

    Aos tcnicos e funcionrios do Departamento de Bioqumica e Microbiologia Aplicada, ngela (tcnica), Ins, Maria Luiza, Beto, ngela (secretria), Nega, Ronaldo, pela ajuda e amizade.

    Ao Zito, pelas anlises de toxicidade, dicas e amizade.

    Ao Jos Maria Cazonatto, secretrio do PRH-05, pela ajuda e amizade.

    Maria Paula, minha grande amiga, parceira de trabalho e congressos.

    Ao amigo Srgio Crivelaro pela ajuda e, claro, por sua amizade.

    Aos bolsistas do PRH-05, companheiros de cursos, de congressos, de sala.

    Michely Perez pelo seu carinho e pela grande ajuda na coleta de solo.

    Aos amigos Edi, Di, Allan e meu irmo, pelos momentos de descontrao.

    Emma-Jane Toovey, fonte de inspirao no momento mais importante desse trabalho.

    E por fim, mas o mais importante, minha famlia, pelo apoio incondicional.

  • SUMRIO

    ndice.......................................................................................................... i

    ndice de Tabelas....................................................................................... iii

    ndice de Figuras........................................................................................ iv

    Resumo....................................................................................................... vi

    Abstract...................................................................................................... vii

    1 Introduo e Objetivos.......................................................................... 1

    2 - Reviso da Literatura............................................................................. 7

    3 - Material e Mtodos................................................................................ 45

    4 - Resultados e Discusso......................................................................... 70

    5 - Concluses............................................................................................. 123

    6 - Referncias Bibliogrficas.................................................................... 125

  • i

    NDICE

    1 INTRODUO E OBJETIVOS................................................................................................................... 1 1.1 Introduo............................................................................................................................................ 1 1.2 Objetivos............................................................................................................................................. 5

    2 REVISO DA LITERATURA...................................................................................................................... 7 2.1 Combustveis derivados do petrleo .................................................................................................. 7 2.2 Hidrocarbonetos como fonte de contaminao da subsuperfcie........................................................ 8

    2.2.1 Origens e conseqncias........................................................................................................ 8 2.2.2 Dinmica dos hidrocarbonetos em subsolo .......................................................................... 10

    2.3 Tcnicas de remediao aplicadas a reas contaminadas.................................................................... 13 2.3.1 Conceitos envolvidos na biorremediao.............................................................................. 16

    2.3.1.1 Ao dos microrganismos.................................................................................... 16 2.3.1.2 Processos de biorremediao in situ................................................................. 17 2.3.1.3 Caracterizao do local para implementao da biorremediao in situ.......... 27 2.3.1.4 Condies hidrogeolgicas que influenciam a biorremediao ...................... 28

    2.4 Biodegradabilidade dos hidrocarbonetos BTEX................................................................................. 30 2.5 Microrganismos degradadores de hidrocarbonetos............................................................................. 34 2.6 Mtodos de avaliao da biodegradao em laboratrio..................................................................... 38 2.7 Processo de intemperizao do leo diesel......................................................................................... 40 2.8 Produo de biossurfactantes utilizando-se matrias primas alternativas........................................... 42 2.9 Vinhaa................................................................................................................................................ 43

    3 MATERIAL E MTODOS............................................................................................................................ 45 3.1 Avaliao da biorremediao natural da gua subterrnea no posto de combustveis SB.................. 45

    3.1.1 Descrio da rea................................................................................................................... 45 3.1.2 Amostragem de gua subterrnea.......................................................................................... 47 3.1.3 Anlises fsico-qumicas........................................................................................................ 48 3.1.4 Anlises microbiolgicas....................................................................................................... 49

    3.2 Amostragem de solo nos postos de combustveis............................................................................... 50 3.2.1 Postos de combustveis ASP e SB......................................................................................... 50 3.2.2 Posto de combustveis RC..................................................................................................... 50

    3.3 Anlises realizadas nos solos.............................................................................................................. 51 3.3.1 Caracterizao fsico-qumica............................................................................................... 51 3.3.2 Anlise cromatogrfica.......................................................................................................... 52 3.3.3 Contagem de bactrias heterotrficas totais.......................................................................... 52

    3.4 Respirometria...................................................................................................................................... 52 3.5 Avaliao de diferentes tcnicas de biorremediao aplicadas ao solo ASP...................................... 55

    3.5.1 Preparo do inculo................................................................................................................. 55 3.5.2 Testes de toxicidade aguda.................................................................................................... 56

    3.6 Avaliao da tcnica de bioaumento aplicada a solos......................................................................... 56 3.6.1 Microrganismos..................................................................................................................... 58 3.6.2 Preparo dos inculos.............................................................................................................. 58

    3.7 Avaliao do efeito da adio da vinhaa na biorremediao de solos e guas subterrneas............. 59 3.7.1 Caracterizao da vinhaa..................................................................................................... 59 3.7.2 Experimento respiromtrico.................................................................................................. 59 3.7.3 Experimentos com gua subterrnea................ .................................................................... 60

    3.8 Comparao da biodegradabilidade de leo diesel comercial e intemperizado.................................. 62

  • ii

    3.8.1 Microrganismos..................................................................................................................... 63 3.8.2 Preparo dos inculos.............................................................................................................. 64 3.8.3 Preparo do teste...................................................................................................................... 65 3.8.4 Experimento respiromtrico.................................................................................................. 65 3.8.5 Composio dos leos diesel................................................................................................. 66

    3.9 Produo de biossurfactante utilizando-se leo diesel intemperizado................................................ 66 3.9.1 Preparo dos inculos.............................................................................................................. 66 3.9.2 Condies de cultivo.............................................................................................................. 66 3.9.3 Medidas de tenso superficial................................................................................................ 67 3.9.4 Verificao de bioemulsificadores........................................................................................ 67 3.9.5 Aplicao de ultrasom........................................................................................................... 68

    4 - RESULTADOS E DISCUSSO..................................................................................................................... 70 4.1 Avaliao da biorremediao natural da gua subterrnea no posto de combustveis SB.................. 70 4.2 Caracterizao das amostras de solos.................................................................................................. 76 4.3 Avaliao de diferentes tcnicas de biorremediao aplicadas ao solo ASP...................................... 77 4.4 Avaliao da tcnica de bioaumento aplicada a solos......................................................................... 84

    4.4.1 Teste de biodegradabilidade do leo diesel........................................................................... 84 4.4.2 Experimentos respiromtricos............................................................................................... 85

    4.5 Avaliao do efeito da adio da vinhaa na biorremediao de solos e guas subterrneas............. 100 4.5.1 Experimento respiromtrico.................................................................................................. 101 4.5.2 Experimentos com gua subterrnea..................................................................................... 106

    4.6 Comparao da biodegradabilidade de leo diesel comercial e intemperizado.................................. 110 4.6.1 Composio dos leos diesel................................................................................................. 110 4.6.2 - Teste de biodegradabilidade: indicador redox DCPIP........................................................... 114 4.6.3 Experimento respiromtrico.................................................................................................. 116

    4.7 Produo de biossurfactante utilizando-se leo diesel intemperizado................................................ 120

    5 CONCLUSES............................................................................................................................................... 123

    6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.......................................................................................................... 125

  • iii

    NDICE DE TABELAS

    Tabela 2.1 Alguns exemplos de tcnicas de remediao da zona no saturada.................................................. 15 Tabela 2.2 Alguns exemplos de tcnicas de remediao da zona saturada......................................................... 15 Tabela 3.1 Experimento respiromtrico. Condies experimentais geradas pelo Planejamento Fatorial Completo - 23. Tempo de incubao de 55 dias. .............................................................................

    55 Tabela 3.2 Experimento respiromtrico: Parte 1 solos ASP e SB. Tempo de incubao de 57 dias............... 56 Tabela 3.3 Experimento respiromtrico: Parte 2 solo RC. Tempo de incubao de 92 dias........................... 57 Tabela 3.4 Experimento respiromtrico: Parte 3 solo ASP (bioaumento com o inculo comercial EM). Tempo de incubao de 48 dias. ......................................................................................................

    58 Tabela 3.5 Experimento respiromtrico: adio de vinhaa ao solo. Tempos de incubao de 48 dias (tratamentos 1 6) e 47 dias (tratamentos 7 10) ..........................................................................

    60

    Tabela 3.6 Experimento com gua subterrnea simulando condio no aerada............................................... 61 Tabela 3.7 Experimento com gua subterrnea simulando condio aerada...................................................... 62 Tabela 3.8 Experimento respiromtrico: Comparao da biodegradabilidade de leo diesel comercial e intemperizado (ASP) .......................................................................................................................

    65 Tabela 3.9 Resumo das condies experimentais (produo de biossurfactante)............................................... 69 Tabela 4.1 Parmetros fsicos e qumicos avaliados nas amostras de gua subterrnea coletadas entre Maio de 2004 e Abril de 2006....................................................................................................................

    70 Tabela 4.2 Concentrao de BTEX nas amostras de gua subterrnea coletadas entre Maio de 2004 e Abril de 2006....................................................................................................................................

