biossorcao de metais pesados pelo fungo penicillium corylophilium
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BIOSSORO DE METAIS PESADOS PELO
FUNGO Penicillium corylophilum
Yaci Maria Marcondes Farias
Rio de Janeiro
2014
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BIOSSORO DE METAIS PESADOS PELO
FUNGO Penicillium corylophilum
Yaci Maria Marcondes Farias
Dissertao de Mestrado apresentada Escola de
Qumica da Universidade Federal do Rio de
Janeiro, como requisito para a obteno do ttulo
de Mestre em Tecnologia de Processos Qumicos
e Bioqumicos.
Orientadoras:
Prof. D. Sc. Eliana Flvia Camporese Srvulo
D. Sc. Judith Liliana Solrzano Lemos
Rio de Janeiro
2014
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Ficha catalogrfica
Farias, Yaci Maria Marcondes.
Biossoro de metais pesados pelo fungo Penicillium corylophilum/ Yaci
Maria Marcondes Farias. 2014. 96 f.
Dissertao (mestrado) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Qumica, Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Processos
Qumicos e Bioqumicos, Rio de Janeiro, 2014.
Orientadores: Prof Eliana Flvia Camporese Srvulo
Prof Judith Liliana Solrzano Lemos
1. Biossoro. 2. Metais pesados. 3. P. corylophilum. I. Srvulo, Eliana
Flvia Camporese (Orient.). II. Lemos, Judith Liliana Solrzano (Co-
Orient.). III. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Qumica.
IV. Ttulo.
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BIOSSORO DE METAIS PESADOS PELO FUNGO
Penicillium corylophilum
YACI MARIA MARCONDES FARIAS
Dissertao submetida ao Corpo Docente do Curso de Ps-Graduao em Tecnologia
de Processos Qumicos e Bioqumicos da Escola de Qumica da Universidade Federal do
Rio de Janeiro - UFRJ, como parte dos requisitos necessrios obteno do grau de
Mestre.
Aprovada em 09 de Janeiro de 2014.
_______________________________________________________
Eliana Flvia Camporese Srvulo, D. Sc. EQ/ UFRJ
(Orientadora Presidente da banca)
_______________________________________________________
Judith Liliana Solrzano Lemos, D. Sc. UEZO
(Orientadora)
_______________________________________________________
Luis Gonzaga Santos Sobral, D. Sc. CETEM/MCTI
_______________________________________________________
Selma Gomes Ferreira Leite, D. Sc. EQ/ UFRJ
_______________________________________________________
Roberta Gaidzinski, D. Sc. UEZO
Rio de Janeiro
2014
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Tantas vezes pensamos ter chegado...
Tantas vezes preciso ir alm.
(Fernando Pessoa)
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Para Eric, claro.
And in the end, the love you take
is equal to the love you make.
(Beatles)
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AGRADECIMENTOS
com imensa alegria que chego ao fim de mais uma etapa que contribuiu de maneira
definitiva para minha formao tanto pessoal quanto profissional. E como no poderia ser
diferente, este desafio contou com a participao direta e indireta de pessoas que
contriburam sobremaneira para minha conquista. Sendo assim, quero agradecer
profundamente:
Ao meu amor, marido, companheiro, amigo, a pessoa que me fez ser quem sou hoje.
Eric, o seu amor me faz ser uma pessoa melhor a cada dia. Agradeo por todo incentivo e
apoio, sempre.
A minha famlia, meus pais Maria e Srgio e meus irmos Andes, Hosana, Znite e
Raize, por ser essa pequena/grande famlia feliz, engraada e acima de tudo unida.
Aproveito para agradecer a outra parte da minha famlia, aos meus sogros Ren e
Rosiclia, por serem sempre gentis e amveis.
A Liliana, por sua orientao hoje e ontem. Minha primeira orientadora quando dava
os primeiros passos na pesquisa. No poderia ter comeado melhor. Agradeo sempre por
toda ajuda, pacincia, confiana e por boa parte do que sei hoje.
A Prof. Eliana agradeo hoje e vou agradecer sempre por ter aceitado me orientar
nos 45 do segundo tempo, sem me conhecer. Obrigada pela confiana, obrigada por ser
esta pessoa maravilhosa que abraa e acarinha a quem se aproxima. Obrigada pela
pacincia e pelos ensinamentos valiosos.
Aos amigos de luta no mestrado: Lvia Galdino, Suzana Pimentel, Mariana Bittar e
Flvia Gabel pelas risadas que certamente tornaram o fardo mais leve. Aproveito para
agradecer aos amigos do 107: Diogo, Lindomar, Juliana Cruz (minha salvadora nos
momentos tensos de Excel), Dani e Paulinho, pela pacincia e ajuda em todos os
momentos.
Aos amigos da vida, que de maneira indireta foram essenciais para tornar mais leve e
descontrada esta caminhada: Luara, Alexandre, Mnica, Gisele, Eric Maia, Renan,
Leilane, Aline e Sabrina.
A preciosa ajuda da Luana e da Leze, estudantes da UEZO, que dividiram comigo
alguns momentos de tenso e tambm de felicidade, assim como a Mariana Barbalho, por
toda ajuda prestada.
Aos amigos do CETEM, por serem sempre muito solcitos: Diego Cara, Dani e a
minha amiga Claudete (Cludia Affonso) por ser esta pessoa maravilhosa que .
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Dedico um agradecimento especial a Dbora Monteiro, amiga do CETEM, que
desempenhou um papel importantssimo para a realizao deste trabalho, sempre com
muita pacincia e solicitude. Obrigada!
Agradeo imensamente ao Dr. Luiz Gonzaga Sobral, por permitir a realizao das
anlises nas dependncias do CETEM. Agradeo por esta oportunidade e por toda ajuda
dispensada na realizao deste trabalho.
Aos professores da banca: Dr. Selma Ferreira, Dr. Roberta Gaidzinski e ao Dr. Luiz
Sobral, pela participao na banca e de antemo, pelas preciosas contribuies.
A COAM/CETEM Coordenao de Anlises Minerais do Centro de Tecnologia
Mineral pela realizao das anlises minerais imprescindveis para a concluso deste
trabalho.
A CCFF/Fiocruz Coleo de Cultura de Fungos Filamentos do Instituto Oswaldo
Cruz e a Dr. Maria Inz Sarquis, curadora da coleo, por ter cedido gentilmente a cepa
utilizada neste trabalho e pela ajuda e orientao prestadas.
A ps-graduao da Escola de Qumica TPQB/UFRJ e seu corpo docente, que
contriburam de maneira fundamental para minha formao.
A Capes, pela bolsa de estudos para a realizao deste trabalho.
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RESUMO
FARIAS, Yaci Maria Marcondes. Biossoro de metais pesados pelo fungo Penicillium
corylophilum. Rio de janeiro, 2013. Dissertao de Mestrado Escola de Qumica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.
Atualmente, grande a preocupao com o crescente aumento dos nveis de poluentes
descartados no meio ambiente. Dentre esses poluentes, os metais pesados ocupam uma
posio de destaque, uma vez que esto presentes na composio de inmeros rejeitos
industriais. Sendo assim, faz-se importante o desenvolvimento de tcnicas que tenham
como intuito o tratamento desses efluentes. Muitos so os processos utilizados para o
tratamento de efluentes, entre eles se encontra o processo de biossoro, tcnica que utiliza
diferentes biomassas (fungos, bactrias, algas etc.) na remoo, reteno ou recuperao de
metais pesados. Sendo assim, este trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial
de remoo do nquel, pelo fungo filamentoso Penicillium corylophilum em soluo
aquosa a fim de obter dados que permitam o seu emprego na recuperao de ambientes
contaminados por metais pesados. Para isso, os ensaios de biossoro foram divididos em
trs etapas. O primeiro ensaio consistiu em verificarmos a capacidade de biossoro do
nquel pela biomassa estudada. Sendo assim, foi montado um planejamento de
experimentos Plackett & Burman onde foram testadas sete variveis totalizando doze
ensaios e trs pontos centrais. Foi observado que o fungo apresentava grande potencial de
biossoro, alcanando ndices de remoo do metal de at 58%. Na segunda etapa de
anlises, a biomassa foi avaliada frente a solues multimetais. Nesse caso, a inteno era
simular o que ocorre em um efluente real, onde no existe somente um metal isoladamente
e, assim, verificarmos se a interao entre os metais influenciaria no comportamento do
fungo em relao biossoro. Observamos, nesta etapa, que em sistemas binrios (Ni +
Cu, Ni + Cr e Ni + Zn) e em sistemas com todos os metais (Ni + Cu + Cr + Zn) o nquel
foi preterido em relao aos outros metais. O cromo foi o metal que apresentou maior
afinidade com a biomassa, mostrando para este metal uma remoo de at 9,7 mg/g. Na
terceira etapa, avaliamos a remoo dos metais individualmente, com a finalidade de traar
um comparativo com o sistema multimetais. Constatamos que no sistema individual a
remoo de todos os metais foi menor quando comparada com o sistema multimetais.
Dessa maneira, pudemos traar uma sequncia de afinidade dos metais pelo fungo nos dois
sistemas avaliados, sendo no sistema multimetais o Cr > Ni > Cu > Zn e no sistema
individual o Cr > Zn > Cu > Ni.
Palavras chave: Biossoro, P. corylophilum, metais pesados.
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ABSTRACT
FARIAS, Yaci Maria Marcondes. Heavy metals biosorption by Penicillium
corylophilum. Rio de janeiro, 2013. Master's Dissertation Escola de Qumica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.
