Biorremediação

Integrantes:Felipe BatistaMarina GogoyRaísa CostaVinícius Junger

Turma MAM 261

Tanto a Biorremediação quanto a Fitorremediação podem ser empregadas para atacar contaminantes específicos no solo e águas subterrâneas, tais como a degradação de hidrocarbonetos do petróleo e compostos orgânicos clorados pelas bactérias.

POLUENTES

Tanto a biorremediação quanto a Fitorremediação, podem ser dividida em três partes: metálicos, compostos orgânicos e inorgânicos. Os compostos orgânicos que precisam ser remediados geralmente provém de efluentes químicos, despejos inadequados e principalmente de pesticidas agrícolas, que são duráveis e se espalham com facilidade.

POLUENTES

Os poluentes orgânicos que podem ser remediados são distribuídos em vários grupos para que se faça um tratamento adequado para cada um deles. Assim os poluentes orgânicos ficam divididos entre os Hidrocarbonetos de Petróleo, Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (PAH’s), Policlorados Bifenílicos, Alifáticos Clorados, Substâncias Explosivas e Fitossanitários. Cada um dos itens serão brevemente discutidos aqui.

POLUENTES

POLUENTES - Hidrocarbonetos do Petróleo

São moléculas derivadas do petróleo para uso industrial que acabam por serem utilizadas em larga escala, e por isso, há grandes vazamentos e degradações causadas pelas mesmas. Entre os derivados do petróleo estão a Gasolina, Querosene e o Óleo Diesel . Os poluentes que saem desses compostos são o benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno, também conhecidos como BTEX. Os mesmos são tóxicos, além de causamrem grande degradação ambiental.

Os derivados de petróleo são altamente inflamáveis e por isso , se abertos ao ambiente podem vir a causar incêndios e intoxicações. Os mesmos são degradados a gás carbônico e água por várias bactérias e fungos como Enterobacter, Proteus e Klebsiella.

POLUENTES - Hidrocarbonetos do Petróleo

Os Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) constituem uma família de compostos caracterizada por possuírem dois ou mais anéis aromáticos condensados. São poluentes orgânicos de grande persistência ambiental, e muitos deles são capazes de reagir, após transformações metabólicas.

POLUENTES - Hidrocarbonetos Poliaromáticos

Os HAPs são capazes de penetrar as membranas celulares e de permanecerem indefinidamente no organismo. No entanto, o metabolismo dos HAPs torna-os mais hidrossolúveis e assim mais rapidamente excretáveis. Porém, podem ser convertidos a metabolitos mais tóxicos ou carcinogênicos. São tão tóxicos que causam danos Respiratórios, Gastrointestinais, Dermatológicos, Imunológicos, Reprodutivos, Cardiovasculares, Hepáticos e Hematológicos.

POLUENTES - Hidrocarbonetos Poliaromáticos

PCBs podem variar entre líquidos, óleos e ceras. Devido às suas propriedades não inflamáveis, estabilidade química e isolamento elétrico, PCBs são utilizados em centenas de aplicações industriais e comerciais. Elevadas concentrações de PCBs provocam irritações cutâneas nos adultos mas é nas crianças que os efeitos são mais graves. Estudos apontam para valores de QI mais baixos e menor capacidade de memorização.

POLUENTES – Policlorados Bifenílicos

Compostos alifáticos clorados: Estão incluídos neste grupo o tricloroetileno (TCE), diclorometano, tetracloroetileno, todos originados da síntese química. Possuem alta toxidade e carcinogenicidade em mamíferos e por isso devem ser manuseados com cautela. A volatilidade e capacidade para dissolver uma larga gama de composto orgânicos do Diclorometano, torna-o um solvente ideal para muitos processos químicos.

POLUENTES – Alifáticos Clorados

Diferentes grupos metabólicos de bactérias, produtoras da enzima oxigenase, oxidam o tricloroetileno. É possível também incrementar a biodegradação de TCE por bactérias indígenas pela suplementação do solo com fenol ou metano. Nesse caso, é possível que bactérias estimuladas pelo metano expressem a enzima metano-oxigenase conhecida por oxidar TCE.

POLUENTES – Alifáticos Clorados

São agentes químicos que pela ação de choque, percussão, fricção, produzem centelhas ou calor suficiente para iniciar um processo destrutivo através de violenta liberação de energia em reduzido espaço de tempo.