    71 Tabela 4.3 Concentrao de hidrocarbonetos policclicos aromticos (HPA) nas amostras de gua subterrnea coletadas em abril de 2006 nos poos de monitoramento SB1; SB2 e SB3.................

    72 Tabela 4.4 Caracterizao das amostras de solos................................................................................................ 77 Tabela 4.5 Valores de pH e consumo de nitrognio e fsforo no final do experimento respiromtrico............ 83 Tabela 4.6 Teste de toxicidade aguda empregando Daphnia similis.................................................................. 84 Tabela 4.7 Teste de biodegradabilidade do leo diesel usando o indicador DCPIP.......................................... 85 Tabela 4.8 Concentrao de hidrocarbonetos nos solos ASP e SB.................................................................... 90 Tabela 4.9 Concentrao de hidrocarbonetos no incio (1) e final (2) dos experimentos 1 ao 6. Valores entre parnteses indicam a eficincia de remoo (%).....................................................................

    91 Tabela 4.10 Concentrao de hidrocarbonetos no incio (1) e final (2) dos experimentos com o solo RC. Valores entre parnteses indicam a eficincia de remoo (%)......................................................

    95 Tabela 4.11 Concentrao de hidrocarbonetos no incio (1) e final (2) dos experimentos com o solo ASP (parte 3). Valores entre parnteses indicam a eficincia de remoo (%)..........................

    99 Tabela 4.12 Valores de pH, nitrognio e fsforo nos experimentos respiromtricos......................................... 100 Tabela 4.13 Caracterizao fsico-qumica da vinhaa....................................................................................... 100 Tabela 4.14 Concentrao de hidrocarbonetos no incio (1) e final (2) dos experimentos. Valores entre parnteses indicam a eficincia de remoo (%)...........................................................................

    105 Tabela 4.15 Valores de pH, e contedo de nitrognio e potssio no experimento respiromtrico..................... 106 Tabela 4.16 Experimento com a gua subterrnea condio no aerada......................................................... 107 Tabela 4.17 Experimento com a gua subterrnea condio no aerada concentrao de BTEX (g.L-1).. 108 Tabela 4.18 Experimento com a gua subterrnea condio no aerada concentrao de HPA (g.L-1)..... 108 Tabela 4.19 Experimento com a gua subterrnea condio aerada.............................................................. 109 Tabela 4.20 Experimento com a gua subterrnea condio aerada concentrao de BTEX (g.L-1)........ 109 Tabela 4.21 Experimento com a gua subterrnea condio aerada concentrao de HPA (g.L-1).......... 110 Tabela 4.22 Concentrao de BTEX nos leos diesel........................................................................................ 111 Tabela 4.23 Concentrao de HPA nos leos diesel........................................................................................... 112 Tabela 4.24 Concentrao de HTP nos leos diesel........................................................................................... 112 Tabela 4.25 Teste de biodegradabilidade (DCPIP) em tubos de ensaio............................................................. 115 Tabela 4.26 Teste de biodegradabilidade (DCPIP) em frascos erlenmeyer ....................................................... 116 Tabela 4.27 Concentrao de hidrocarbonetos no incio (1) e final (2) do experimento respiromtrico 1. Valores entre parnteses indicam a eficincia de remoo (%)...............................................

    120 Tabela 4.28 Medidas de tenso superficial....................................................................................................... 121

  • iv

    NDICE DE FIGURAS

    Figura 2.1 Diferentes fases presentes na zonas insaturada e saturada do solo (Fonte: GUIGUER, 2000)......... 11 Figura 2.2 Evoluo da contaminao por hidrocarbonetos de combustveis em subsuperfcie (Fonte: USEPA, 2003b) ..................................................................................................................

    13 Figura 3.1 Mapa da rea e localizao dos poos de monitoramento (Posto SB)............................................. 47 Figura 3.2 Coleta de amostra de gua subterrnea com amostrador bailer descartvel (posto SB)................... 48 Figura 3.3 Realizao da sondagem com trado rotativo manual (Posto SB)...................................................... 50 Figura 3.4 Coleta de solo no posto RC............................................................................................................... 51 Figura 3.5 Esquema de um respirmetro de Bartha e Pramer............................................................................ 53 Figura 3.6 Respirmetros de Bartha e Pramer.................................................................................................... 53 Figura 3.7 Experimento com gua subterrnea (condio no aerada) ............................................................. 61 Figura 3.8 Experimento com gua subterrnea (condio aerada) .................................................................... 62 Figura 3.9 Fase livre (leo diesel) na gua subterrnea do posto ASP............................................................... 63 Figura 3.10 Tensimetro Krss K6..................................................................................................................... 67 Figura 4.1 Diagrama de Piper efetuado a partir de dados obtidos com a coleta de amostras de gua subterrnea realizada em Abril de 2005 (2 coleta)........................................................................

    73 Figura 4.2 Contagem de bactrias heterotrficas totais nas amostras de gua subterrnea coletadas entre Maio de 2004 e Abril de 2006. ........................................................................................................

    75 Figura 4.3 Produo acumulada de CO2 durante a incubao. Cada barra de erro representa 1 desvio padro de trs rplicas...................................................................................................................................

    77 Figura 4.4 Produo diria de CO2 durante a incubao.................................................................................... 77 Figura 4.5 Eficincia de biodegradao os experimentos obtida atravs de dados respiromtricos. Cada barra de erro representa 1 desvio padro de trs rplicas............................................................

    79 Figura 4.6 Diagrama de Pareto gerado a partir das condies experimentais.................................................... 79 Figura 4.7 Eficincia de remoo de hidrocarbonetos........................................................................................ 82 Figura 4.8 Populao de bactrias heterotrficas totais presentes no solo nos tempos inicial e final do experimento respiromtrico..............................................................................................................

    83 Figura 4.9 Produo diria de CO2 durante a incubao dos tratamentos (ASP parte 1) ............................... 86 Figura 4.10 Produo acumulada de CO2 durante incubao dos tratamentos (ASP parte 1). Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas...................................................

    86 Figura 4.11 Produo diria de CO2 durante a incubao dos tratamentos (SB parte 1) ............................. 87 Figura 4.12 Produo acumulada de CO2 durante incubao dos tratamentos (SB parte 1). Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas.................................................

    87 Figura 4.13 Eficincia de biodegradao obtida com os dados respiromtricos dos tratamentos (ASP parte 1) Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas............

    88 Figura 4.14 Eficincia de biodegradao obtida com os dados respiromtricos dos tratamentos (SB parte 1) Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas...............

    89 Figura 4.15 Anlise cromatogrfica (HTP) no tempo final dos tratamentos com os solos ASP (1 ao 3) e SB (4 ao 5). Fatores de diluio: 50x (1; 2 e 3); 20x (4 e 6); 10x (5).................

    92 Figura 4.16 Produo diria de CO2 durante a incubao dos tratamentos (RC parte 2)................................ 93 Figura 4.17 Produo acumulada de CO2 durante a incubao dos tratamentos (RC parte 2). Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas..................................................

    93 Figura 4.18 Eficincia de biodegradao obtida com os dados respiromtricos dos tratamentos (RC parte 2). Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas..................

    94 Figura 4.19 Anlise cromatogrfica (HTP) nos tempos inicial e final dos tratamentos com o solo RC (8 ao 11). Fatores de diluio: 20x (inicial e 8); 10x (9 ao 12)..............................................................

    95 Figura 4.20 Produo diria de CO2 durante a incubao dos tratamentos (ASP parte 3)........................... 97 Figura 4.21 Produo acumulada de CO2 durante a incubao dos tratamentos (ASP parte 3). Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas....................................................................... 97 Figura 4.22 Eficincia de biodegradao obtida com os dados respiromtricos dos tratamentos (ASP parte 3). Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas.................................

    98 Figura 4.23 Contagem de bactrias heterotrficas totais no incio e final dos experimentos respiromtricos... 98 Figura 4.24 Anlise cromatogrfica (HTP) no incio e final dos tratamentos com o solo ASP (13 e 14). Fatores de diluio: 10x (inicial); 1x (13 e 14)................................................................................

    99 Figura 4.25 Produo diria de CO2 durante incubao dos tratamentos 1 (solo RC) e 2 (solo RC + vinhaa) 102

  • v

    Figura 4.26 Produo diria de CO2 durante incubao dos tratamentos 3 (solo RC + leo diesel intemperizado) e 4 (solo RC + leo diesel intemperizado + vinhaa). ..........................................

    102 Figura 4.27 Produo diria de CO2 durante incubao dos tratamentos 5 (solo RC + leo diesel comercial) e 6 (solo RC + leo diesel comercial + vinhaa)............................................................................

    103 Figura 4.28 Produo diria de CO2 durante incubao dos tratamentos 7 (solo ASP) e 8 (solo ASP + vinhaa) ..........................................................................................................................................

    103 Figura 4.29 Produo diria de CO2 durante incubao dos tratamentos 9 (solo SB) e 10 (solo SB+ vinhaa) 104 Figura 4.30 Contagem de bactrias heterotrficas totais nos tempos inicial e final do experimento respiromtrico.................................................................................................................................