Currently, there are serious concerns with the increasing levels of pollutants discharged
into the environment. Among these pollutants, heavy metals occupy a prominent position,
since they are present in the composition of many industrial wastes. Therefore, it is
important to develop techniques so as to treat these effluents. Many processes are used for
the treatment of effluents; among them is the biosorption process, a technique that uses
different biomass (fungi, bacteria, algae etc.) to remove, to retain or to recover heavy
metals. Therefore, this study aimed at assessing the potential for nickel removal by the
filamentous fungus Penicillium corylophilum in aqueous solution in order to obtain data
that allow its use in the remediation of contaminated environments by heavy metals. For
this, the biosorption assays were divided into three stages. The first test was to verify the
ability of nickel biosorption by the studied biomass. Therefore, a Plackett & Burman
design was set up with seven variables experiments, which were tested in twelve trials and
three central points. It was observed that the fungus has shown a great potential for
biosorption, increasing nickel removal rates up to 58%. In the second stage of the analysis,
the biomass was evaluated against multi-metals solutions. In that case, the idea was to
simulate what happens in a real effluent, where there isnt only one metal alone and thus
check whether the interaction between metals influence the behavior of the fungus in
biosorption. We observed in this step that in binary systems (Ni + Cu; Ni + Cr and Ni +
Zn) and in systems with all metals (Ni + Cr + Cu + Zn) nickel was less absorbed before
other metals. Chromium has shown higher affinity to the biomass, being highly removed
showing extractions up to 9,7 mg/g. In the third step, the metals removals in individual
system were evaluated so as to compare with multi-metal system. We noted that in the
individual system all metals removal was lower when compared with multi-metal system.
Thus, we could draw a sequence of metals affinities by the fungus in the two evaluated
systems. In the multi-metal system the affinities were Cr> Ni> Cu> Zn and in individual
system were Cr> Zn> Cu> Ni.
Keywords: Biosorption, P. corylophilum, heavy metals.
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Sumrio
AGRADECIMENTOS ....................................................................................................................... 6
RESUMO ........................................................................................................................................... 8
ABSTRACT ....................................................................................................................................... 9
Sumrio ............................................................................................................................................ 10
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................. 12
LISTA DE FIGURAS............................................................................................................................. 12
Captulo 1: Introduo, Justificativa e Objetivos .............................................................................. 14
1. INTRODUO ................................................................................................................... 14
2. JUSTIFICATIVA ................................................................................................................. 17
3. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 18
3.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 18
3.2 Objetivos Especficos ................................................................................................... 18
Captulo 2: Reviso Bibliogrfica ...................................................................................................... 19
2.1 METAIS PESADOS .............................................................................................................. 19
2.1.1 Cobre ................................................................................................................................... 21
2.1.2 Cromo .................................................................................................................................. 21
2.1.3 Zinco ................................................................................................................................... 22
2.1.4 Nquel .................................................................................................................................. 23
2.2 VALORES ORIENTADORES .............................................................................................. 28
2.3 BIORREMEDIAO ............................................................................................................ 33
2.4 BIOSSORO ...................................................................................................................... 35
2.4.1 Acumulao de metais por micro-organismos ................................................................ 35
2.4.2 Acumulao extracelular ................................................................................................. 37
2.4.3 Acumulao intracelular ................................................................................................. 39
2.5 FUNGOS E A BIOSSORO DE METAIS ........................................................................ 41
Captulo 3: Materiais e Mtodos ...................................................................................................... 45
3.1 MICRO-ORGANISMO ......................................................................................................... 45
3.2 MANUTENO DA CULTURA ......................................................................................... 45
3.3 PREPARO DO INCULO .................................................................................................... 46
3.4 MEIOS DE CULTURA E SOLUES ................................................................................ 46
3.4.1 Meios de cultura .............................................................................................................. 46
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3.4.2 Solues de metais .......................................................................................................... 47
3.5 ETAPAS EXPERIMENTAIS ................................................................................................ 48
3.5.1 Avaliao dos parmetros de relevncia para biossoro de nquel por condios de P.
corylophilum ............................................................................................................................ 48
3.5.1.1 Delineamento experimental ......................................................................................... 50
3.5.2 Anlise comparativa da remoo de Ni por formas esporulada e vegetativa ..................... 52
3.5.2.1 Formao de pellets ...................................................................................................... 52
3.5.2.2 Ensaios de biossoro com pellets e condios .............................................................. 52
3.5.3 Avaliao da biossoro de diferentes metais pesados por condios ................................. 53
3.5.3.1 Teste em sistemas competitivos ................................................................................... 53
3.5.3.2 Teste em sistemas no competitivos ........................................................................... 55
3.6 DETERMINAES ANALTICAS ..................................................................................... 55
3.6.1 Contagem de esporos ...................................................................................................... 55
3.6.2 Concentrao de acar ................................................................................................... 55
3.6.3 pH .................................................................................................................................... 56
3.6.4 Espectrometria de Absoro Atmica (EAA) ................................................................. 56
Captulo 4. Resultados e Discusso .................................................................................................. 57
4.1 Influncia dos parmetros de cultivo na remoo de Ni por condios de Penicillium
corylophillum CCFIOC 4297 ....................................................................................................... 57
4.2 Anlise comparativa da remoo de nquel por P. corylophilum em forma esporulada e
vegetativa ..................................................................................................................................... 66
4.3.1 Avaliao da biossoro de metais pesados por condios de P. corylophilum .................... 69
4.3.1.1 Testes em sistemas competitivos .................................................................................. 69
4.3.1.2 Teste em sistemas no competitivos ............................................................................ 73
4.4 Sequncia de afinidade de metais pelo P. corylophilum ........................................................ 76
Captulo 5. Concluses ..................................................................................................................... 78
Captulo 6. Sugestes ....................................................................................................................... 79
Captulo 7. Referncias Bibliogrficas .............................................................................................. 80
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Reserva e produo mundial de nquel ............................................................................. 25
Tabela 2. Valores orientadores para o nquel ................................................................................... 32
Tabela 3. Lista de fungos utilizados para biossoro de metais ....................................................... 37
Tabela 4. Matriz de experimentos do planejamento Plackett & Burman ......................................... 51
Tabela 5. Nveis das variveis ensaiadas no planejamento Plackett & Burman .............................. 51
Tabela 6. Composio mdia de efluentes de indstrias de Galvanoplastia .................................... 54
Tabela 7. Matriz do planejamento Plackett & Burman para avaliao de 7 fatores na remoo de
nquel ................................................................................................................................................ 58
Tabela 8. Comparao da remoo de metais em sistemas competitivos (SC) e no competitivos
(SNC) para solues metais sem adio de sais. .............................................................................. 75
Tabela 9. Comparao da remoo de metais em sistemas competitivos (SC) e no competitivos
(SNC) para solues metais com adio de sais .............................................................................. 75
Tabela 10. Sequencia de afinidade dos metais no sistema competitivo (SC) .................................. 76
Tabela 11. Sequencia de afinidade dos metais no sistema no competitivo (SNC) ......................... 76
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Indstria desativada. ......................................................................................................... 29
Figura 2. Representao de interaes entre metais e micro-organismos. ....................................... 40
Figura 3. Principais benefcios proporcionados pelos fungos. ......................................................... 42
Figura 4. Linhagem liofilizada do fungo Penicilllium corylophilum. .............................................. 45
Figura 5. Solues de metais utilizadas nos experimentos .............................................................. 47
Figura 6. Imagens dos frascos Erlenmeyers contendo as solues de nquel e condios dispostos em
agitador rotatrio para avaliao da biossoro. .............................................................................. 49
Figura 7. Esquema simplificado do procedimento adotado para avaliao da biossoro de nquel
por P. corylophilum segundo planejamento experimental Plackett & Burman. Fonte: Adaptado de
PALLU (2006). ................................................................................................................................ 50
Figura 8. Diagrama de quadros com a descrio do ensaio realizado para avaliao do emprego de
condios e pellets na biossoro de nquel........................................................................................ 53
Figura 9. Remoo percentual de nquel pelo fungo P. corylophilum CCFIOC 4297, segundo dados
gerados pelo planejamento experimental P&B. ............................................................................... 59
Figura 10. Comportamento da biomassa na remoo de nquel (Valor de q: mg do metal por g de
biomassa).......................................................................................................................................... 60
Figura 11. Relao entre a remoo de nquel e o consumo de sacarose nos ensaios realizados
conforme planejamento P&B12. ...................................................................................................... 61
Figura 12. Variao do pH nos ensaios realizados segundo planejamento P&B12. ........................ 63
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Figura 13. Grfico de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas para a remoo de
nquel por P. corylophilum CCFIOC 4297. ..................................................................................... 65
Figura 14. Imagens dos ensaios 4 (A) e 7 (B) do P&B12 onde se visualiza a germinao de grande
parte dos condios com formao de pequenos pellets. .................................................................... 66
Figura 15. Pellets formados no segundo dia da semeadura de condios de P. corylophilum em meio
mnimo contendo 30 mg de Ni/L. .................................................................................................... 67
Figura 16. Remoo de nquel em soluo aquosa por P. corylophilum, ........................................ 68
Figura 17. Valor de "q" referente s interaes Nquel Cobre (A), Nquel Cromo (B), Nquel
Zinco (C) e Nquel Cobre Cromo Zinco (D). .......................................................................... 70
Figura 18. Valores de "q" referentes anlise dos metais em sistemas no competitivos ............... 74
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Cap tulo 1: Introdua o, Justificativa e Objetivos
1. INTRODUO
O acelerado crescimento da populao mundial nas ltimas dcadas refletiu no
aumento dos nveis de poluio que, em consequncia, resultou em destruio de vrios
ecossistemas, incluindo solos, guas e ar. Segundo Pearson (1995), a degradao de reas
ambientais vem acontecendo desde 2000 a.C., tendo sido, primeiramente, observada na
ndia e em pases do Oriente Mdio. De acordo com este autor, a desertificao de solos
teve como principal causa a sua irrigao com gua salobra contendo altos ndices de sal.
Nos ltimos anos, a atividade industrial tem sido uma das principais responsveis
pela deteriorao do ambiente, particularmente pelo lanamento indiscriminado de
elevadas quantidades de metais pesados (PINTO et al., 2003). De acordo com a
Organizao dos Estados Americanos, OEA, destacam-se os setores mineiro e metalrgico,
pela gerao diria de grandes quantidades de rejeitos, incluindo gases, slidos e lquidos,
contendo elementos de variadas toxicidades, principalmente Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn
(LIMA, 2013; RUBIO & TESSELE, 2002). Entretanto, outras indstrias tambm so
apontadas como poluidoras por metais pesados, tais como as de galvanoplastia, curtume,
de polpa e de papel e de manufatura de produtos eletrnicos (BORBA et al., 2006; LIMA;
MERON, 2011).
O termo metal pesado vem sendo, ao longo das ltimas dcadas, bastante discutido,
no havendo, ainda, consenso quanto sua definio (LIMA; MERON, 2011). Em geral,
o termo se aplica aos elementos metlicos com massa atmica maior que 55,8 u, valor
correspondente ao do ferro, ou com elevada massa especfica, variando de 3,5 e 7,0 g.cm-3
.