POLUENTES – Substâncias Explosivas

Os Fitossanitários ( Agrotóxicos) são usados para exterminar pragas ou doenças que causam danos às plantações. Existem diversos tipos de agrotóxicos que agem sobre daninhas e insetos. O problema é que eles fazem mal a saúde humana e poluem o solo.

POLUENTES – Fitossanitários

Os mesmos são muitos leves e disparados em spray, o que dá a eles a capacidade de percorrer grandes distâncias em suspensão. Podendo ser tóxicos ou altamente tóxicos, os mesmos correspondem a 1/3 das causas de mortes por intoxicação no planeta, até mesmo por que são venenos que se acumulam tanto em seres vivos quanto em corpos aquáticos e terrestres.

POLUENTES – Fitossanitários

Alguns autores buscaram identificar espécies vegetais tolerantes a herbicidas utilizados em áreas cultivadas com cana-de-açúcar, com o intuito de utilizar essas plantas em programas de fitorremediação.

POLUENTES – Fitossanitários

AGROTÓXICOS

A amônia é um agente irritante e o efeito principal e mais imediato da sua exposição é queimaduras na pele, olhos e trato respiratório. A sua alta solubilidade em água permite dissolver-se nas mucosas das membranas, pele e olhos formando hidróxido de amônio que causa necrose por liquefação dos tecidos. Os níveis excessivos de amônia líquida em circulação podem provocar efeitos neurológicos sérios.

POLUENTES – Amônia

O nitrato e o nitrito formam-se naturalmente no ciclo do ozônio mediado pelo princípio das reações redox. São também constituintes naturais das plantas. Os nitratos são tóxicos quando presentes em altas concentrações, principalmente nas crianças.

POLUENTES – Nitratos

Já os metais pesados, por serem átomos grandes e serem tóxicos, sofrem bioacumulação e acabam intoxicando toda uma cadeia alimentar se dispersos. Assim, o maior nível trófico é o que mais sofre com os efeitos da intoxicação, representando um perigo imediato para nós humanos. Entre eles estão o Cádmio, Cobalto, Cobre, Manganês, Níquel, Selênio e oTálio.

POLUENTES – Metais Pesados

Cádmio

A exposição ao cádmio nos humanos ocorre geralmente através de duas fontes principais: a primeira é por via oral e a segunda por inalação. Tecidos são danificados por exposição ao cádmio em animais ou humanos, incluindo o fígado, os testículos, o sistema imunológico, o sistema nervoso e o sangue.

POLUENTES – Metais Pesados

O Co pode ficar radioativo e a exposição a sua radiação pode provocar câncer. Na ingestão de Co ocorre a acumulação de alguma quantidade nos tecidos, que é eliminada muito lentamente. O cobalto em excesso pode causar disfunção da glândula tireóide, dermatites, cardiomiopatia, hepatoxicidade, nefrotoxicidade e policitemia.

Cobalto

POLUENTES – Metais Pesados

Cobre

O cobre é o metal mais comumente encontrado em nosso dia-a-dia e por isso, sabemos que não se pode ingerí-lo, porém o que não levamos em conta é que os sais de cobre são altamente tóxicos e podem se formar pela reação entre poluentes e o Cobre, tanto em forma metálica quanto em sais.

POLUENTES – Metais Pesados

Felizmente, o mesmo pode ser tanto biorremediado quanto fitorremediado com facilidade já que existem 6 meios suficientemente baratos para isso. Sendo 4 deles de fitorremediação pelas espécies Cyperaceae, Lamiaceae, Poaceae e Scrophulariaceae e dois por biorremediação com Escherichia e Pseudomonas .

POLUENTES – Metais Pesados

Cobre

Níquel

Intoxicações mesmo leves por níquel podem causar sintomas como apatia, diarréia, dores no pênis ou vagina, febre, insônia e náuseas. No entanto, é a pneumonia intersticial difusa e o edema cerebral a maior causa de morte.

POLUENTES – Metais Pesados

CONTAMINANTES E ESPÉCIES DE MICRORGANISMOS PARA A BIORREMEDIAÇÃO

Contaminantes

Anéis Aromáticos

Cádmio

Cobre

Cromo

Enxofre Petróleo

Espécie Utilizada Pseudomonas,Achromobact, Bacillus, Arthrobacter,

Penicillum, Aspergillus, Fusarium, Phanerocheate.