    104 Figura 4.31 Anlise cromatogrfica (BTEX) dos leos diesel (a) comercial e (b) intemperizado. Fator de diluio: 1x.......................................................................................................................

    113 Figura 4.32 Anlise cromatogrfica (HPA) dos leos diesel (a) comercial e (b) intemperizado. Fator de diluio: respectivamente:1x e 10x...................................................................................

    113 Figura 4.33 Anlise cromatogrfica (HTP) dos leos diesel (a) comercial e (b) intemperizado. Fator de diluio: 50x....................................................................................................................................

    114

    Figura 4.34 Descolorao do indicador redox DCPIP durante teste de biodegradabilidade do leo diesel comercial pela bactria P. aeruginosa LBI (frasco 2). Frasco 1: controle do substrato (sem inculo) ..........................................................................................................................................

    116 Figura 4.35 Produo diria de CO2 durante a incubao (experimento 1). ..................................................... 117 Figura 4.36 Produo acumulada de CO2 (experimento 1) durante a incubao. Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas..................................................................................

    118 Figura 4.37 Produo diria de CO2 durante a incubao: 48 dias (experimento 1) e 92 dias (experimento 2) 118 Figura 4.38 Produo acumulada de CO2 nos experimentos 1 (48 dias) e 2 (92 dias) durante incubao. Cada barra de erro representa um desvio padro de trs rplicas....................................................

    119 Figura 4.39 Contagem de bactrias heterotrficas totais nos tempos inicial e final do experimento respiromtrico 1..............................................................................................................................

    120

  • vi

    Resumo

    Nesta pesquisa foram temas de estudo diversos aspectos relacionados tcnica de

    biorremediao de solos e guas subterrneas contaminados com hidrocarbonetos. A partir de amostras de solo e gua subterrnea coletadas em diferentes postos de combustveis, avaliou-se a biorremediao natural da gua subterrnea em local onde ocorreu vazamento de leo diesel, mediante o monitoramento de indicadores geoqumicos durante 2 anos. Diferentes

    tcnicas de biorremediao (bioestimulao com a adio de nutrientes e de um surfactante e bioaumento (injeo de microrganismos)) foram comparadas quando aplicadas isoladas e em conjunto a solos contaminados com leo diesel e comparou-se a capacidade de diferentes microrganismos em biodegradar leo diesel comercial e intemperizado. Conciliando a biorremediao com a prtica atual no gerenciamento ambiental de reutilizao de resduos, avaliou-se o efeito da adio da vinhaa na biorremediao de solos e guas subterrneas contaminados com leo diesel e investigou-se a capacidade de diferentes culturas de bactrias em utilizarem leo diesel intemperizado como matria prima para produo de biossurfactante. O mtodo respiromtrico de Bartha e Pramer foi utilizado nos experimentos em que foi averiguada a biodegradao em solos e, no caso da gua subterrnea, frascos de DBO e reatores aerados. Experimentos de biodegradabilidade dos leos diesel foram

    realizados com a tcnica do indicador redox DCPIP e o monitoramento da produo de biossurfactantes foi realizado com medidas de tenso superficial, segundo o mtodo do anel

    de De Nuy, empregando-se o tensimetro Krss K6. A partir do monitoramento dos indicadores geoqumicos, foi possvel identificar fatores que corroboram a eficincia da tcnica de biorremediao natural para o tratamento da gua subterrnea na rea de estudo. Os experimentos respiromtricos demonstraram a importncia do balanceamento nutricional e

    que nenhum ganho em termos de aumento de eficincia de biodegradao foi obtido com a tcnica do bioaumento. O uso da vinhaa em processos de biorremediao mostrou-se

    ineficiente nas condies estudadas. Os resultados com os experimentos de biodegradabilidade demonstram a importncia de se considerar o efeito de intemperizao dos poluentes na determinao acurada de taxas de biodegradao. Finalmente, no foi possvel, nas condies estudadas, constatar a produo de biossurfactantes utilizando-se leo diesel

    intemperizado como matria prima.

    Palavras chaves: biorremediao, postos de combustveis, leo diesel, vinhaa, biossurfactante.

  • vii

    Abstract

    In this research, different aspects related to the bioremediation technique of soils and

    groundwaters contaminated with hydrocarbons were considered. From soil and groundwater samples collected at different petrol stations, the natural bioremediation of the groundwater, where a diesel oil leakage took place, was evaluated by monitoring geochemical indicators for 2 years. Different bioremediation techniques (biostimulation with addition of nutrients and a surfactant and bioaugmentation (injection of microorganisms)) were compared when applied individually or grouped to contaminated soils with diesel oil and the capability of different

    microorganisms to biodegrade commercial and weathered diesel oil was compared. Considering the current environmental management practice of reusing residues, the effects of the vinasse in the bioremediation of soils and groundwaters contaminated with diesel oil was evaluated and the capability of different bacterial cultures to use weathered diesel oil as raw material to produce biosurfactant was investigated. The Bartha & Pramer respirometric method was employed in the biodegradation experiments with soils, and, in the case of the groundwater, BOD flasks and aerated reactors. The experiments testing the biodegradability of diesel oils were carried out using the DCPIP redox indicator technique and the monitoring of the biosurfactant production by superficial tension measurements, according to the De

    Nuy ring method, and employing the Krss K6 tensiometer. From the monitoring of the geochemical indicators, it was possible to identify factors that support the efficiency of the

    natural bioremediation technique for the treatment of the groundwater at the area of study. The respirometric experiments demonstrated the importance of the soil nutritional balance and that no gain in terms of increasing the biodegradation efficiency was obtained with the bioaugmentation technique. The use of the vinasse in bioremediation processes showed to be

    inefficient at the studied conditions. The results from the biodegradability experiments demonstrate the importance of considering the weathering effect of the pollutants to

    determine accurately the biodegradation rates. Finally, it was not possible, at the studied conditions, verify the biosurfactant production using weathered diesel oil as raw material.

    Key words: Bioremediation, petrol stations, diesel oil, vinasse, biosurfactant

  • 1 - INTRODUO E OBJETIVOS

    1.1 - Introduo A forte industrializao e o desenvolvimento econmico experimentados pelo Brasil

    principalmente a partir da dcada de 70, exigiram grande estruturao de toda a cadeia produtiva dos derivados do petrleo, desde novas descobertas de campos de petrleo passando pela formao de vrios plos petroqumicos e o aumento das redes de distribuio, a ponta dessa cadeia. Em 2004, segundo a Agncia Nacional do Petrleo (ANP, 2005), no Brasil existiam 13 refinarias, 48 terminais aquavirios e 26 terminais terrestres, 485 bases de distribuio, 179 distribuidoras, 33.620 postos de revenda e uma comercializao de aproximadamente 230 mil m3/dia dos principais derivados de petrleo.

    Diante de toda essa estrutura logstica da produo e comercializao do petrleo e de seus derivados, as preocupaes relacionadas ao potencial de contaminao de solos e guas subterrneas, principalmente por vazamentos de tanques de armazenamento

    subterrneos em postos de combustveis, vm crescendo. Segundo o rgo de controle ambiental paulista, a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB), em 2005 os vazamentos em postos de combustveis foram responsveis por 73 % dos casos de reas contaminadas no Estado de So Paulo, o que corresponde a 1596 reas (CETESB, 2006).

    Devido ao crescente nmero de descobertas de casos de vazamentos em postos de combustveis, as contaminaes de solos por hidrocarbonetos derivados de petrleo tm sido alvo de inmeras pesquisas e constitui um desafio para os profissionais que atuam no

    saneamento ambiental, em funo da complexidade dos fenmenos geoqumicos e bioqumicos que so catalisados a partir de sua insero no subsolo. Alm disso, tem sido

  • Introduo e Objetivos __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    2

    motivo de preocupao e repercusso na sociedade, pois essas contaminaes com

    substncias txicas podem atingir as guas subterrneas, que esto sendo ou sero usadas como fonte de abastecimento para consumo humano.

    Quando o combustvel atinge o solo, seus componentes separam-se em trs fases: dissolvida, lquida e gasosa. Uma pequena frao dos componentes da mistura se dissolve na

    gua do lenol fretico, uma segunda poro retida nos espaos porosos do solo na sua forma lquida pura como saturao residual e outra parte dos contaminantes passveis de

    evaporao do origem contaminao atmosfrica (NADIM et al., 1999). Portanto, uma vez estabelecida a contaminao, esta poder atuar em trs nveis diferentes: solo, gua subterrnea e atmosfera. Assim, a tarefa de avaliao da extenso, dinmica, concentrao das contaminaes, anlise de riscos e possveis estratgias de remediao torna-se complexa.