Alguns elementos, no entanto, so referidos como metais pesados como, por exemplo, o
Cr, embora sua massa atmica seja aproximadamente 52 u, ou no so metais, como o
caso do arsnio e do selnio (PIERZYNSKI; SIMS; VANCE, 2000).
Os metais pesados so, quimicamente, altamente reativos e bioacumulveis nos
organismos, o que os torna potencialmente txicos para os seres vivos. Porm, alguns so
necessrios desde que em quantidades mnimas para que os seres vivos, inclusive micro-
organismos, possam realizar suas funes vitais. De acordo com Emsley (2001), cobalto,
cromo, molibdnio, vandio, nquel e zinco so exemplos de metais essenciais para os
seres humanos. Contudo, em nveis elevados, estes mesmos elementos se tornam
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extremamente txicos. Outros metais pesados como mercrio, chumbo e cdmio no
possuem nenhuma funo para os organismos, sendo o seu acumulo, sobretudo nos seres
humanos, causa de graves doenas, podendo at mesmo levar morte (LIMA; MERON,
2011; SALES, 2013).
Em geral, os metais pesados podem se apresentar em mais de um estado de oxidao,
o que lhes confere distintas caractersticas de mobilidade, biodisponibilidade e toxicidade,
o que por conta da sua no biodegradabilidade pode levar ao acumulo nos seres vivos,
tendo seu efeito aumentado ao longo da cadeia alimentar. Segundo Bridges (1991), o
tempo de residncia em solos de cdmio e mercrio se situa nas faixas de 75 a 380 anos e
de 500 a 1000 anos, respectivamente; j o tempo de residncia para arsnio, chumbo,
selnio e zinco, exemplos de metais cuja adsoro maior, varia de 1000 a 3000 anos.
A toxicidade do metal est diretamente relacionada sua biodisponibilidade, o que
por sua vez est associado com sua especiao fsica e qumica (GUIMARES; SIGOLO,
2008). Por exemplo, a toxicidade de um metal em gua varia em funo do pH e do teor de
matria orgnica, uma vez que os metais reagem com carbono, formando complexos ou
sendo absorvidos (BAIRD, 2002).
Em vista do exposto, a contaminao por metais pesados um problema mundial e,
por isso, causa de preocupao de rgos ambientais e da comunidade cientfica. No
Brasil, estudos tanto locais quanto regionais demonstram ser a contaminao por metais
pesados motivo de grande preocupao. So exemplos, o esturio de Santos/So Vicente
em So Paulo e as baas de Guanabara e de Sepetiba no Rio de Janeiro, que se encontram
impactadas em decorrncia de neles serem diariamente lanados efluentes altamente
contaminados com cobre, nquel, zinco, cdmio e mercrio, que so oriundos de refinaria,
indstrias siderrgicas, entre outras atividades industriais, existentes nestes locais
(CARVALHO; LACERDA; GOMES, 1991).
Neste contexto, torna-se fundamental adotar medidas visando descontaminao das
reas afetadas, bem como para evitar que outras reas venham a ser impactadas.
Entretanto, embora existam vrios trabalhos publicados sobre o tema, cada local
contaminado apresenta suas peculiaridades, o que requer um estudo mais detalhado caso a
caso.
A estratgia de tratamento cada vez mais em evidencia a que faz uso de micro-
organismos como agentes de remoo de metais, denominado biossoro. Esta tcnica se
destaca pelo baixo custo quando comparada com outras formas de tratamento por
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16
processos fsico-qumicos, tais como floculao e eletrlise (PINTO et al., 2003). Alm
disso, estas tcnicas possuem um alcance limitado, por serem, a maioria, processos
complexos e de baixa eficincia (KAPOOR; VIRARAGHAVAN, 1995).
A biossoro pode ser definida como a tecnologia que faz uso, por exemplo, de
biomassa microbiana, viva ou morta, para a remoo, reteno e recuperao de metais
pesados em ambientes lquidos. A biossoro, assim como outras tcnicas de
biorremediao, considerada eficiente na remoo de poluentes do meio ambiente e j foi
aprovada pela Agncia de Proteo Ambiental Americana (US EPA) como tecnologia de
limpeza de locais contaminados com resduos perigosos. Dentre as vantagens que tornam
os micro-organismos importantes no tratamento de resduos esto o seu crescimento
acelerado, a tolerncia a condies ambientais extremas, como variao do pH e
temperatura, e o fato de possurem, em geral, baixo custo de cultivo, uma vez que podem
ser cultivados em matrias-primas de baixo custo, ou at mesmo por reaproveitamento de
rejeitos industriais (SIMES; TAUK-TORNISIELO, 2005).
Diversos so os micro-organismos que apresentam a capacidade de biossorver metais
pesados. Dentre eles, os fungos e as bactrias tm se mostrado bastante eficientes. Para
Gadd (2000), a biossoro utilizando fungos filamentosos torna-se muito promissora na
recuperao de reas degradadas com metal pesado, pois estes apresentam grande
capacidade de adaptao aos metais presentes no solo e ambientes aquticos.
Particularmente, alguns fungos filamentosos, como os dos gneros Aspergillus e
Penicillium e, ainda, leveduras como Saccharomyces cerevisiae, exibem maior capacidade
de remover metais pesados do ambiente, por serem mais resistentes aos metais txicos,
permitindo o seu desenvolvimento em ambientes com altas concentraes destes
elementos. Por este motivo, so mais indicados nos processos de biossoro (BLUMER,
2002).
O presente trabalho pretende contribuir com dados cientficos que possibilitem o
tratamento de reas contaminadas por metais pesados, ampliando os estudos relacionados
com biossoro mediante o emprego de fungos filamentosos.
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2. JUSTIFICATIVA
Atualmente observa-se uma preocupao crescente com a poluio do meio
ambiente, principalmente decorrentes das operaes de grandes indstrias e o descarte
incorreto de seus efluentes. Sendo assim, o interesse por tecnologias que auxiliem nesta
questo so extremamente bem vindas.
Em pesquisas realizadas ao longo de dois anos nos laboratrios do Centro de
Tecnologia Mineral (CETEM/MCTI), sob a orientao da Dra. Judith Liliana Solrzano
Lemos, foi constatado que diferentes espcies de fungos filamentosos apresentavam grande
potencial de remoo para diversos metais. Dentre os fungos estudados, a linhagem
Penicillium corylophilum apresentou melhor capacidade em remover diferentes metais em
soluo aquosa. Por este motivo, este estudo d continuidade remoo de metais pesados
de alta toxicidade, utilizando como agente o fungo filamentoso Penicilium corylophilum,
isolado nos trabalhos anteriores. Cabe enfatizar que no levantamento bibliogrfico
realizado para os ltimos cinco anos, existem vrios estudos que fazem uso de fungos
filamentosos, mas nenhum concernente participao da espcie Penicillium corylophilum
na remoo de metais.
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3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo Geral
Este estudo tem como principal objetivo avaliar a capacidade de remoo de nquel
de solues aquosas sintticas por biossoro pelo emprego do fungo filamentoso
Penicillium corylophilum.
3.2 Objetivos Especficos
Identificar os parmetros significativos na biossoro realizando uma triagem pela
tcnica de planejamento experimental de Plackett & Burman;
Comparar a soro do metal pelo fungo na forma esporulada e vegetativa;
Avaliar a influencia da interao entre metais na biossoro do nquel pelo fungo.
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Cap tulo 2: Revisa o Bibliogra fica
2.1 METAIS PESADOS
Diversos so os resduos gerados pelas indstrias, e cujo descarte se d, na maioria
das vezes, de forma inadequada. Tal fato preocupante visto que muitos desses resduos
contm nveis alarmantes de substncias orgnicas recalcitrantes e/ou metais pesados, uma
ameaa sade dos seres vivos pelo alto grau de toxicidade, e sua bioacumulao na
cadeia alimentar ao contaminar ambientes aquticos e terrestres.
Existem diferentes definies para o termo metal pesado, tambm referendado
como metal txico, metal trao, elemento trao e constituinte trao. O relatrio
tcnico apresentado por Duffus (2002), da Unio Internacional de Qumica Pura e
Aplicada (IUPAC), apresenta uma extensa reviso bibliogrfica que trata das definies de
metal pesado. De acordo com este levantamento, metal pesado qualquer elemento
inorgnico que apresente massa atmica superior a 55 u e massa especfica maior do que 5
g.cm-3
. Entretanto, dependendo do autor, na definio podem ser considerados outros
parmetros tais como propriedades qumicas e, inclusive, grau de toxicidade. As
divergncias entre as definies so ainda nos dias atuais um impeditivo adoo de um
conceito nico.
Alguns metais pesados, em quantidades mnimas, so essenciais vida dos seres
vivos, incluindo os humanos e micro-organismos, pelo seu papel em funes metablicas
especficas (HUGHES; POOLE, 1989). Dentre os metais pesados, tem-se, por exemplo,
cobalto (Co), nquel (Ni), zinco (Zn) e molibdnio (Mo), que so requeridos em
quantidades mnimas, por isso, chamados micronutrientes, embora em maiores
concentraes sejam txicos (VIRGA; GERALDO; SANTOS, 2007).
A biodisponibilidade, mobilidade e toxicidade dos metais, de um modo geral, esto
relacionadas espcie do metal, ou seja, a forma qumica na qual ele se apresenta. Por isso,
ao se avaliar os riscos que envolvem a presena de um metal em determinado ambiente
prioritrio conhecer a sua forma e percentual disponvel para absoro pelos seres vivos,
que por sua vez depende diretamente da sua espcie (BARRA et al., 2000; LEMOS et al.,
2008). Dependendo da espcie metlica, a disponibilidade de absoro do elemento e sua
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20
acumulao pela biota iro variar prejudicando, assim, o ecossistema. Alm disso, a
absoro de metal, a toxicidade e a bioacumulao variam dependendo do organismo, e
podem ser alteradas pelas condies ambientais como temperatura, pH, do oxignio
dissolvido e a presena de outros metais, qualitativamente e quantitativamente
(MORTIMER, 2000).