Staphlococcus, Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter,

Klebsiella, Rhodococcus Escherichia, Pseudomonas Alcaligenes, Pseudomonas Thiobacillus

Pseudomonas, Proteus, Bacillus, Penicillum,

Cunninghamella

NÚMERO DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS CONHECIDAS, PARA OITO METAIS PESADOS, E FAMÍLIAS EM QUE SÃO MAIS FREQÜENTEMENTE ENCONTRADAS

Elemento Nº de espécies

Famílias

Cd 1 Brassicaceae

Co 26 Lamiaceae, Scrophulariaceae

Cu 24 Cyperaceae, Lamiaceae, Poaceae, Scrophulariaceae

Mn 11 Apocynaceae, Cunoniaceae, Proteaceae

Ni 290 Brassicaceae, Cunioniaceae, Flacourtiaceae, Violaceae, Euphorbiaceae,

Se 19 Fabaceae

Tl 1 Brassicaceae

Zn 16 Brassicaceae, Violaceae

Fonte: Robinson et al., 1998.

BIORREMEDIAÇÃO

É um processo no qual organismos vivos, geralmente plantasou microrganismos, são utilizados tecnologicamente pararemover ou reduzir poluentes no ambiente.

Pode ser aplicado em águas superficiais e subterrâneas, bem como em solos e resíduos industriais em aterros áreas de contenção.

BIORREMEDIAÇÃO

Embora existam tecnologias de despoluição que utilizem processos físicos e/ou químicos, o método biológico vem se mostrando a maneira mais ecologicamente adequada e eficaz, além de ser em geral mais barata.

BIORREMEDIAÇÃO

O sistema metabólico que se tem mostrado mais apto à biodegradação de moléculas xenobióticas é o bacteriano, uma vez que estes seres são os principais responsáveis pela reciclagem da maior parte das moléculas da biosfera, participando ativamente dos ciclos biogeoquímicos.

Diversos fatores físicos, biológicos e químicos influenciam na capacidade de um sistema microbiano de biodegradar uma molécula.

BIORREMEDIAÇÃO

Fatores físicos:

- Natureza da matriz

- Temperatura

- Luz

BIORREMEDIAÇÃO

Fatores químicos

-Composição química da matriz

-pH

-Umidade

-Teor de oxigênio dissolvido

-Potencial redox do meio

-Composição química do poluente

BIORREMEDIAÇÃO

Fatores biológicos

-Capacidade das enzimas da célula de atuarem sobre o poluente

-Co-metabolismo

-Troca de material genético

BIORREMEDIAÇÃO - Implementação

A implementação da biorremediação ocorre em etapas que envolvem um estudo do ambiente, do tipo de contaminante, dos riscos e da legislação vigente. Em primeiro lugar é feita uma análise da natureza e quantidade do poluente, bem como das características biológicas, geofísicas e hidrológicas do local contaminado.

BIORREMEDIAÇÃO - Implementação

As avaliações biológicas ocorrem em laboratórios, e tem como objetivo decidir entre o uso da bioestimulação ou pela bioaumentação.

BIORREMEDIAÇÃO - Obstáculos

A implementação da biorremediação pode vir a enfrentar obstáculos ligados à concentração de poluentes, existência de vários compostos na sua composição, interação entre o poluente e a matriz e baixas taxas de biorremediação.

BIORREMEDIAÇÃO - OGMs

O uso de organismos geneticamente modificados permite que alguns dos problemas do processo de biorremediação, relacionados principalmente à taxa de degradação e à concentração do poluente possam ser contornados.

BIORREMEDIAÇÃO - OGMs

A manipulação genética de microrganismos com estes objetivos pode ser feita pela inserção de genes que codificam enzimas específicas para a molécula-alvo, pode haver a inserção de genes que conferem resistência a fatores inibidores do ambiente ou pode-se ainda realizar alterações genéticas que aumentem a capacidade de captação da célula.

BIORREMEDIAÇÃO - OGMs

A utilização de OGMs necessita de considerações especiais acerca do comportamento destes microorganismos no ambiente, se irão, por exemplo, migrar, se reproduzir, ou transferir seu material genético.

BIORREMEDIAÇÃO - HAPs

Várias vias metabólicas de degradação dos HAPs já foram identificadas em diferentes microrganismos, porém as mais estudadas são as do metabolismo aeróbico realizado pelas bactérias, pelos fungos lignolíticos e pelos fungos não-lignilíticos.