    Essa complexidade tambm se deve ao fato desses contaminantes representarem uma ampla composio de produtos com propriedades diferentes, sendo que a maioria caracteriza-

    se pela baixa solubilidade e relativa pouca persistncia no solo. No caso de combustveis como a gasolina e o leo diesel, os hidrocarbonetos monoaromticos benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, chamados coletivamente como compostos BTEX, so os constituintes que tm maior solubilidade em gua e, portanto, so os contaminantes com maior potencial de poluir o lenol fretico. Dentre os BTEX, o benzeno considerado o mais txico. Para o

    benzeno, o padro de potabilidade para gua de abastecimento pblico de 5 g/l (BRASIL, LEIS, etc., 2004). Este produto em exposies crnicas pode causar leucopenia, cncer, vertigens, tremores e afetar o sistema nervoso central (PENNER, 2000).

    A interao dos hidrocarbonetos com o fluxo fretico, com os argilo-minerais e com a matria orgnica presentes no solo complexa do ponto de vista fsico e qumico. Mais

    ainda, sendo produtos orgnicos de possvel converso, as aes biolgicas que se deflagram no terreno a partir da sua presena so significativas e alteram o comportamento dos

    contaminantes ao longo do tempo. Assim, aos profissionais que se apresentam para investigar uma contaminao por hidrocarbonetos com essas caractersticas e a partir dessas anlises proporem e executarem uma estratgia de remediao eficaz, impe-se um desafio que transcende a especialidade do geotcnico ou do gelogo. O problema, tratado na sua escala

    devida, tipicamente multidisciplinar e exige o domnio dos processos qumicos e biolgicos que esto inerentemente associados (AZAMBUJA et al., 2000).

    Diante desse cenrio, atualmente inmeras pesquisas relacionadas remediao de reas atingidas por hidrocarbonetos so realizadas com a finalidade de restaurar a qualidade

  • Introduo e Objetivos __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    3

    dos solos e das guas subterrneas contaminadas. Vrios mtodos podem ser empregados para

    remover hidrocarbonetos do solo e gua subterrnea tais como extrao de vapor do solo, bombeamento e biorremediao. No h uma regra geral que determine o melhor tratamento de uma rea contaminada especfica. Cada caso deve ser analisado individualmente, avaliando suas particularidades.

    Tratamentos fsicos separam os contaminantes do solo sem destru-los ou modific-los quimicamente, mas apresentam muitas limitaes, destacando-se o custo alto. Quando os hidrocarbonetos percolam o solo, grande quantidade permanece sorvida na matriz (aproximadamente 50%) com isso diminuindo a eficincia de remoo. Processos biolgicos, por outro lado, so uma tecnologia promissora para remover esses contaminantes principalmente devido simplicidade e eficincia de custo quando comparados a outras

    alternativas (ALEXANDER, 1994).

    Biorremediao pode ser considerada como uma nova tecnologia para tratar locais

    contaminados mediante o uso de agentes biolgicos capazes de modificar ou decompor poluentes alvos. Estratgias de biorremediao incluem: a utilizao de microrganismos autctones, ou seja, do prprio local, sem qualquer interferncia de tecnologias ativas de remediao (biorremediao intrnseca ou natural); a adio de agentes estimulantes como nutrientes, oxignio e biossurfactantes (bioestimulao); e a inoculao de consrcios microbianos enriquecidos (bioaumento) (BENTO et al., 2003). O benefcio desses processos a mineralizao do poluente, isto , a transformao em gs carbnico, gua e biomassa.

    Recentemente, o interesse em utilizar a estratgia da atenuao natural monitorada

    (que inclui alm da biodegradao outros processos como adveco, diluio, disperso, soro e volatilizao) como tcnica de tratamento de guas subterrneas contaminadas com hidrocarbonetos crescente em oposio a tcnicas ativas de engenharia como a tecnologia de bombeamento e tratamento (pump-and-treat) (WALT e McNAB Jr., 1999). A biorremediao natural mostra-se interessante devido principalmente aos baixos custos, por ser uma tcnica com mnima interveno (BHUPATHIRAJU et al., 2002).

    A verificao da ocorrncia da biorremediao natural exige a caracterizao da geologia, hidrologia e ecologia microbiana locais, e tambm o conhecimento de processos biogeoqumicos. Para a biodegradao dos hidrocarbonetos essencial uma reao de oxi-reduo, em que o hidrocarboneto oxidado (doador de eltron) e um aceptor de eltron reduzido. Existem diferentes compostos que podem agir como aceptores de eltrons, entre eles o oxignio (O2), o nitrato (NO3-), os xidos de Fe (III), o sulfato (SO4-2). Assim, mediante

  • Introduo e Objetivos __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    4

    o acompanhamento da evoluo espacial e temporal da concentrao desses indicadores

    geoqumicos presentes na gua subterrnea, possvel verificar como est ocorrendo a biorremediao natural de um local contaminado. Alm dos aceptores de eltrons, outras variveis podem ser relacionadas a processos biolgicos, como o pH e o potencial redox (VROBLESKY e CHAPELLE, 1994; BORDEN et al., 1995; CORSEUIL e ALVAREZ, 1996; WALT e McNAB, 1999; AZADPOUR-KEELEY et al., 1999; KAO e WANG, 2000; SILVA et al., 2002; BHUPATHIRAJU et al., 2002; RLING e VERSEVEL, 2002; HUNKELER et al., 2002, CHEON e LEE, 2004). Como limitaes da biorremediao natural so apontadas principalmente o longo tempo necessrio, o risco da pluma de contaminao no ser atenuada antes de atingir pontos de captao para abastecimento de gua (CORSEUIL e MARINS, 1997) e a aprovao pelo rgo ambiental. Neste contexto, um dos objetivos desta tese foi avaliar a biorremediao natural da gua subterrnea em um posto de combustveis, onde ocorreu vazamento de leo diesel e conseqente contaminao do solo e

    da gua subterrnea, mediante o monitoramento de indicadores geoqumicos.

    Outro ponto abordado nessa tese foi a busca de meios para acelerar a biodegradao do leo diesel presente no solo e gua subterrnea de postos de combustveis, mediante experimentos laboratoriais.

    A eficincia da biorremediao est associada a uma populao microbiana adaptada ao consumo dos contaminantes e como esta pode ser enriquecida e mantida no ambiente. De

    acordo com vrios trabalhos (KATAOKA, 2001; MULLIGAN et al., 2001; BENTO et al., 2003; RAHMAN et al., 2003), a inoculao de bactrias com habilidade em biodegradar hidrocarbonetos pode reduzir o tempo de tratamento, contudo muitos estudos mostram que esta tcnica ineficiente (APS, 1989 e 1990; TRINDADE et al. 2002; PALA et al., 2002). Assim, um dos objetivos desse trabalho foi investigar a eficincia da tcnica do bioaumento quando aplicada a solos contaminados com leo diesel.

    Ainda em relao tcnica do bioaumento, a avaliao preliminar da capacidade dos microrganismos em degradar os poluentes o primeiro passo a ser tomado no

    desenvolvimento de um projeto de biorremediao baseado nessa tcnica. Contudo, nessa fase, muitos estudos so realizados com a simulao de contaminaes, onde, por exemplo, combustvel comercial adicionado ao solo ou gua subterrnea. Esta metodologia pode resultar em concluses erradas, uma vez que os poluentes tm suas caractersticas alteradas

    por mecanismos fsico-qumicos e biolgicos quando expostos por longos perodos s condies ambientais, o chamado efeito de intemperizao. Assim, nessa pesquisa avaliou-se

  • Introduo e Objetivos __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    5

    a capacidade de diferentes microrganismos em degradar leo diesel comercial em comparao

    a outro intemperizado que estava presente na gua subterrnea de um posto de combustveis.

    Finalmente, outro objetivo deste trabalho foi estudar meios de conciliar a biorremediao com uma prtica atual no gerenciamento ambiental que a reutilizao de resduos. A vinhaa um resduo gerado na indstria sucro-alcooleira, cuja disposio representa uma grande preocupao ambiental devido principalmente ao grande volume gerado. Atualmente no Brasil, a disposio desse resduo feita com a sua aplicao em

    plantaes, um processo chamado ferti-irrigao, como um substituinte parcial ou total de fertilizantes minerais. Considerando que a produo de etanol no Brasil est em expanso devido a uma crescente demanda interna e internacional por fontes alternativas de energia e que o solo tem uma capacidade de suporte limitada para receber a vinhaa, a busca de

    alternativas para tratar ou reutilizar a vinhaa crucial. Com isso, objetivando agregar mais uma possibilidade de uso da vinhaa, este trabalho investigou o potencial do uso da vinhaa

    como um agente estimulador da biorremediao, devido principalmente a sua composio nutricional.

    Outro resduo o prprio combustvel coletado aps um vazamento, como o leo diesel presente em grande volume na gua subterrnea em um dos postos de combustveis aqui considerados. A proposta de reutilizao avaliada foi o emprego do leo diesel como matria prima na produo de biossurfactantes. A viabilidade comercial dos biossurfactantes

    ainda limitada pelos altos custos de produo, associados a mtodos ineficientes de recuperao e ao uso de matrias primas de alto valor (NITSCHKE e PASTORE, 2002), assim, atualmente, muitos estudos relacionados aos biossurfactantes referem-se busca de fontes de matrias primas alternativas como uma das possibilidades de reduo de custos de produo.