A contaminao de sistemas aquticos e terrestres por metais txicos um grave
problema ambiental contemporneo (DAS et al, 2012). Certos metais podem provocar
graves problemas por, entre outras caractersticas, apresentarem alto tempo de meia vida, o
que faz com que permaneam ativos no meio ambiente por um longo perodo, e por
possurem alta capacidade de acumulao no corpo humano (JIMENEZ; DAL BOSCO;
CARVALHO, 2004; KORF et al., 2008). Entretanto, segundo Freitas e Melnikov (2004),
nem sempre possvel prever os efeitos da bioacumulao em longo prazo. Por exemplo,
elementos como o cromo, que no se decompem, ou que apresentam baixa
degradabilidade, se acumulam no meio ambiente, sendo transferidos atravs da cadeia
alimentar (MERLINO et al., 2010).
A preocupao mundial com os efeitos nocivos do uso indiscriminado de produtos
qumicos txicos e com o seu indevido descarte no ambiente vem crescendo, resultaram na
criao de diversas normas, estabelecidas em Leis e Decretos, que visam controlar a
emisso de resduos na natureza. Especificamente para metais pesados, as principais fontes
de emisso so, dentre outros, as atividades metalrgicas (CHAOUI et al., 1997), gases
liberados pela queima de combustveis fsseis (GIMENO-GARCIA; ANDREU;
BOLUDA, 1996), fabricao e descarte de baterias (PRASAD; ANDERSON; STEWART,
1995), aplicao de fertilizantes que contenham impurezas, e uso de pesticidas (GALLI;
SCHUEPP; BRUNOLD, 1996).
De acordo com Volesky (2001), os metais que mais representam um risco ambiental
so, em ordem decrescente de toxicidade: cdmio, chumbo, mercrio, cromo, cobalto,
cobre, nquel, zinco e alumnio. Os trs primeiros so os mais prejudiciais tanto ao homem
quanto ao meio ambiente; enquanto cobre, cromo, zinco e nquel afetam os humanos por
contato direto posto que so muito utilizados na fabricao de diversos acessrios.
-
21
2.1.1 Cobre
O cobre usado intensamente na indstria petrolfera (catalisador e branqueador),
tinturaria (mordente) na fabricao de corantes (agente oxidante). O cobre metlico
utilizado na cunhagem de moedas, fabricao de tubos de canalizao e fios, peas
decorativas etc. Tambm tem aplicao como fungicida, na pintura de cascos de navios, de
madeira ou ao; e, como inseticida e aditivo dos solos, para evitar que as deficincias de
cobre afetem as colheitas.
Este elemento desempenha, igualmente, um papel importante no metabolismo dos
seres vivos. Um homem adulto necessita de 2 mg de cobre por dia, estando presente no
corpo humano na quantidade de 100 a 150 mg. A carncia de cobre na dieta pode provocar
anemia, diarreia e distrbios nervosos. Por outro lado, a ingesto excessiva de compostos
como o sulfato de cobre pode causar vmitos, cibras, convulses, e at mesmo a morte
(COBRE-NAUTILUS, 2014).
A produo nacional de cobre se distribui nos estados do Par (52,3%), Gois
(35,9%) e Bahia (11,8%), de acordo com o Departamento Nacional de Produo Mineral
(DNPM/Sumrio Mineral, 2012).
2.1.2 Cromo
Este elemento tem sido amplamente usado em vrios segmentos industriais, como no
processamento do couro pelas indstrias de curtumes, no recobrimento de madeira para
preservao (indstrias de recobrimentos), bem como pelas indstrias produtoras de
amlgamas e pelas de cromagem. Por isso, a poluio associada ao cromo um problema
crescente (RYAN et al., 2002).
O cromo, em quantidades mnimas, um metal essencial para os organismos vivos
(ANDERSON, 1997; CEFALU; HU, 2004), embora possua toxicidade elevada, sendo
perigoso, mesmo em concentraes baixas (20 mg/L) (USEPA, 1998; CHEUNG; GU,
2003).
Na natureza (i.e, na gua e subcamadas do solo), o cromo ocorre em dois estados de
oxidao principais, hexavalente [Cr (VI)] e trivalente [Cr (III)], por serem mais estveis,
na forma de xidos, sulfatos, cromatos, dicromatos e sais bsicos. No estado hexavalente, o
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22
cromo hexavalente mil vezes mais citotxico e mutagnico em comparao ao estado
trivalente (BIEDERMAN; LANDOLPH, 1990). Isto porque o Cr (VI) altamente solvel
e mvel, enquanto o Cr (III) apresenta baixa solubilidade, sendo facilmente adsorvido na
superfcie de minerais.
Em nosso organismo, o cromo encontrado naturalmente na forma de cromo
trivalente (III), que o mais estvel. Portanto, a reduo de Cr (VI) para Cr (III) resulta em
diminuio da toxicidade do elemento (BAGCHI et al., 2002). As diferenas no sistema de
transporte de membranas, na presena do metal, podem explicar a capacidade dessas duas
espcies de cromo de induzir a formao de espcies de oxignio reativo, que causam a
oxidao das clulas epiteliais, lesionando-as. Distintamente do Cr (III), o Cr (VI) induz a
uma toxicidade crnica variada denominada de acordo com a doena causada:
neurotoxicidade, dermatotoxicidade, genotoxicidade, carcinotoxicidade, imunotoxicidade
(BAGCHI et al., 2002).
No Brasil, a produo de cromo ocorre em dois estados: 69% na Bahia e o restante
no Amap (DNPM/Sumrio Mineral, 2012).
2.1.3 Zinco
O zinco considerado um elemento essencial para a sade do ser humano, tendo sido
a sua participao bem documentada em diversos processos metablicos. Contudo, um
constante acmulo deste metal no corpo humano poder ocasionar uma intensa toxicidade
gastrointestinal (WALSH et al., 1994).
O zinco um dos metais mais encontrados nos efluentes das indstrias de
galvanizao, eletrodeposio, chapeamento (por meio de eletrlise), fbricas de baterias e
outras indstrias metalrgicas. Na sua forma metlica, sua biodisponibilidade limitada e
no apresenta nenhum risco ecolgico. Entretanto, o zinco pode reagir com outras
substncias qumicas, como cidos e oxignio, resultando na formao de compostos
potencialmente txicos (RADHIKA; SUBRAMANIAN; NATARAJAN, 2006).
Adicionalmente, o zinco pode se tornar um srio risco sade humana, se ingerido
alm da quantidade diria recomendada pela Recommended Dietary Allowances (RDA)
que de 100 a 300 mg Zn/dia, de acordo com a Food and Nutrition Board (FDB), comit
fundado em 1940, para estudar as questes de importncia nacional e global sobre a
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23
segurana e adequao da oferta de alimentos nos Estados Unidos. Segundo Fosmire
(1990), maiores concentraes de zinco podem ocasionar nusea, vmito, problemas
gastrointestinais, letargia, fadiga e alteraes na resposta imune.
O Brasil dispe de apenas cerca de 1% das reservas mundiais, correspondentes a 2,2
Mt, localizadas no Estado de Minas Gerais (NEVES, 2012). E, apesar de ser bastante
utilizado pelas indstrias automobilstica, de eletroeletrnicos da linha branca, de
fabricao de pilhas, de confeco de zperes, de utenslios de fogo, alm da aplicao nos
setores da agricultura, pecuria, ferrovirio, construo civil, a produo nacional de zinco
vem caindo, sendo menor do que a de outros metais. Segundo dados do DNPM/Sumrio
Mineral (2012), a produo de concentrado de zinco decresceu 6,3%, enquanto o
decrscimo do metal primrio foi de 1,2%, frente mesma base de comparao. A perda
de dinamismo da indstria de zinco pode ser devida moderao da atividade econmica
nacional.
2.1.4 Nquel
O nome nquel deriva da palavra de origem alem kupfernickel, que significa
cupronquel. O nquel foi nomeado pelos alemes no sculo XVII pelo descobrimento do
elemento nicolita. Porm, segundo Silva (2001), antes da era crist, este metal j era
utilizado, pois, foi reportada a existncia de objetos que o possuam em sua composio,
tais como moedas japonesas de 800 a.C. e gregas de 300 a.C., bem como armas.
Estima-se que, na crosta terrestre, o nquel no exceda a proporo de 0,01%, sendo
o vigsimo quarto elemento mais abundante na Terra. Os seus principais minrios so
aqueles que contm sulfetos e silicatos.
De acordo com a sua composio, o minrio de nquel pode ser classificado em dois
tipos principais: sulfetado e latertico (oxidado). Alm do nquel, os minrios sulfetados
possuem em sua composio sulfetos de cobre, cobalto e ferro e ainda, platina, prata e
ouro. Os minrios laterticos possuem teores mdios de nquel em torno de 1,95% e teores
de xido de ferro acima de 24%, alm da presena de cobalto e magnsio (MINERAO
e METALURGIA, 2000; SILVA, 2001).
Dados da Gerncia Setorial de Minerao e Metalurgia de 2000 demonstram que o
nquel utilizado tanto puro como em ligas em quase 300 mil produtos para consumo
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24
(MINERAO e METALURGIA, 2000). Por conta da grande resistncia mecnica
oxidao, nos pases industrializados, cerca de 70% do nquel utilizada na indstria
siderrgica, a maior parte na fabricao de ao inoxidvel; enquanto o restante voltado
para a produo de ligas no ferrosas e galvanoplastia entre outros. As ligas ferrosas com
nquel tem aplicao em material blico, em moedas, na rea de transporte (aeronaves), na
rea de construo civil (SILVA, 2001). Na galvanoplastia, a niquelagem das peas
metlicas com sulfato de nquel garante um acabamento refinado e protetor do metal.
As reservas mundiais de nquel esto distribudas por aproximadamente 20 pases
espalhados por todos os continentes. Em 2009, Cuba era o pas que detinha o primeiro
lugar no ranking das reservas mundiais de nquel, com 17,6% do total, seguida por Nova
Calednia1, com 12%; Canad em terceiro lugar com 11%, enquanto o Brasil aparecia em
10 lugar com 4,5% das reservas (MINERAO e METALURGIA, 2000). Contudo, em
2011, houve um aumento das reservas mundiais de nquel em 15,80% em face de novas
descobertas, tendo a Nova Calednia contribudo na expanso com 60%.