Devido ao grande número de enzimas envolvidas na degradação destes compostos tem-se utilizado principalmente consórcios microbianos na sua decomposição (co-metabolismo).

BIORREMEDIAÇÃO - HAPs

BIORREMEDIAÇÃO - Herbicidas

Embora os pesticidas possam ter um efeito benéfico sobre a produtividade agrícola, deve-se considerar o risco potencial desses compostos químicos no ambiente, o que tem despertado o interesse científico para a biodegradação de pesticidas e compostos relacionados.

Algumas espécies microbianas isoladas de solo são capazes de metabolizar parcialmente os compostos Triazínicos. A mineralização total desses compostos podeser realizada por consórcios microbianos ou culturas mistas com 2 ou mais microrganismos

Dentro da biorremediação insere-se a fitorremediação, que, envolve o emprego de plantas, sua microbiota associada e de amenizantes (corretivos, fertilizantes, matéria orgânica etc.) do solo, além de práticas agronômicas que, se aplicadas em conjunto, removem, imobilizam ou tornam os contaminantes inofensivos ao ecossistema.

FITORREMEDIAÇÃO

A fitorremediação é uma técnica que objetiva a descontaminação de solo e água, utilizando-se como agente de descontaminação plantas.

FITORREMEDIAÇÃO

A utilização da fitorremediação é baseada na seletividade, natural ou desenvolvida, que algumas espécies exibem a determinados tipos de compostos ou mecanismos de ação. Esse fato é de ocorrência comum em espécies agrícolas e daninhas, tolerantes a certos herbicidas.

FITORREMEDIAÇÃO

FITORREMEDIAÇÃO

Uma vez absorvidos pela raiz, os contaminantes podem ser acumulados na biomassa da planta (fitoextração), também podem ser degradados ou detoxificados nos tecidos aéreos da planta (fitotransformação) ou simplesmente volatilizados a partir das folhas para a atmosfera (fitovolatilização).

Após extrair o contaminante do solo, a planta armazena-o para tratamento subseqüente, quando necessário, ou mesmo metaboliza-o, podendo, em alguns casos, transformá-lo em produtos menos tóxicos ou mesmo inócuos. A fitorremediação pode ser empregada em solos contaminados por substâncias inorgânicas e/ou orgânicas.

FITORREMEDIAÇÃO

FITORREMEDIAÇÃO – Metais Pesados

O dano ambiental causado por metais pesados depende de sua composição e do tipo de solo. Esses metais pesados podem estar ligados às partículas do solo e/ou biodisponível; podendo migrar para camadas mais profundas, interagir com as águas subterrâneas e etc. Pode-se mudar o estado de oxidação por processos abióticos, ou mesmo serem absorvidos por plantas ou microrganismos

FITORREMEDIAÇÃO – Metais Pesados

A contaminação de metais pesados no solo resulta, principalmente, da aplicação de resíduos urbanos e industriais e do uso de fertilizantes e pesticidas na agricultura. Concentrações elevadas de metais no solo podem afetar a produtividade, a biodiversidade e a sustentabilidade dos ecossistemas, constituindo risco para a saúde dos seres humanos e animais

FITORREMEDIAÇÃO – Metais Pesados

O sucesso da fitoextração depende da habilidade das plantas em acumular concentrações de metais pesados na parte aérea que sejam suficientemente elevadas para reduzir a concentração de metais no solo em níveis toleráveis, com poucos cultivos.

A fitoextração, que é uma das técnicas mais eficientes de fitorremediação, envolve o cultivo de plantas que concentram metais pesados do solo na parte aérea, a qual pode então ser removida da área.

FITORREMEDIAÇÃO – Metais Pesados

Uma estratégia é o uso de espécies hiperacumuladoras, plantas capazes de naturalmente acumular elevados teores de metais pesados na parte aérea, sem desenvolver quaisquer sintomas de toxidez

FITORREMEDIAÇÃO – Metais Pesados

A segunda estratégia envolve o uso de espécies produtoras de grande biomassa, que são quimicamente induzidas a aumentar a eficiência de fitoextração de metais pela aplicação de agentes quelantes ao solo.