    1.2 - Objetivos Sumarizando, este trabalho possui os seguintes objetivos:

    - Avaliar a biorremediao natural da gua subterrnea em um posto de combustveis, onde

    ocorreu vazamento de leo diesel e conseqente contaminao do solo e da gua subterrnea, mediante o monitoramento de indicadores geoqumicos e tambm a realizao de testes em laboratrio como suporte para a determinao do potencial de remoo de poluentes pelos microrganismos presentes na rea;

  • Introduo e Objetivos __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    6

    - comparar diferentes tcnicas de biorremediao (bioestimulao com a adio de nutrientes e de um surfactante e bioaumento) aplicadas isoladas e em conjunto a solo contaminado com leo diesel;

    - avaliar a eficincia da tcnica do bioaumento aplicada a diferentes solos contaminados com leo diesel;

    - avaliar o efeito da adio da vinhaa na biorremediao de solos e guas subterrneas contaminados com leo diesel;

    - comparar a capacidade de diferentes microrganismos em biodegradar leo diesel comercial e intemperizado;

    - investigar a capacidade de diferentes culturas de bactrias em utilizarem leo diesel intemperizado como matria prima para produo de biossurfactante.

  • 2 - REVISO DA LITERATURA

    A reviso da literatura enfocou-se em trabalhos concernentes ao entendimento dos mecanismos de transporte de contaminantes orgnicos em solos e guas subterrneas, bem

    como s tcnicas de remediao de reas impactadas. Maior nfase dada tcnica de biorremediao e biodegradabilidade de hidrocarbonetos presentes em combustveis derivados do petrleo, devido ao tema do estudo abordado nesta pesquisa.

    2.1 Combustveis derivados do petrleo

    O petrleo uma mistura complexa de compostos orgnicos, na maior parte alcanos e hidrocarbonetos aromticos, com pequenas quantidades de compostos como oxignio, nitrognio e enxofre (FETTER, 1993).

    O processamento inicial de beneficiamento do petrleo envolve sua separao por destilao em uma srie de fraes caracterizadas pelos intervalos de temperatura e presso. Alm da destilao, numerosos processos de refinaria so utilizados para otimizar a obteno de certos produtos desejados. As fraes destiladas do petrleo podem ser classificadas em trs grupos de acordo com o nmero de tomos de carbono nas molculas (USEPA, 2003a): as gasolinas (4 a 12 tomos de carbono), os destilados mdios (9 a 20 tomos de carbono) e leos combustveis pesados (mais de 14 tomos de carbono).

    No Brasil, cerca de 20% do petrleo processado convertido em gasolina automotiva e 36% em leo diesel (MME-DNC, 1995). A gasolina uma mistura complexa de hidrocarbonetos hidrofbicos relativamente volteis. Os hidrocarbonetos tpicos so os compostos alifticos (alcanos, cicloalcanos, alcenos), aromticos e aditivos (FERREIRA e ZUQUETTE, 1998). Dentre os aditivos, os oxigenados como o etanol tem a funo de

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    8

    aumentar o ndice de octanagem da gasolina automotiva e reduzir a poluio atmosfrica. O

    leo diesel composto principalmente por hidrocarbonetos de cadeias simples, no ramificadas. Em relao gasolina, o leo diesel apresenta molculas com tamanho maiores de cadeias, o que confere a este combustvel maior massa especfica, menor volatilidade e menor solubilidade em gua.

    2.2 Hidrocarbonetos como fonte de contaminao da subsuperfcie

    2.2.1 Origens e conseqncias

    As preocupaes relacionadas ao potencial de contaminao de solos e guas por vazamento/derramamento de combustveis vm crescendo, sendo diversas as origens:

    acidentes envolvendo o transporte de combustveis por navios, caminhes ou dutos e principalmente devido a vazamentos provenientes de tanques de armazenamento

    subterrneos, os quais esto sujeitos a fortes processos corrosivos (SPILBORGHS, 1997). Como no Estado de So Paulo ocorreu um nmero elevado de instalaes de postos de combustveis na dcada de 70, de se supor que a vida til dos tanques de armazenamento, que no passado era estimada entre 20 e 25 anos, se extinguiu, o que pode contribuir para o aumento da ocorrncia de vazamentos. Em funo do nmero elevado de casos de vazamentos, o licenciamento ambiental dos postos de combustveis tornou-se obrigatrio, tendo a CETESB elaborado uma srie de documentos no sentido de orientar e padronizar os

    trabalhos nessa rea (CETESB, 2006).

    Pearson e Oudijk (1993) citam as principais causas de vazamentos relacionados aos sistemas de armazenamento subterrneos de combustveis (SASC) encontrados nos postos de combustveis:

    - Os tanques so freqentemente instalados sem nenhum cuidado, podendo provocar algum tipo de dano nas paredes;

    - Os tanques normalmente no sofrem nenhum tipo de manuteno, permitindo, assim, que a corroso se instale e comprometa a integridade do material. Tanques que ficam em contato

    direto com o solo tambm iro corroer mais rapidamente por causa da umidade e precipitao;

    - Quando os tanques ficam vazios ou parcialmente vazios, o lado de dentro do tanque pode corroer rapidamente;

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    9

    - Os SASC so freqentemente instalados sem a proteo catdica, e detectores de

    vazamentos;

    - Os tanques so normalmente construdos de parede simples, sem revestimento com material anti-corrosivo;

    - Quando os tanques so instalados em solos pedregosos e so cobertos com enchimentos reiterados ou com entulhos de construo, permitem rachaduras por pedras, que se expandem dentro de poucos anos;

    - Oscilaes do nvel fretico provocam condies mais favorveis para a corroso dos tanques e suas conexes quando so instalados na altura ou abaixo do nvel fretico. gua subterrnea com pH cido pode acelerar a corroso do tanque.

    Os problemas gerados pela contaminao do solo e da gua subterrnea por

    hidrocarbonetos so vrios. Sanches (1998) aponta trs problemas principais: existncia de riscos segurana das pessoas e das propriedades, riscos sade pblica e dos ecossistemas e

    restries ao desenvolvimento urbano e imobilirio. Segundo Gibotti (1999), a ocorrncia de vazamentos de hidrocarbonetos configura perigo constante de incndio ou exploso nos locais atingidos. Vapores de gasolina podem explodir sem ignio previa ao atingirem concentraes da ordem de 14.000 ppm no ar, quando a mistura de combustvel mais comburente suficiente para que haja combusto espontnea. Alm disso, alguns dos compostos orgnicos presentes na composio da gasolina e do leo diesel so

    cientificamente comprovados como carcinognicos. Dentre os BTEX o benzeno considerado o mais txico, podendo em exposies crnicas causar danos medula ssea,

    leucemia e cncer de fgado. O valor estimado da dosagem mnima letal (LDL) para humanos de 194 mg.Kg-1 (STOKSTAD, 2004).

    Alm destes problemas, importante ressaltar que a recuperao de reas contaminadas uma tarefa complexa e bastante demorada, e em alguns casos no se consegue

    atingir os limites permitidos pela legislao ou pelos rgos ambientais (MANCINI, 2002). Outro fator complicador o custo que, segundo um consultor em artigo na Revista Meio

    Ambiente Industrial (n.40, p.94, 2003), pode variar entre R$ 50 a 100 mil reais, um valor consideravelmente alto para o setor de revendedores de combustveis. Os custos so dependentes do tipo de contaminante, das caractersticas do local e da amplitude da rea.

    Com o objetivo de diminuir os riscos de contaminao de corpos dgua subterrneos e superficiais, do solo e ar, e os riscos de incndio e exploses, o Conselho Nacional do Meio

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    10

    Ambiente (CONAMA) estabeleceu a Resoluo no 273 de 29 de novembro de 2000, que estipula uma srie de requisitos que devem ser atendidos pelas empresas que integram o setor de combustvel no Brasil, entre eles a obrigatoriedade do licenciamento ambiental e a certificao dos equipamentos de acordo com as normas da ABNT e do Inmetro.

    2.2.2 Dinmica dos hidrocarbonetos em subsolo

    Os hidrocarbonetos ao serem liberados para o ambiente atravs de vazamentos em

    tanques subterrneos migram verticalmente pela zona no saturada sob a influncia das foras gravitacional e capilar. Alguma expanso horizontal tambm ocorrer devido atrao das foras capilares (DEHAINI, 2001 apud MANCINI, 2002).

    O termo foras capilares refere-se s foras que influenciam o movimento dos

    hidrocarbonetos em fase lquida pelos interstcios do solo ou poros. Essas foras dependem de: a) caso o solo esteja molhado com gua ou com hidrocarbonetos em fase lquida; b) as propriedades fsicas e qumicas dos hidrocarbonetos em fase lquida; c) as caractersticas do solo (GUIGUER, 2000).