Na produo mundial de nquel de 2011, segundo o Mineral Commodity Summaries
de 2012, a Rssia se destaca (DNPM/Sumrio Mineral, 2012), conforme pode ser
observado na tabela 1. O mesmo cenrio pode ser constatado para os anos anteriores, 2009
e 2010, sendo a Rssia, Indonsia, Filipinas, Canad, Austrlia e Nova Calednia os pases
responsveis por 68,8% da oferta mundial de nquel. Neste perodo, o Brasil vem ocupando
a 7 posio no ranking internacional de produo (Tabela 1).
No Brasil, as reservas de nquel se distribuem pelos Estados de Gois (45,0%), Bahia
(36,3%), Par (11,3%) e Minas Gerais (7,4%) (DNPM/Sumrio Mineral, 2012).
1 Arquiplago da Oceania anexado ao territrio Francs.
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25
Tabela 1. Reserva e produo mundial de nquel
Pases Reservas (10
3t)
1 Produo (10
3t)
2
2011 2009 (r)
2010(r)
2011 %
Rssia 6.000 262.000 269.000 280.000 15,4
Indonsia 3.900 203.000 232.000 230.000 12,6
Filipinas 1.100 137.000 173.000 230.000 12,6
Canad 3.300 137.000 158.000 200.000 11,0
Austrlia 24.000 165.000 170.000 180.000 9,9
Nova Calednia 12.000 92.800 130.000 140.000 7,7
Brasil 8.353 41.059 108.983 124.983 6,9
China 3.000 79.400 79.000 80.000 4,4
Cuba 5.500 67.300 70.000 74.000 4,1
Colmbia 720 72.000 72.000 72.000 3,9
frica do Sul 3.700 34.600 40.000 42.000 2,3
Botsuana 490 28.600 28.000 32.000 1,8
Madagascar 1.600 15.000 25.000 1,4
Repblica Dominicana 1.000 14.000 0,8
Outros pases 4.600 51.700 99.000 100.000 5,5
TOTAL 79.263 1.371.459 1.643.983 1.823.983 100
Fonte: DNPM/Sumrio Mineral -2012. 1Inclui reservas lavrveis em metal contido;
2Dados de produo de Ni contido no minrio;
(r)Dados
revisados.
O nquel uma das principais causas de processos alrgicos, por dermatite,
provocando leses nos locais do contato com os produtos que o contenham em sua
constituio. Por isso, comum haver, por exemplo, vermelhido volta do pescoo
daqueles que usam acessrios feitos com nquel ou alergia no lbulo da orelha provocada
por bijuterias que o contenham em sua composio (SANTOS, 2011).
A sensibilidade ao nquel bastante comum, j que vrios produtos contm esse
metal na sua composio, muitas vezes em quantidade excessiva. Alm dos produtos j
citados, o nquel tambm usado na fabricao de bijuterias, joias, tesouras, pregos,
canetas, pinas, enfim, em uma infinidade de produtos regularmente usados no dia a dia.
Por isso, estima-se que 15% das mulheres e entre 2 a 5% dos homens no mundo so
alrgicos ao nquel, visto ser maior o nmero de mulheres que fazem uso de adornos. Por
sua vez, 30 a 40% das pessoas alrgicas podem desenvolver uma grave inflamao da pele
(MARTINS, 2003).
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26
O nquel metlico e suas ligas, segundo a classificao da Agncia Internacional de
Pesquisa em Cncer (IARC, 2012), so considerados possveis agentes cancergenos para
os seres humanos, Grupo 2B e Grupo 1, respectivamente.
Segundo a CETESB (2012), o nquel lanado no meio ambiente, por fontes naturais
ou por atividades antropognicas, circula pelos ecossistemas aquticos e terrestres, alm de
ser passvel de ser transportado biologicamente, via os organismos vivos. O transporte e
distribuio do nquel particulado entre os diferentes ecossistemas ambientais so
influenciados pelo tamanho da partcula e pelas condies meteorolgicas.
O tamanho da partcula vai depender principalmente da fonte emissora. As partculas
mais finas permanecem por longos perodos na atmosfera; por conseguinte, podem
acarretar problemas sade dos seres humanos e animais. Por outro lado, as partculas
maiores costumam se depositar prximas a sua fonte de emisso e, deste modo, causam
menos danos sade (CETESB, 2012).
A produo de produtos de nquel a principal fonte da contaminao ambiental por
esse elemento. A concentrao de nquel na atmosfera das reas industrializadas por volta
de 120-170 ng.m-3
e de 6-17 ng.m-3
em reas suburbanas (centros urbanos secundrios), se
apresentando na forma de xido, sulfetos, silicatos, compostos solveis e, em menor grau,
na forma metlica. Em vista disso, estudos vm sendo realizados com o intuito de
encontrar procedimentos para uma reabilitao eficiente das reas degradadas (ANDRADE
et al., 2009).
Uma vez que o nquel pode ser encontrado no solo, na gua e no ar, a exposio a
este metal pode ocorrer por qualquer uma destas vias. Alm disso, dependendo da forma
em que o indivduo entrou em contato com o metal, os danos sade sero diferenciados,
desde alergias at cncer de pulmo e seios paranasais.
A principal via de contaminao pelo nquel a respiratria, sendo o metal inalado
principalmente na forma de poeiras de compostos insolveis, de aerossis formados a
partir das solues dos compostos solveis e de vapores de carbonila de nquel. As
atividades mais comuns que acarretam exposio ocupacional ao nquel so a minerao, a
moagem e a fundio dos minrios (CETESB, 2012).
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27
No Reino Unido e Canad, foi relatado um aumento do risco de cncer nos pulmes
e nas vias nasais de trabalhadores que foram constantemente expostos a formas insolveis
de nquel (xido e sulfeto) durante processos de sinterizao, torrefao e calcinao em
refinarias. De forma mais eventual, o risco do aparecimento de carcinomas atribudo
exposio de sais solveis do metal tais como o sulfato de nquel (HEALTH
PROTECTION AGENCY, 2009).
Outro risco est relacionado entrada de contaminantes contendo metais pesados na
cadeia alimentar. Esta questo deve ser analisada e aes preventivas devem ser tomadas,
uma vez que a porta de entrada de metais na cadeia alimentar principalmente atravs do
uso de fertilizantes utilizados nas plantaes, da gua e do solo contaminados
principalmente pela ao do homem. Ateno tambm deve ser dada aos alimentos
consumidos pelos animais de corte, principalmente bovinos. Balsalobre et al. (2011)
afirmam que os alimentos para animais e forragens podem ter quantidades significativas de
contaminantes, dentre eles, os metais pesados txicos que podem causar prejuzos tanto
para o animal quanto para os indivduos que consomem sua carne. O tomate um exemplo
de vegetal que possui uma capacidade muito grande de acumular metais pesados em suas
folhas e frutos, caso sejam cultivados em solos por eles contaminados. Faz parte, portanto,
do grupo de vegetais conhecidos como hiperacumuladores, queles que so capazes de
acumular, em seus tecidos, quantidades muito maiores de contaminantes quando
comparadas com outros vegetais. Esses vegetais possuem genes especficos que fazem com
que eles apresentem maior capacidade de absoro de metais pesados, sem, portanto,
causar nenhum mal visvel para a planta (SILVA, 2010). Dessa maneira, quando um
animal ou um ser humano se alimenta de vegetais deste grupo ou de animais que ingeriram
estes vegetais, h entrada dos metais txicos na cadeia alimentar e em consequncia, todos
os problemas relacionados a esta questo.
Pelos motivos expostos, a presena destes metais no meio ambiente e uma possvel
exposio humana no podem ser desprezadas. Deve-se atentar sempre para os valores
crticos orientadores para cada substncia de modo que esteja enquadrada e evitar que
ultrapasse os limites mximos permitidos em cada ecossistema, e que assim no venha
causar problemas futuros sade da populao.
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28
2.2 VALORES ORIENTADORES
A Constituio Federal Brasileira de 1988, que estabelece diretrizes e princpios da
poltica nacional do meio ambiente, apresenta no captulo VI (Do Meio Ambiente),
artigo 225, a seguir transcrito:
Todos tm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial sadia qualidade de vida, impondo-se ao
Poder Pblico e coletividade o dever de defend-lo e preserv-lo para as
presentes e futuras geraes.
Portanto, a preservao do meio ambiente um dever e um direito de todo cidado.
Deste modo, impulsionado pela crescente degradao do ecossistema, os estados
brasileiros, sobretudo o Estado de So Paulo, estabeleceram diretrizes onde os chamados
valores orientadores norteiam os nveis crticos e aqueles que seriam aceitveis de cada
contaminante tanto no solo quanto nas guas subterrneas.
Em relao ao ecossistema terrestre, a preocupao com a qualidade do solo vem
aumentando a cada ano, uma vez que a sua caracterstica est diretamente relacionada
sade pblica (SNCHES, 2001; SPNOLA, 2011). Para Casarini, Dias e Lemos (2002), o
tema poluio do solo extremamente importante e deve ter especial ateno por parte de
toda a populao. Alm do solo ser um recurso limitado, ele cada vez mais considerado
parte importante do ambiente e, portanto, os problemas em torno da sua crescente poluio,
bem como das guas superficiais e subterrneas, no devem ser negligenciados. As reas
contaminadas (AC) representam grandes riscos, pois, alm de possurem substncias
txicas que podem prejudicar os indivduos se entrarem em contato com a pele ou serem
ingeridas acidentalmente, ainda possuem odores e gases nocivos que podem ser liberados
das reas contaminadas. Tem-se ainda que as substncias txicas podem migrar vindo a
contaminar guas subterrneas e, at mesmo, os lenis freticos ou mesmo se infiltrar em
redes de abastecimento de gua potvel entre outros problemas (SNCHES, 2001;
SPNOLA, 2011).
Na Figura 1 vemos um cenrio tpico de fontes de contaminao do meio ambiente,
tendo como base uma indstria desativada, onde podemos visualizar, de forma mais
evidente, os efeitos da contaminao do solo, das guas superficiais e subterrneas e,
ainda, as vias de propagao desses contaminantes.
-
29
Figura 1. Indstria desativada.
Legenda: Fontes de perigo [1. Vazamento de tanques enterrados e sistemas de tubulao; 2. Valas com
barris enferrujados com resduos txicos;3. Percolao no subsolo de antigos vazamentos;4. Resduos
abandonados lanados sobre o solo]; Cenrios [5. Poluio do solo; 6. Poluio de gua subterrnea; 7.