FITORREMEDIAÇÃO – Solos Salinos

Atriplex nummularia apresenta-se como alternativa de uso na recuperação de solos salino-sódicos, podendo servir como suporte forrageiro e como folhagem na floricultura e paisagismo. Foram realizadas avaliações dos teores de Na, no solo e na planta, aos 40, 70, 100 e 130 dias do transplantio da A. nummularia.

FITORREMEDIAÇÃO – Herbicidas

Herbicidas solúveis em água, como tebuthiuron e trifloxysulfuron–sodium, tornam–se mais disponíveis na solução do solo, facilitando sua absorção pelas plantas; apesar de controlarem as plantas daninhas, eles podem provocar toxicidade em culturas sucessivas.

Quando os herbicidas são aplicados nos agroecossistemas, eles sofrem uma série de reações e redistribuem–se nos diversos componentes desse ambiente, contaminando–os. Assim, considerando–se os herbicidas aplicados nos solos, o destino deles é governado por três processos gerais:processos físicos: volatilização, lixiviação pela água e erosão com o solo por vento e água; processos químicos: fotodecomposição, adsorção, reações químicas com os constituintes do solo e retirada pelas plantas e microrganismos; e processos microbiológicos, representados pela decomposição microbiana.

FITORREMEDIAÇÃO – Herbicidas

FITORREMEDIAÇÃO – Herbicidas

A lixiviação constitui um dos principais processos de dissipação dos herbicidas no solo, exercendo influência direta sobre o controle das plantas daninhas, a persistência e o risco de contaminação ambiental. Em adição, propriedades intrínsecas dos herbicidas, dos solos e do clima influenciam a lixiviação, sendo mais suscetíveis os herbicidas com elevada solubilidade em água e fraca adsorção ao solo.

A maioria dos orgânicos parece sofrer algum grau de transformação nas células das plantas antes de serem isolados em vacúolos ou ligarem-se a estruturas celulares insolúveis, como a lignina. A capacidade de metabolização do agrotóxico a um composto não-tóxico (ou menos tóxico) à planta e ao ambiente é o princípio da fitodegradação.

FITORREMEDIAÇÃO – Herbicidas

Outra possibilidade é a fitoestimulação, na qual há o estímulo à atividade microbiana, promovido pela liberação de exsudatos radiculares, que atua degradando o composto no solo, o que caracteriza, em algumas plantas, a aptidão rizosférica para a biorremediação de compostos tóxicos.

FITORREMEDIAÇÃO – Herbicidas

Bibliografia

http://www.cremesp.com.br/?siteAcao=Revista&id=185 Luciane Maria Ribeiro Neto, Ieda T.N. Verreschi Edição 31 - Abril/Maio/Junho de 2005

http://jovempan.uol.com.br/videos/agrotoxicos-10714,1,0 Leandro Andrade23/04/2008 21h01min

http://www.laborsolo.com.br/artigos.asp?id=208 Labor Solo Laboratórios ® Publicado em Dez 08, 2005

http://www.quimica.com.br/revista/qd389/biotecnologia5.htm Marcelo Rijo Furtado Abril de 2010

http://www.micronal.com.br/artigostecnicos/saude_agua.htm MICRONAL (2008) http://www2.iq.usp.br/cipa/index.dhtml?pagina=880&chave=p9J IQUSP (Instituto

de Química Universidade de São Paulo) Efeitos prejudiciais à saúde humana derivados da ingestão de nitratos; VALE, Bruno

C.; HAIE, Naim. Aspectos biológicos e técnicos da biodegradação de xenobióticos; GAYLARDE,

Christine Claire; BELLINASO, Maria de Lourdes; MANFIO, Gilson Paulo Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas; Pires, F.R.; Souza, C.M.;

Silva, A.A.; Procópio, S.O.; Ferreira, L.R. Solubilidade, fracionamento e fitoextração de metais pesados após aplicação de

agentes quelantes; Évio Eduardo Chaves de Melo; Clístenes Williams Araújo do Nascimento; Ana Cristiane Queiroz Santos.

Biorremedação de solos contaminados com hidrocarbonetos haromáticos policíclicos; Rodrigo Josemar Seminoti Jacques; Fátima Menezes Bento; Zaida Inês Antoniolli; Flávio Anastácio de Oliveira Camargo

Isolamento e seleção de fungos para biorremediação a partir de solo contaminado com herbicidas triazínicos; Luciane Maria Colla; Andreiza Lazzarotto Primaz; Marieli de Lima; Telma Elita Bertolin; Jorge Alberto Vieira Costa