    O escoamento dos hidrocarbonetos em meio saturado sempre bifsico por serem compostos orgnicos que apresentam baixa miscibilidade em gua. A fase composta pelos hidrocarbonetos recebe a denominao de NAPL (non-aqueous phase liquid) ou fase lquida no aquosa. De acordo com a densidade do hidrocarboneto existem dois tipos de NAPLs

    (GUIGUER, 2000):

    - LNAPL (light non-aqueous phase liquid ou fase lquida no aquosa leve) caracterizada por possuir densidade menor que a gua. Os hidrocarbonetos com essa caracterstica esto comumente associados com a produo, refino e distribuio de produtos do petrleo, por exemplo, a gasolina, o leo diesel e o querosene.

    - DNAPL (dense non-aqueous phase liquid ou fase lquida no aquosa densa) caracterizada por possuir densidade maior que a gua. Os hidrocarbonetos com essa caracterstica esto relacionados principalmente s atividades industriais, onde so

    utilizados, por exemplo, hidrocarbonetos clorados, PCBs (bifenilas poli-cloradas), antraceno, pireno, 1,1,1-TCE e fenol.

    O transporte dos hidrocarbonetos no solo caracterizado pela formao de quatro fases distintas que regulam o processo de migrao do produto: fase lquida residual, fase

    lquida livre, fase dissolvida e fase vapor (Figura 2.1). A partio entre as fases determinada

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    11

    pelos fenmenos da dissoluo, volatilizao e adsoro (USEPA, 2003b). A fase lquida residual pode existir no solo como resduos lquidos relativamente imveis, adsorvidos ou retidos entre os slidos do solo. O lquido livre no residual que passa pelo solo chamado de fase lquida livre, que quando atinge o nvel dgua subterrneo passa a flutuar sobre o mesmo. Hidrocarbonetos em fase dissolvida podem estar presentes na superfcie slida do

    solo formando pelculas, ou na gua do solo; quando atingem o nvel dgua subterrneo formam a chamada pluma de contaminao. Os hidrocarbonetos em fase de vapor podem

    existir como componentes do vapor do solo, podendo tambm se condensar e adsorver-se na superfcie slida ou dissolver-se na gua do solo (GUIGUER, 2000).

    Figura 2.1 - Diferentes fases presentes nas zonas insaturada e saturada (Fonte: GUIGUER, 2000).

    O transporte da LNAPL atravs das zonas no saturadas e saturadas depende da

    quantidade de hidrocarbonetos liberados ao meio. Um pequeno volume de LNAPL flui pela zona no saturada at atingir o estado de saturao residual, em razo do desenvolvimento de

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    12

    um sistema de quatro fases como resultado da entrada de LNAPL nesta zona, com a seguinte

    ordem de grau de molhabilidade: gua > LNAPL > ar (FERREIRA e ZUQUETTE, 1998).

    A gua de infiltrao dissolve os componentes solveis presentes na LNAPL, tais como o benzeno, o tolueno e os xilenos, e os transporta at a zona saturada. Esses contaminantes formam uma pluma que se distribui por difuso e adveco. Muitas das

    substncias tendem a ser volteis, assim o gs sofre partio de modo que uma parte fica retida no solo e outra migra para o ar, sendo transportados para outras partes do aqfero por

    difuso molecular. Os volteis movem-se primeiramente pela zona saturada e finalmente entram na camada superficial do solo onde, dependendo das condies fsico-qumicas retornam para a fase lquida por condensao. Esses processos so responsveis pelo transporte de contaminantes atravs de reas bastante extensas (FERREIRA e ZUQUETTE, 1998).

    Quando um grande volume de hidrocarbonetos liberado, estes se deslocam no sentido da franja capilar prximo zona saturada. Os componentes solveis da LNAPL atravessam adiante ultrapassando os componentes menos solveis. No topo da franja capilar, onde a gua satura um grande volume de poros, o material acumulado causa uma reduo na permeabilidade relativa da LNAPL. Impedida de mover-se para baixo, a LNAPL tende a se espalhar sobre o topo da franja capilar. O acmulo de um volume suficiente de LNAPL no topo da franja capilar faz com que a mesma comece a fluir na mesma direo da gua subsuperficial. Em razo de sua baixa densidade, a LNAPL flutua prxima ao nvel da gua subsuperficial, na zona de capilaridade. Por causa desses mecanismos alguns produtos tais

    como a gasolina, querosene e alguns outros leos so encontrados como produtos livres sobre o topo da franja capilar (FERREIRA e ZUQUETTE, 1998).

    Os grandes derrames geram um fornecimento contnuo de hidrocarbonetos para a zona no saturada, favorecendo uma condutividade hidrulica progressiva e contnua e

    formando uma depresso de interface zona saturada LNAPL, onde os hidrocarbonetos se acumulam. No caso de remoo ou esgotamento da fonte de contaminao, os

    hidrocarbonetos presentes na zona no saturada continuam a migrar para nveis mais profundos, estacionando quando a concentrao de hidrocarbonetos atinge o nvel de saturao residual e no pode mais avanar. Caso contrrio, continua a mover-se para baixo recarregando a depresso localizada sobre o nvel da gua subsuperficial, produzindo um

    espalhamento lateral maior sobre a franja capilar. A Figura 2.2 ilustra o caminho percorrido

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    13

    pelo combustvel liberado de um tanque subterrneo at atingir a franja capilar e a formao de uma pluma de contaminao.

    Figura 2.2 - Evoluo da contaminao por hidrocarbonetos de combustveis em subsuperfcie (Fonte: USEPA, 2003b).

    2.3 Tcnicas de remediao aplicadas a reas contaminadas

    Atualmente, existe uma preocupao e conscientizao da sociedade em relao

    qualidade ambiental, a populao vem tornando-se mais crtica e participativa, exigindo atuaes cada vez maiores das autoridades. Desta forma, em funo da crescente demanda em

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    14

    relao ao gerenciamento de reas contaminadas, avanos significativos ocorreram nas

    ltimas dcadas nos estudos que visavam recuperao ambiental (SPILBORGHS, 1997).

    Por esse motivo, diversas tecnologias de remediao tm sido desenvolvidas e consolidadas principalmente pelos pases desenvolvidos. O Brasil, hoje mais preocupado com seus locais contaminados, comea a desenvolver suas prprias tecnologias e tambm a adaptar

    as tecnologias j estabelecidas s nossas condies ambientais. O Estado de So Paulo, em funo de sua intensa industrializao, apresenta uma situao mais crtica em relao a esta

    questo. Desta forma, a CETESB tem desenvolvido manuais e adaptado legislaes, principalmente normas Holandesas (CETESB, 1996), com vistas ao controle das reas suspeitas de contaminao e comprovadamente contaminadas. Neste sentido, destaca-se o Manual de Gerenciamento de reas Contaminadas1, que tem por funo fornecer informaes e metodologias a serem utilizadas na soluo dos problemas gerados por reas contaminadas, desde a investigao preliminar at a proposio de tcnicas de remediao.

    Muitas opes ou combinaes de opes esto disponveis para restaurar a qualidade do solo e da gua subterrnea. A seleo de tecnologias a serem utilizadas baseia-se fundamentalmente no conhecimento das caractersticas fsico-qumicas do contaminante, volume vazado, tempo de vazamento, caracterizao geolgica e hidrogeolgica do local, anlise do meio fsico superficial e subterrneo e extenso da pluma contaminante (SPILBORGHS, 1997).

    Segundo a USEPA (1991), um plano tpico de remediao possui quatro fases principais:

    - conteno do produto livre e produto dissolvido;

    - remoo do produto livre;

    - remoo do produto dissolvido;

    - remoo do produto adsorvido.

    A conteno e a remoo do produto livre geralmente realizada atravs de sistemas de poos ou trincheiras de bombeamento e para a remoo do produto adsorvido ao solo na

    zona no saturada e dissolvido na gua subterrnea existem diferentes tcnicas (Tabelas 2.1 e 2.2). A remediao da zona no saturada tem por objetivo evitar a contaminao da zona saturada. A zona no saturada considerada uma fonte secundria de contaminao, onde os

    1 Documento em fase de concluso disponvel na pgina da CETESB na internet (www.cetesb.sp.gov.br).

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    15

    processos de infiltrao promoveriam a lixiviao e o transporte de poluentes para o aqfero

    (BITTON e GERBA, 1984; USEPA, 1990 e CHAPELLE, 1993). As tcnicas de remediao da zona no saturada e da saturada podem ser realizadas ex situ, ou seja, atravs da retirada do material contaminado para posterior tratamento ou in situ, quando o material no retirado.

    Tabela 2.1 Alguns exemplos de tcnicas de remediao da zona no saturada

    lavagem de solo (soil wash)

    Tratamentos ex situ: incinerao

    biorremediao: - reatores (slurry phase)

    - sistemas de tratamento de resduos no solo (p.e. landfarming, biopilhas)

    Tratamentos in situ: lavagem de solo (soil flushing)

    extrao de compostos orgnicos volteis (SVE, bioventing)

    biorremediao

    Tabela 2.2 Alguns exemplos de tcnicas de remediao da zona saturada

    carvo ativado

    Tratamentos ex situ: coluna de aerao (air stripping)

    biorremediao

    Tratamentos in situ: bombeamento e tratamento (pump and treat)

    tratamentos qumicos (injeo de oxidantes, barreiras reativas, etc.)

    extrao de compostos orgnicos volteis (air sparging, bioventing)

    biorremediao

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    16

    No Estado de So Paulo verifica-se que o bombeamento e tratamento e a recuperao

    de fase livre so as tcnicas mais empregadas no tratamento das guas subterrneas, enquanto que a extrao de vapores e a remoo de solo/resduo destacam-se como as tcnicas mais utilizadas para os solos, segundo dados da CETESB (2006).