Percolao de poluentes na gua subterrnea em direo ao rio; 8. Fluxo de poluentes superficial e
subterrneo em direo ao rio; 9. Eroso de resduos slidos txicos em direo ao rio; 10. Deposio de
metais pesados no fundo do rio; 12. Evaporao de solventes txicos; 13. Efeito do ar poludo na vegetao;
Medidas de Identificao de problemas [31. Investigao confirmatria]. Fonte: AHU, Consultoria em
Hidrogeologia e Meio Ambiente, Alemanha (1987) apud SPNOLA (2011).
Pode-se definir, portanto, os valores orientadores como sendo os que fornecem a
informao da qualidade do solo e das guas subterrneas no que diz respeito
concentrao de substncias qumicas presentes nestes ambientes. Por isso, devem ser
utilizados como ferramenta de preveno e controle da contaminao e, ainda, de
orientao para o gerenciamento de reas j contaminadas em investigao (CETESB,
2013).
A Companhia Ambiental do Estado de So Paulo (CETESB) publicou em 2001 a
primeira lista com os valores orientadores para o estado de So Paulo, que englobava, na
ocasio, 37 diferentes substncias. Em 2005, a CETESB publicou uma nova lista, desta vez
contemplando 84 diferentes substncias e definindo como diretrizes trs valores
orientadores para solo e gua subterrnea (CETESB, 2005).
Os valores orientadores definidos pela CETESB so o Valor de Referncia de
Qualidade (VRQ), o Valor de Preveno (VP) e o Valor de Interveno (VI), a saber:
-
30
Valor de Preveno (VP) a concentrao aumentada de determinada substncia
no ambiente, podendo acarretar alteraes prejudiciais qualidade do solo e da
gua subterrnea;
Valor de Interveno (VI) a concentrao elevada de determinada substncia no
meio ambiente onde h risco potencial direto ou indireto sade humana. Para o
solo, foi calculado utilizando-se procedimento de avaliao de risco sade
humana para cenrios de exposio Agrcola- rea de Proteo Mxima APMax,
Residencial e Industrial.;
O Valor de Referncia de Qualidade (VRQ) determinado com base em
interpretao estatstica de anlises fsico-qumicas de diversas amostragens no
local a ser analisado ou em suspeio.
Com base nestes indicadores, pode-se estabelecer uma rea considerada limpa, de
uma rea suspeita de contaminao e, ainda, de uma rea considerada contaminada. Um
ambiente pode ser considerado limpo quando a concentrao de determinadas
substncias for menor ou igual ao valor de ocorrncia natural, sendo esta concentrao
denominada de VRQ (CASARINI, DIAS; LEMOS, 2002). Ainda segundo esse autor, se
aps uma avaliao preliminar, for constatada em uma determinada rea uma suspeita de
que algum contaminante estaria acima do nvel normal recomendado, essa seria
classificada como uma rea suspeita de contaminao. E para que uma rea seja
considerada contaminada, deve apresentar nveis bastante elevados das substncias
contaminantes, o que alm dos riscos intrnsecos poder ser prejudicial sade humana,
havendo a necessidade de uma interveno rpida e eficaz na rea contaminada (AC).
O Quadro 1 apresenta os valores orientadores definidos e publicados pela CETESB
para substncias inorgnicas presentes em solos e em guas subterrneas. Podem-se
observar as concentraes limites nas quais as substncias devem ser encontradas nestes
ambientes especficos.
-
31
Quadro 1. Valores Orientadores para solo e gua subterrnea do Estado de So Paulo
Legenda: (3) - Procedimentos analticos devem seguir SW-846, com metodologias de extrao de
inorgnicos 3050b ou 3051 ou procedimento equivalente. Fonte: Adaptado de CETESB (2005).
Especificamente para o nquel, alvo deste estudo, os valores orientadores que regem
os nveis de concentrao deste elemento para os diferentes ecossistemas, bem como
comentrios e referncias, so apresentados na tabela 2.
-
32
Tabela 2. Valores orientadores para o nquel
Meio Concentrao1 Comentrio Referncia
Efluente 2,0 mg/L VM (Padro de lanamento) CONAMA
430/2011
Solo
30mg/L*
70 mg/L*
100 mg/L*
130 mg/L*
Valor de Preveno
VI cenrio agrcola-APMax
VI cenrio residencial
VI cenrio industrial
CONAMA
420/2009
gua Potvel 0,07 mg/L Padro de potabilidade PORTARIA
2914/2011
gua subterrnea
20 g/L
1000 g/L
200 g/L
100 g/L
VMP (consumo humano)
VMP (dessedentao de animais)
VMP (irrigao)
VMP (recreao)
CONAMA
396/2008
guas doces 0,025 mg/L VM (classes 1, 2 e3) CONAMA
357/2005
guas salinas 0,025 mg/L
74 g/L
VM (classes 1)
VM (classe 2)
CONAMA
357/2005
guas salobras 0,025 mg/L
74 g/L
VM (classes 1)
VM (classe 2)
CONAMA
357/2005
Legenda: 1Nquel total; *Massa seca; APMax = rea de Proteo Mxima; VI = Valor de Investigao; VMP
= Valor Mximo Permitido; VM = Valor Mximo. Fonte: FIT Nquel Ficha de Informao Toxicolgica do Nquel. Fonte: CETESB (2012).
Dessa maneira, o estabelecimento dos valores orientadores para as diferentes
substncias que seriam contaminantes em potencial do meio ambiente se mostra
extremamente necessria, uma vez que permite as agncias ambientais avaliar e monitorar
as possveis contaminaes que possam ocorrer no meio ambiente, fazendo com que aes
preventivas e/ou corretivas possam ser tomadas a tempo de evitar algum prejuzo maior.
Tem-se que salientar que essa medida ainda pouco perto dos problemas que o
Brasil e o mundo vm enfrentando em relao poluio ambiental, sobretudo de solos e
guas, e que leis mais rgidas seriam bem-vindas no intuito de minimizar danos ao meio
ambiente e sade da populao. Assim como uma maior fiscalizao por parte dos rgos
governamentais em controlar se as diretrizes estabelecidas, isto , se os valores
orientadores esto sendo cumpridos a risca.
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33
2.3 BIORREMEDIAO
A Revoluo Industrial aliada ao acelerado crescimento da populao humana
fizeram surgir diferentes fontes de contaminao, elevando os nveis de poluio dos
ecossistemas aquticos, terrestres e atmosfricos. Soma-se a isso, o crescimento
desenfreado e desordenado das grandes cidades, que vem agravando, cada vez mais, os
problemas ecolgicos e de sade pblica, que em alguns lugares j crtica.
Se por um lado a industrializao gerou vrios benefcios para a humanidade, em
contrapartida tem contribudo maciamente na deteriorao quer dos ambientes quer da
sade do homem e demais seres vivos, pela gerao de rejeitos e emisso de gases com
diversos tipos de contaminantes. Dentre as indstrias potencialmente poluentes, se
destacam a metalrgica e a mineradora que introduzem metais pesados, contaminantes de
elevada toxicidade para um grande nmero de organismos, mesmo em baixas
concentraes (GUELFI, 2001).
A conscientizao das sociedades em todo o mundo, aliada a polticas ambientais
cada vez mais restritivas, tm incentivado a comunidade cientfica na busca por estratgias
eficientes e de baixo custo para emprego na descontaminao das reas j degradadas. A
inteno melhorar a qualidade de vida em curto prazo e, ao mesmo tempo, contribuir
para o bem estar das geraes futuras.
Existem inmeras maneiras de eliminar ou reduzir contaminantes no meio ambiente,
dentre elas, o processo de biorremediao, interessante do ponto de vista econmico
quando comparado com outras formas de tratamento que utilizam processos fsico-
qumicos como o de floculao e eletrlise (PINTO et al., 2003). O principal propsito da
biorremediao estimular a ocorrncia dos processos biolgicos de reciclagem de
compostos de interesse, quer orgnico quer inorgnico (DIAS, 2000).
Os micro-organismos, tanto fungos quanto bactrias, se mostram bem eficientes no
tratamento de reas impactadas por rejeitos com elevado nvel de contaminantes txicos,
sendo necessrio apenas estabelecer as condies nutricionais e ambientais favorveis ao
seu metabolismo, e aproveitando da sua capacidade inerente de resistncia aos metais.
Dentre as vantagens que tornam os micro-organismos importantes para o tratamento de
resduos podem ser citados: crescimento acelerado, tolerncia a condies ambientais
extremas e, em geral, com baixo custo de cultivo (SIMES; TAUK-TORNISIELO, 2005).
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A biorremediao engloba diversas tecnologias de tratamento que podem variar de
acordo com o local, o tipo de contaminante, a constituio do solo, entre outros. A tcnica
a ser utilizada deve ser escolhida primariamente com base em informaes sobre a rea
impactada, a fim de minimizar quaisquer problemas que possam vir a acontecer durante a
interveno. De acordo com o tipo de tratamento a ser empregado, as tcnicas de
biorremediao, em um primeiro momento, podem ser classificadas em in situ e ex situ.
Tais tcnicas so assim classificadas levando em conta o tipo de poluente, os custos de
todo o processo e, sobretudo, a concentrao final do contaminante ao trmino do
tratamento (OLIVEIRA, 2008).
Na biorremediao in situ, o processo de descontaminao ocorre no local a ser
tratado. As tcnicas in situ geralmente envolvem o aumento da atividade microbiana local
pelo condicionamento da rea degradada, que pode ser feito, dependendo do caso, por
adio de nutrientes, ajuste de pH, controle da umidade e da disponibilidade de oxignio,
de modo a propiciar as condies favorveis para degradao biolgica dos componentes
txicos. Como principais tecnologias relacionadas biorremediao tm-se: bioaumento,
bioestmulo, bioventilao e fitorremediao (FERRARI, 1996; BOOPATHY, 2000;
MARTINS et al., 2003).
Quando a biorremediao conduzida ex situ, o solo a ser tratado dever ser retirado
do local e transportado, adequadamente, para no causar a contaminao de outras reas,
at a unidade onde ocorrer o tratamento. Assim, haver a necessidade de remoo do
material contaminado, geralmente por escavao para solo ou com bombeamento no caso
de gua. Este tipo de tratamento, em geral, envolve o uso de biorreatores e de mecanismos
que possibilitem o controle dos parmetros mais importantes do processo de remediao
(FERRARI, 1996; BOOPATHY, 2000; MARTINS et al., 2003).
As tecnologias in situ e ex situ podem ser praticadas para o tratamento de reas
impactadas com os mais diversos tipos de contaminantes, como petrleo e derivados e
efluentes domsticos e industriais, no contexto do presente trabalho, qualquer material que
contenha metais pesados.
Quando a remoo de metais o foco do tratamento, mais apropriado o termo
biossoro j que os elementos inorgnicos no sofrem degradao como ocorre para as
substncias orgnicas, tais como hidrocarbonetos e pesticidas (SPROCATI et al., 2006).
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No caso de ons metlicos, a biossoro possibilita a sua imobilizao por intermdio
de micro-organismos, plantas ou produtos biolgicos (como enzimas), de modo a eliminar
ou, pelo menos, reduzir a sua concentrao conforme estabelecido pela legislao vigente
para estes poluentes (SPROCATI et al., 2006).
2.4 BIOSSORO
2.4.1 Acumulao de metais por micro-organismos
Em artigo publicado em 1993 por Geoffrey M. Gadd, importante especialista no
tema, foi proposta a seguinte definio para biossoro:
O termo biossoro usado para abranger a captao/absoro de metais por toda a biomassa, tanto viva quanto morta, atravs de mecanismos fsico-
qumicos tais como adsoro ou troca inica.
A definio atualmente usada mais abrangente, porm, tem como base os mesmos
princpios. Segundo Volesky (2001), biossoro o processo que emprega biomassa
vegetal ou microbiana, para reteno, recuperao ou remoo de metais pesados de um
ambiente lquido.
Segundo a Resoluo do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) n 314
de 2002:
... podemos entender como remediador todo produto, constitudo ou no por micro-organismos, que destinado recuperao de ambientes e
ecossistemas contaminados, tratamento de efluentes e resduos,
desobstruo e limpeza de dutos e equipamentos atuando como agente do
processo fsico, qumico e biolgico ou combinados entre si.
A biossoro tem por caracterstica a capacidade dos metais de se ligarem a diversos
materiais biolgicos, tais como algas, leveduras, bactrias e fungos filamentosos
(VEGLIO; BEOLCHINI, 1997). Clulas vivas ou mortas so capazes de acumular metais,
apresentando, porm, diferenas nos mecanismos envolvidos em cada caso, dependendo
fortemente do seu metabolismo (GADD; WHITE, 1990).
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Segundo Pino e Torem (2011), os materiais de origem biolgica (biomassas) para
serem empregados como biossorventes devem apresentar, dentre outras, as seguintes
caractersticas: capacidade de adsorver ons metlicos dissolvidos; seletividade frente a
diferentes espcies metlicas; ser passvel de regenerao e ter baixo custo. Diferentes
materiais so citados pelos autores: micro-organismos (bactrias, microalgas e fungos),
vegetais macroscpicos (algas, gramneas e plantas aquticas) e partes ou tecidos
especficos de vegetais, subprodutos agrcolas ou industriais (cascas, bagao, sementes).
Cada caso um caso, isto , para indicar um biossorvente como efetivo, h que se
considerar a espcie metlica bem como a composio do efluente a ser tratado, o pH do
ambiente (soluo), e o sistema operacional que se pretende usar.
A soro do metal pelo micro-organismo pode ocorrer naturalmente pelos seguintes
mecanismos, de forma isolada ou combinada: complexao (coordenao ou quelatao
dos metais); troca inica; adsoro ou microprecipitao inorgnica. Qualquer que seja o
mecanismo de ao microbiana, a imobilizao de uma ou mais espcies metlicas pode
ser rpida e eficiente (BARROS et al., 2005).
O processo de biossoro envolve duas fases: uma denominada fase slida
(biossorvente) e outra denominada fase liquida (solvente, normalmente gua) que contm
uma espcie dissolvida que o adsorvato (i.e., ons metlicos). Deve existir uma afinidade
eletrosttica entre o biossorvente e o adsorvato, de modo a haver uma atrao. Este
processo continuo, at que ocorra o equilbrio entre a concentrao do adsorvato
dissolvido em soluo e a concentrao do adsorvato presente no biossorvente
(concentrao de equilbrio) promovida pela saturao do adsorvato sobre o biossorvente.
A relao entre o biossorvente e o adsorvato determina a distribuio do metal entre a fase
slida e a liquida. A qualidade do material biossorvente classificada pela capacidade de
atrao e reteno do adsorvato (KRATOCHVIL; VOLESKY, 1998).
A biossoro ainda pode ocorrer de duas maneiras: (i) adsoro, que independe de
energia e que, portanto, ocorre de forma passiva, sem que haja atividade metablica,
(KAPOOR; VIRARAGHAVAN, 1999); e (2) denominada absoro ou bioacumulao,
quando dependente de gasto energtico e da atividade metablica (STRANDBERG;
SHUMATE; PARROT, 1981). Na tabela 3 so mostrados alguns exemplos citados na
literatura cientfica sobre a biossoro de metais por diferentes espcies fngicas.
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Tabela 3. Lista de fungos utilizados para biossoro de metais
Fungo Metais Referncia
Aspergillus flavus Pb, Cu, Zn Akar; Tunali (2006); Faryal et al. (2006)
A. foetidus Cr Prasenjit; Sumathi (2005)
A. fumigatus Zn Faryal et al. (2006)
Aspergillus sp. Cd e Cr Ahmad et al. (2005); Fukuda et al. (2008)
Penicillium chrysogenum
Cd, Cu, Pb,
Th, U Zn
e Cr
Holan; Volsky (1995); Niu et al. (1993);
Pazouki et al. (2007); Skowronski et al.
(2001); Su et al. (2003); Tan; Cheng
(2003); Tsezos; Volesky (1981)
P. cyclopium Cu Ianis et al. (2006)
P.janthinellum Cr Kumar et al. (2008)
Penicillium sp. Co e Cr Fukuda et al. (2008); Pal et al. (2006)
Rhizopus arrhizus
ou R. oryzae
Cu, Th, U,
Zn, Cr
Bhainsa; DSouza (2008); Subudhi; Kar (2008)
Aspergillus nger, A. sydoni,
P. janthinellum e
Trichoderma viride
Ni, Zn, Cr e Cd Kumar et al., (2012); Pallu (2006)
Inonotus hispidus As Tsezos; Volesky (1981)
Fonte: Adaptado de Martins (2009).
2.4.2 Acumulao extracelular
Na acumulao extracelular, tambm conhecida como adsoro, os ons metlicos se
ligam parede celular dos micro-organismos. Neste caso, como dito anteriormente, no h
gasto energtico e o processo realizado independente dos micro-organismos estarem ou
no realizando suas funes vitais. A independncia do metabolismo ocorre pelo fato de
no ser necessrio um gasto energtico por parte da clula microbiana, para que haja
captao dos ons metlicos. Portanto, neste caso, a remoo pode ocorrer usando tanto
clulas vivas quanto clulas mortas (GADD, 1992).
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Praticamente todo material biolgico possui afinidade por metais, inclusive txicos, e
radionucldeos. Em geral, a parede celular dos micro-organismos possui diversos
componentes que se ligam aos metais, contribuindo, assim, para o processo de adsoro.
Alguns mecanismos pelos quais os metais interagem com a parede celular j foram
estabelecidos. Por exemplo, diversas biomolculas presentes na parede celular funcionam,
especificamente, como ligantes de metais e, portanto, a adsoro induzida pela sua
presena (GADD, 1993). Segundo este autor, estas molculas intermediam a ligao dos
micro-organismos aos metais como, por exemplo, a melanina fngica, que pode ter sua
produo aumentada quando a cultura exposta a concentraes subletais de metais
txicos, aumentando as taxas de adsoro.
Muitos fungos possuem uma quantidade elevada de quitina em sua parede celular, e
esse polmero de N-acetilglicosamina um efetivo biossorvente de metais e
radionucldeos. Do mesmo modo, alm dos polissacardeos e mucopolissacardeos
constituintes da parede celular, substncias polimricas extracelulares (EPS, do ingls
extracellular polymeric polyssacharides), e algumas protenas produzidas por alguns
micro-organismos apresentam grande potencial de ligao com metais txicos (GADD,
1993).
As ligaes caractersticas do fenmeno de adsoro ocorrem, principalmente,
segundo Bandeira (2007), por influncia das foras de Van der Waals e so, portanto, de
natureza essencialmente fsica. Porm, por no serem ligaes fortes, a adsoro pode ser
facilmente revertida. Em alguns sistemas, foras adicionais ligam as molculas adsorvidas
superfcie do slido. Nestes casos, as foras so de natureza qumica e envolvem a troca
ou o compartilhamento de eltrons, ou possivelmente molculas formando tomos ou
radicais. Em tais casos, o termo quimiossoro usado para descrever o fenmeno e
restrito somente a uma camada de molculas na superfcie, embora possa ser seguida por
camadas adicionais de molculas fisicamente adsorvidas.
Dependendo do tipo de ligao, a adsoro pode ser definida como especfica e no
especfica. De forma geral, os ons adsorvidos por meio de ligaes covalentes ou inicas
so mais fortemente retidos, e o fenmeno chamado de adsoro especfica. Quando a
interao entre os ons e as partculas ocorre por foras fsicas, como a de Van der Waals,
tem-se a adsoro no especfica.
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2.4.3 Acumulao intracelular
Os metais, de uma maneira geral, so importantes para a realizao dos processos
vitais dos micro-organismos. Alguns deles como o cobre e o zinco so considerados
nutrientes essenciais e so usados como catalisadores de reaes bioqumicas,
estabilizadores de protenas e mantenedores do equilbrio osmtico da clula (JI; SILVER,
1995). O cobre, por exemplo, um elemento essencial para a sobrevivncia das bactrias e
fungos do solo, mas pode se tornar txico quando a concentrao excede 750 mg/g
(BATH, 1989). Em consequncia, a clula deve ter meios de carrear para dentro os
elementos de interesse para suas funes metablicas.