    Segundo o Engo Elton Gloeden da Cetesb em entrevista concedida para a revista

    Meio Ambiente Industrial (n. 56, p.18, 2005) no Brasil, a tcnica de biorremediao ainda pouco utilizada, porm, pode ser promissora e eficiente se utilizada nas reas contaminadas.

    Este um mtodo que pode ser aproveitado no mercado brasileiro, pois, o pas apresenta solos e temperaturas favorveis.

    A respeito da estruturao de projetos de remediao, h uma vasta disponibilidade de textos publicados, por exemplo: USEPA (1990, 1991), Nyer (1992), Fetter (1993), Norris (1994), Boulding (1995), Spilborghs (1997), Palma e Zuquette (1998) e Clu-in (2004). A seguir, alguns conceitos relacionados tcnica de biorremediao so revistos.

    2.3.1 Conceitos envolvidos na biorremediao

    2.3.1.1 Ao dos microrganismos

    A tecnologia da biorremediao baseada em processos nos quais ocorrem reaes

    bioqumicas mediadas por microrganismos. Em geral, um composto orgnico quando oxidado perde eltrons para um aceptor final de eltrons, que reduzido (ganha eltrons). O oxignio comumente atua como aceptor final de eltrons quando presente e a oxidao de compostos orgnicos com a reduo do oxignio molecular chamado de respirao aerbia

    heterotrfica. No entanto, quando o oxignio no est presente, microrganismos podem usar compostos orgnicos ou ons inorgnicos como aceptores finais de eltrons alternativos,

    condies estas chamadas de anaerbias. A biodegradao anaerbia pode ocorrer pela desnitrificao, reduo do ferro, reduo do sulfato ou condies metanognicas (CORDAZZO, 2000).

    Nas condies subsuperficiais encontram-se populaes de microrganismos, as quais geralmente so formadas por bactrias, fungos, algas e protozorios (GHIORSE e WILSON, 1988). As bactrias na zona saturada variam com as caractersticas especficas geoqumicas e hidrogeolgicas do aqfero, sendo que, de maneira geral, embora existam bactrias

    anaerbias, as que predominam so as bactrias aerbias (CHAPELLE, 1993). Os principais mecanismos de biotransformao de contaminantes orgnicos em gua subterrnea so

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    17

    efetuados nos biofilmes, que so bactrias e polmeros extracelulares aderidos subsuperfcie

    e que obtm energia e nutrientes durante o fluxo da gua subterrnea (BITTON e GERBA, 1984).

    A estrutura qumica dos poluentes orgnicos tem uma profunda influncia na habilidade dos microrganismos metabolizarem estas molculas, especialmente com respeito

    s taxas e extenso da biodegradao. Alguns compostos orgnicos so rapidamente biodegradados enquanto outros so recalcitrantes (no biodegradveis). Hidrocarbonetos com baixo a mdio peso molecular e lcoois so exemplos de compostos facilmente biodegradveis. Compostos xenobiticos (compostos qumicos fabricados pelo homem), especialmente hidrocarbonetos halogenados, tendem a ser resistentes biodegradao. Geralmente, compostos ramificados e polinucleados so mais difceis para degradar que

    molculas monoaromticas ou com cadeias simples, e aumentando o grau de halogenao da molcula, diminui-se a biodegradabilidade (ALEXANDER, 1965 apud ATLAS, 1997).

    A comunidade microbiana envolvida na degradao de compostos xenobiticos pode ser dividida em dois grupos: os microrganismos primrios e os secundrios. Os primrios so aqueles capazes de metabolizar o substrato principal fornecido ao sistema, enquanto os secundrios no utilizam o substrato principal, porm, os produtos liberados pelos microrganismos primrios. Este processo denominado cometabolismo (BULL e SLATER, 1982 apud GRADY, 1985).

    Maiores detalhes a respeito do metabolismo dos microrganismos que degradam hidrocarbonetos podem ser encontrados em Alexander (1994), Kataoka (2001) e Melo (1997).

    2.3.1.2 Processos de biorremediao in situ

    Biorremediao in situ realizada no prprio local, sem que haja remoo de material contaminado. Isto evita custos e distrbios ambientais associados com o movimento de solos e guas que esto contaminados para outros locais destinados ao tratamento. Os produtos finais de uma biorremediao efetiva so gua e gs carbnico, que no apresentam

    toxicidade e podem ser incorporados ao ambiente sem prejuzo aos organismos vivos. De acordo com parmetros como origem dos microrganismos, adio ou no de

    nutrientes, a biorremedio in situ pode ser realizada atravs de trs processos: biorremediao intrnseca, bioestimulao e bioaumento (bioaugmentation) (ATLAS, 1997).

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    18

    - Biorremediao intrnseca (natural)

    Uma nova abordagem para a descontaminao de solos e guas subterrneas, chamada de remediao natural vem, recentemente, ganhando aceitao, principalmente em locais contaminados por derramamentos de derivados de petrleo, como o que acontece em postos de combustveis. A remediao natural uma estratgia de gerenciamento que se

    baseia nos processos naturais de atenuao para remover ou conter os contaminantes dissolvidos na gua. A atenuao natural refere-se aos processos fsicos, qumicos e

    biolgicos que facilitam o processo de remediao de maneira global (WIEDEMEIR, 1996). Dados obtidos em pesquisas de campo de vrios pesquisadores (BARKER et al., 1987; CHIANG et al., 1989; CHAPELLE, 1994; DAVIS e KLIER, 1994) tm comprovado que a atenuao natural limita o deslocamento dos contaminantes e, portanto, diminui a

    contaminao ao meio ambiente. A remediao natural no uma alternativa de nenhuma ao de tratamento, mas uma forma de minimizar os riscos para a sade humana e para o

    meio ambiente, monitorando-se o deslocamento da pluma e assegurando-se de que os pontos receptores (poos de abastecimento de gua, rios, lagos) no sero contaminados (CORSEUIL e MARINS, 1998).

    Aps a contaminao do lenol fretico, os contaminantes se dispersaro em forma de pluma e iro deslocar-se, entretanto, o movimento da pluma pode ser atenuado por processos de diluio, disperso, adsoro, volatilizao e biodegradao. O processo que

    envolve as reaes qumicas promovidas por microrganismos chamado de biorremediao intrnseca ou natural, cujo conceito bsico o uso da capacidade de microrganismos autctones em degradar contaminantes que tenham sido derramados em subsuperfcie sem qualquer interferncia de tecnologias ativas de remediao (BORDEN et al., 1995). Dependendo das condies hidrogeolgicas do local contaminado, a taxa da reao de biodegradao ser mais rpida ou mais lenta, assim, a determinao da taxa de transformao

    de grande importncia para se prever at onde a pluma ir se deslocar. Quando a taxa de biodegradao for igual ou maior do que a taxa de deslocamento dos contaminantes, a pluma

    deixar de se deslocar e diminuir de tamanho. Neste caso, se a fonte receptora no fosse atingida, no haveria a necessidade de implantao de tecnologias ativas de remediao, e a remediao natural seria a opo mais econmica de recuperao da rea.

    Para que se possa demonstrar que a remediao natural uma forma adequada de

    descontaminao de hidrocarbonetos, necessrio que se faa uma completa caracterizao hidrogeolgica da rea contaminada, que se determine a magnitude e extenso da

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    19

    contaminao e que se demonstre que a pluma no ir migrar para regies de risco potencial.

    Para tal, necessrio que se determine as taxas de migrao e reduo de tamanho da pluma por meio de estudos de campo e de laboratrio. No entanto, se o processo natural de atenuao no evitar o deslocamento da pluma at locais de risco, tecnologias que aceleram a transformao dos contaminantes devem ser implantadas (CORSEUIL e MARINS, 1997).

    A biodegradao de hidrocarbonetos essencialmente uma reao de oxi-reduo onde o hidrocarboneto oxidado (doador de eltrons) e um aceptor de eltrons reduzido. H vrios compostos que podem agir como aceptores de eltrons, tais como o oxignio (O2), nitrato (NO3-), xidos de ferro (p.e. Fe(OH)3), sulfato (SO42-), gua (H2O) e dixido de carbono (CO2). A seguinte seqncia de preferncia de utilizao desses aceptores foi observada: oxignio > nitrato > xidos de ferro > sulfato > gua. Esta seqncia reflete a

    diminuio do potencial de oxidao dos aceptores. Em geral, a cintica de oxidao dos hidrocarbonetos mais rpida para aceptores de eltrons com potenciais de oxidao mais

    altos (CORSEUIL e ALVAREZ, 1996).

    O monitoramento da biorremediao intrnseca baseado em um acompanhamento da evoluo temporal e espacial da concentrao de indicadores geoqumicos (p.e., pH, Eh, OD, temperatura, aceptores de eltrons) na gua subterrnea. Resultados desse monitoramento podem ser usados para identificar fatores que podem controlar a taxa de biodegradao bem como identificar o processo microbiolgico de respirao (aerbia ou anaerbia) em diferentes pores da pluma de hidrocarbonetos dissolvidos. A diminuio da concentrao de oxignio dissolvido (OD) na gua e um aumento da concentrao de dixido de carbono so indicativos de um processo aerbio de biodegradao, enquanto que a produo de ons Fe2+ ou diminuio de ons nitrato indicam a presena de processos anaerbios. Um declnio do potencial redox (Eh) de valores positivos para negativos reflete a mudana de condies oxidantes (favorveis aos microrganismos aerbios) para condies redutoras (melhores condies aos processos anaerbios, que so mais lentos que os aerbios). Um aumento nos valores de pH pode ser creditado ao consumo de ons H+ durante a reduo de ons frricos ou

    do nitrato (BORDEN et al., 1995). Os processos aerbios e anaerbios de biodegradao so melhor apresentados a seguir:

    - Biodegradao aerbia

    Quase todos os hidrocarbonetos do petrleo so biodegradados sob condies aerbias. Oxignio um cosubstrato para a enzima que pode inicializar o metabolismo do hidrocarboneto e por fim utilizado como aceptor final de eltrons para a gerao de energia

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    20

    (YOUNG, 1984). Em muitos casos, a maior limitao na biodegradao aerbia em subsuperfcie a baixa solubilidade do oxignio em gua. Por exemplo, a mineralizao aerbia do tolueno (C6H5-CH3) representada pela seguinte equao:

    C6H5-CH3 + 9 O2 7 CO2 + 4 H2O (2.1)

    A gua saturada com ar contm de 6 a 12 ppm de oxignio dissolvido. Por exemplo, a completa converso do tolueno (e muitos outros hidrocarbonetos) para CO2 e H2O requer aproximadamente 3 g de O2 por grama de hidrocarboneto. Usando-se essa taxa, o O2 presente

    na gua pode resultar na biodegradao de 2 a 4 ppm de hidrocarboneto atravs de processo estritamente aerbio. Se a concentrao de hidrocarboneto for maior que essa, a biodegradao deve ser incompleta ou deve acontecer mais vagarosamente por processo anaerbio (BROWN et al., 1994). A extenso da biodegradao aerbia controlada pela quantidade de contaminantes, a taxa de transferncia de oxignio para a subsuperfcie e o contedo original de oxignio no aqfero (BORDEN, 1994). Os tempos de meia vida, por exemplo, do tolueno, podem variar entre 1 e 20 dias, dependendo da concentrao microbiolgica ativa (ALVAREZ et al., 1991; CHEN et al., 1992; CHIANG et al., 1989; WEBER e CORSEUIL, 1994), chegando a valores fora dessa faixa se tambm ocorrerem limitaes de transferncia de massa (CORSEUIL e ALVAREZ, 1996).

    - Biodegradao utilizando o nitrato

    Quando a quantidade de oxignio diminui e nitrato est presente (ou outras formas oxidadas de nitrognio), alguns microrganismos anaerbios facultativos utilizam nitrato (NO3-) ao invs de oxignio como aceptor final de eltrons. Para o tolueno, este processo pode ser aproximado pela seguinte equao:

    C6H5-CH3 + 7,2 H+ + 7,2 NO3- 7 CO2 + 7,6 H2O + 3,6 N2 (2.2)

    Os tempos de meia vida para o tolueno sob condies desnitrificantes so maiores que em condies aerbias, tipicamente variando de 20 a 50 dias (ALVAREZ et al., 1994; HUTCHINS et al., 1991b), mas podem ser mais curtos se a concentrao inicial de desnitrificantes exceder 1 mg/l (CORSEUIL e ALVAREZ, 1996).

    Nas ltimas dcadas, pesquisadores descobriram que tolueno, etilbenzeno, xilenos,

    naftaleno e uma variedade de outros compostos podem ser biodegradados usando nitrato como aceptor final de eltrons (KUHN et al., 1988; HUTCHINS et al., 1991a; MIHELCIC e LUTHY, 1991). Atualmente, h algumas controvrsias sobre a biodegradabilidade do

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21

    benzeno sob condies desnitrificantes. Vrios trabalhos indicam o benzeno como sendo

    recalcitrante (no biodegradvel) sob estas condies (HUTCHINS et al., 1991a; KUHN et al., 1988; SILVA et al., 2002) enquanto outros estudos indicam que o benzeno degradado (MAJOR et al., 1988; KUKOR e OLSEN, 1989).

    - Biodegradao utilizando o on frrico

    Uma vez que as quantidades de oxignio e nitrato reduzem, os microrganismos podem utilizar o on frrico (FeIII) como aceptor de eltrons. Grandes quantidades de ferro na forma frrica esto presentes em sedimentos de muitos aqferos e esta pode ser uma potencial fonte desse composto para a biodegradao. O ferro pode estar presente tanto em minerais cristalinos ou amorfos. As formas que so mais facilmente reduzidas so as formas amorfas e pouco cristalinas de hidrxidos, oxi-hidrxidos, e xidos de Fe (III) (LOVLEY, 1991). A reao hipottica da oxidao do tolueno com a reduo do Fe (III) na forma de hidrxido frrico (Fe (OH)3) pode ser representada pela seguinte equao:

    C6H5-CH3 + 36 Fe (OH)3 + 72 H+ 7 CO2 + 36 Fe+2 + 94 H2O (2.3)

    A reduo do Fe (III) resulta em elevadas concentraes de on Fe (II) dissolvidos em aqferos contaminados. Lovley et al. (1989) descobriram que em um aqfero contaminado por um derramamento de leo cru, a remoo seletiva de benzeno, tolueno e xilenos da pluma foi acompanhada por uma acumulao de Fe (II) dissolvido e diminuio de xidos de Fe (III) nos sedimentos contaminados. Embora o exato mecanismo de reduo microbiolgica dos ons frricos seja minimamente quantificado, as evidncias disponveis sugerem que a reduo do ferro um importante mecanismo na biodegradao de hidrocarbonetos dissolvidos (BORDEN et al., 1995).

    Vrios microrganismos foram identificados por apresentarem a capacidade de utilizao do on frrico como aceptor de eltrons na oxidao de compostos aromticos incluindo o tolueno, fenol, p-cresol e benzoato (LOVLEY e LONERGAN, 1990; LOVLEY et al., 1989).

    - Biodegradao utilizando outros aceptores

    Pesquisas demonstram que uma ampla variedade de compostos orgnicos pode ser biodegradada pela ao de microrganismos redutores de sulfato e/ou metanognicos (geradores de metano). Estes compostos incluem ismeros de cresol (SMOLENSKI e SUFLITA, 1987), hidrocarbonetos mono e poliaromticos (BERRY et al., 1987),

  • Reviso da Literatura __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    22

    alquilbenzenos (GRBIC-GALIC e VOGEL, 1987) e hidrocarbonetos insaturados (SCHINK, 1985).

    Redutores de sulfato podem potencialmente biodegradar o tolueno usando sulfato atravs da reao representada na seguinte equao (BELLER et al., 1992):

    C6H5-CH3 + 4,5 SO4-2 + 3 H2O 2,25 H2S + 2,25 HS- + 7 HCO3-1 + 0,25 H+ (2.4)

    Este processo relativamente lento e, quando ocorre, usualmente acontece no centro da pluma, longe das bordas no contaminadas (aerbias) da gua subterrnea (CORSEUIL e ALVAREZ, 1996).

    Um consrcio metanognico (grupo de microrganismos que geram metano) pode potencialmente biodegradar o tolueno (processo lento) usando gua como aceptor de eltrons mediante a reao representada na seguinte equao:

    C6H5-CH3 + 5 H2O 4,5 CH4 + 2,5 CO2 (2.5)

    Atualmente, poucos estudos de campo tm examinado o efeito dos mecanismos

    metanognicos e os redutores de sulfato na biodegradao de hidrocarbonetos dissolvidos na gua subterrnea. Enquanto h vrios estudos sobre a biodegradao do tolueno via reduo do sulfato (BELLER et al., 1992) e metanogenises (GRBIC-GALIC e VOGEL, 1987), a extenso e significncia da biodegradao de hidrocarbonetos em aqferos rasos por esses processos so minimamente quantificadas. Esta falta de informao deve ser causada parcialmente pelas caractersticas desses microrganismos. Consrcios sulfato-redutores e

    metanognicos so conhecidos por serem sensveis a variaes das condies ambientais como a temperatura, nutrientes inorgnicos (nitrognio, fsforo e traos de metais), contaminantes e pH (ZEHNDER, 1978). Um no balanceam