A acumulao intracelular de metais, processo tambm denominado absoro, resulta
da interiorizao dos elementos mediada por ATP; portanto, a clula deve estar
metabolicamente ativa. No entanto, a atividade metablica celular pode resultar na gerao
de metablitos que por sua vez podem causar a alterao de alguns fatores tais como pH,
potencial redox (Eh), e concentrao de substncias orgnicas e inorgnicas, intra e
extracelularmente, e que, por conseguinte, poder interferir no processo de biossoro
(TING; LOWSON; PRINCE, 1989; GADD, 1990). Os mecanismos de transporte
envolvidos na acumulao intracelular de metais pesados so pouco conhecidos. Uma das
possibilidades relacionadas ao acmulo de metais seria a de que os metais pesados podem
ser captados via sistemas de transporte de membrana, que so essenciais para o
desenvolvimento microbiano. Uma vez dentro das clulas, e dependendo do elemento
metlico e do micro-organismo, as espcies metlicas podem se ligar a protenas, que leva
a sua precipitao, ou se inserir em estruturas ou organelas celulares (GADD, 1992;
ECCLES, 1995; GADD, 2004). A figura 2 mostra um esquema sobre os mecanismos de
interao entre metais e clulas microbianas.
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Figura 2. Representao de interaes entre metais e micro-organismos.
Fonte: Birch; Bachofen (1990).
As interaes relacionadas complexao so aquelas em que um agente, chamado
complexante, se liga ao on metlico no meio ambiente, com formao de um complexo,
que atravs do transporte via membrana poder realizar diferentes rotas. Para Bezerra,
Takiyama e Bezerra (2009), as reaes de complexao so as que tm maior significncia,
pois esto diretamente relacionadas com a geoqumica dos ons metlicos, podendo
modificar a sua solubilidade, carga e potencial redox. Essas mudanas podem, ainda,
influenciar a biodisponibilidade, transporte e migrao dos metais nos ecossistemas
aquticos, por exemplo. A grande importncia qumica dos agentes complexantes em
sistemas biolgicos se baseia na sua capacidade potencial de alterar o estado fsico dos
metais em soluo (BIRCH; BACHOFEN, 1990).
Nem todas as espcies catinicas podem ser acumuladas dentro das clulas, e quando
possvel, o fenmeno vai depender da sua afinidade e especificidade. Alm disso,
comparativamente ao mecanismo de adsoro fsico-qumico, a remoo de ons metlicos
pela acumulao intracelular usualmente mais lenta que. Mas, em contrapartida, maiores
quantidades de metal podem ser acumuladas (GADD, 2001).
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2.5 FUNGOS E A BIOSSORO DE METAIS
Mundialmente, j foram descritas mais de 99.000 espcies de fungos (KIRK et al.,
2008), das quais cerca de 13.800 foram tambm isoladas no Brasil, o que corresponde a
aproximadamente 14% da biodiversidade global at recentemente descoberta
(LEWINSOHN; PRADO, 2006)
Os fungos so ubquos, o que permite que sejam isolados dos mais variados habitat
em todo o planeta, na forma esporulada ou vegetativa, de vida livre ou em associao com
algas (MAIA; JUNIOR, 2010). Na biosfera, a maior diversidade de fungos encontrada no
solo. Isto se deve ao fato de serem organismos heterotrficos e o solo, em geral, conter
grande quantidade de matria orgnica, tanto de origem animal quanto vegetal, tornando-se
uma fonte inesgotvel de nutrientes, prpria para o desenvolvimento dos micro-organismos
em geral, e em especial para os fungos (ROITMAN; TRAVASSOS; AZEVEDO, 1991;
SILVEIRA, 1995).
No solo, os fungos se encontram desde a superfcie at uma profundidade que varia
de 15 a 20 cm. De fato, os fungos e as bactrias constituem a maioria da microbiota deste
habitat; e, em se tratando de solos cidos e ricos em matria orgnica, o nmero de fungos
pode ser bem maior do que o das bactrias (SILVEIRA, 1995).
Em 1957 foram catalogadas 690 espcies pertencentes a 170 gneros de fungos
oriundos do solo (GILMAN, 1957 apud ROITMAN; TRAVASSOS; AZEVEDO, 1991).
Desde ento, muitas novas espcies fngicas foram isoladas do solo, sendo os gneros
mais frequentemente encontrados: Mucor, Penicillium, Trichoderma e Aspergillus,
seguidos por Rhizopus, Zygorhynchus, Fusarium, Cephalosporium e Verticillium
(ROITMAN; TRAVASSOS; AZEVEDO, 1990; SILVEIRA, 1995).
Os fungos apresentam diversas caractersticas biolgicas que os transformam em
organismos de atividade indispensvel no ambiente. A ateno dispensada a estes micro-
organismos vem aumentando a cada ano, uma vez que so descobertos novos usos para sua
biomassa ou produtos por eles gerados. A figura 3 mostra algumas das aplicaes dos
fungos nos mais variados setores.
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Figura 3. Principais benefcios proporcionados pelos fungos.
Fonte: PUTZKE; PUTZKE (2002).
De acordo com a vasta literatura sobre o tema, fungos filamentosos e leveduras tm
mostrado, ao longo dos anos, excelentes caractersticas biossortivas. Estes micro-
organismos possuem, entre outras vantagens, alta velocidade de reproduo, e sntese de
elevada quantidade de material celular (biomassa), bem como podem ser manipulados
geneticamente, o que pode intensificar o seu poder de biossoro. Adicionalmente,
considerando o intensivo emprego de fungos em bioprocessos industriais, poder-se-ia usar
as biomassas fungicas por eles geradas como agentes biossorventes, contribuindo para a
sustentabilidade do planeta. Por exemplo, estes micro-organismos so utilizados na
produo de cidos orgnicos, como glico, ctrico e kojik, como tambm de enzimas
como amilases e lipases (KAPOOR; VIRARAGHAVAN, 1995). Segundo Waihung
(1999), a utilizao de biomassa residual na biossoro de metais pode gerar um ganho nos
rendimentos para a indstria, uma vez que reduz os custos relacionados com a disposio
dos rejeitos slidos.
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Arajo e Lemos (2002) isolaram oitenta linhagens de fungos filamentosos de solo
contaminado com 5% (m/m) de petrleo, das quais 75% apresentavam capacidade de
degradar hidrocarbonetos. Os quatro gneros preponderantes foram: Aspergillus,
Penicillium, Paecilomyces e Fusarium.
Outro estudo mostrou a capacidade de cinco espcies fngicas - Aspergillus niger, A.
versicolor, Penicillium corylophilum, P. chrysogenum e Saccharomyces cerevisiae em
sorver metais pesados (FARIAS; LEMOS, 2008). Todas as linhagens foram
potencialmente efetivas na biossoro dos metais testados (cobre, zinco e mangans),
destacando-se A. versicolor. Volesky e Holan (1995) e Kapoor e Viraraghavan (1995),
tambm comprovaram a eficcia de algumas espcies fngicas como Rhizopus arrhizus,
Absidia orchidis, Aspergillus niger, Penicillium nonatum, P. chrysogenum e
Saccharomyces cerevisiae na remoo de metais como urnio, trio, chumbo, ouro, cobre e
cdmio, entre outros, de efluentes contaminados.
Price, Classem e Payne (2001), trabalhando com rejeito lquido da suinocultura,
contendo elevados teores de cobre e zinco, observaram que os metais podiam ser
acumulados em nveis fitotxicos em solos utilizados na agricultura. No estudo,
Aspergillus niger foi apontado como o de maior potencial de biossoro.
No estudo de Lpez e Vzquez (2003), uma linhagem de Trichoderma atroviride,
obtida de uma usina de tratamento de gua, localizada em Madrid (Espanha), foi usada
pela sua capacidade de captao de metais pesados e pela sua potencial tolerncia a cobre,
zinco e cdmio. Foi mostrado que esse fungo capaz de sobreviver em altas concentraes
de metais, aparentemente, como resultado da seleo natural de clulas resistentes. O
crescimento do fungo e o potencial de captao foram avaliados para um nico ction, bem
como para combinaes de dois ou trs elementos, de modo a estabelecer as interaes
sinrgicas e antagnicas.
A remediao de metais pesados de solos, guas de superfcie e subterrneas pode
ser mais efetiva pelo emprego de biossurfatantes de origem microbiana (CHRISTOFI;
IVSHINA, 2002). Prata, Lemos e Barros (2008) determinaram a capacidade produtiva de
linhagem de P. corylophilum na sntese de substncia com propriedade tensoativa. Em
funo do baixo ndice de emulsificao, de apenas 5,5%, e da reduo da tenso
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44
superficial da gua de 72 mN/m para 31,4 mN/m, foi sugerido ser o biossurfatante um
glicolipdeo ou um lipopeptdeo.
O cenrio apresentado permite indicar o uso de micro-organismos, especialmente de
fungos filamentosos, como alternativa no tratamento de reas impactadas com metais
pesados. Como tambm possvel indicar, dentre as inmeras espcies de fungos
existentes, o emprego das espcies do gnero Penicillium, em particular P. corylophilum,
como agente biorremediador. Fungos do gnero Penicillium, pertencentes famlia
Trichocomaceae e ao filo Ascomicota, esto amplamente distribudas no ambiente. No
caso especfico de P. corylophilum, foi relatado seu isolamento de material em
decomposio, solo, gros de cereais e ambientes com baixa umidade (SILVA et al., 2006)
O levantamento bibliogrfico realizado deixa patente a importncia da busca por
estratgias que possibilitem a regenerao de reas contaminadas com metais pesados. A
adoo de medidas do interesse da sociedade civil, do governo, e de vrias indstrias que
esto engajadas a propostas mais sustentveis.
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Cap tulo 3: Materiais e Me todos
3.1 MICRO-ORGANISMO
Foi utilizada a linhagem do fungo Penicillium corylophilum CCFIOC 4297, isolada
de solo contaminado pela Dra Liliana Solrzano Lemos e que atualmente pertence
Coleo de Culturas de Fungos Filamentosos (CCFF) do Instituto Oswaldo Cruz / Fiocruz,
RJ, sob a coordenao da Dr Maria Inez de Moura Sarquis, onde est sendo mantida na
forma liofilizada (Figura 4).
Estudos prvios realizados sob a orientao da Dra Liliana Lemos no CETEM
revelaram a capacidade desta cultura fngica como biossorvente de metais.
Figura 4. Linhagem liofilizada do fungo Penicilll