BIORREMEDIAÇÃO DE SOLOS – ESTADO DA ARTE

SOIL BIOREMEDIATION – STATE OF THE ART

Fermiano Martins Fernandes, Giseli Zamberlam de AlcântaraAdesol Produtos Químicos Ltda. São Paulo, SP. Email:vendas@adesol.com.br

SumárioA utilização de Tecnologias Inovativas de Tratamento (ITT’s) contempla, em suasformas mais variadas, a utilização de Biorremediação. Por biorremediaçãoentende-se o uso de microrganismos, indígenos ou não, para a degradação decontaminantes orgânicos. Estes microrganismos “quebram” esses compostosorgânicos visando utilizá-los como fonte de alimento. Os produtos oriundos destadegradação são tipicamente CO2 e H2O. Oxigênio e nutrientes, tais como fósforoou nitrogênio, podem ser empregados para implementar o processo debiodegradação.

O processo de biorremediação de solos compreende a utilização datecnologia na camada abaixo da lâmina aparente (subsuperfície), incluindo zonavazodica situada acima do lençol freático. Nesta subcategoria de aplicação dabiorremediação vários microrganismos, dentre eles bactérias, fungos e lêvedos,bem como nutrientes e fonte de oxigênio são injetados através de orifícios no solo.Geralmente é requerida a mistura da subsuperfície, e o solo deve serrelativamente permeável. A escavação do solo para tratamento em localespecífico (ex. reatores, lagoas) utilizando nutrientes e/ou aeração, oucompostagem e landfarming completam o rol de subcategorias descritas pelaU.S.EPA.

Pesquisas efetuadas em bancos de dados, U.S.EPA Visitt 5.0 dentreoutros, relacionam a existência de 24 empresas que atuam na área debiorremediação de solos, utilizando como recursos tecnológicos a aplicação demicrorganismos não indígenos, nutrientes, oxigênio, enzimas, aceptor elétrico evapor, associados entre si ou não, para a remediação de sítios contaminados.

Mercado Mundial

O mercado mundial de aplicação de modelos denominados biorremediaçãosegue uma rota direcionada pelas agências ambientais dos próprios países(Broetzman 1996, Broetzman et al. 1997, Jennings 1997, Glass et al.1997, Parkerand Islam 97, Hadley et al. 1997, Fernandes 1998) que se utilizam das ITT’s. Ésabido que o maior mercado mundial na área de remediações é o norte-americano, responsável por 35 a 40% do mercado, sendo o mesmo detentor domais completo modelo de controle ambiental em execução.

Segundo levantamento realizado pela USEPA, em seu estudo denominado“Innovative Technology Evaluation Report” (1995), mais de 95,0% dos processosde biorremediação são empregados para descontaminação de solos e águassubterrâneas.

Tabela 1. Mercado mundial de biorremediação (1994-2005) em milhões dedólares.

1994 1997 2000 2005USA 160-210 220-270 400-500 500-700

Europa 105-175 180-270 450-550 600-800Mundo 430-460 500-600 1,000-1,300 1,300-1,600

Estimativa dos Autores

Considerando o exposto anteriormente, e segundo modelo difundido pelasagências ambientais norte-americanas (Task Group, 1996), faz-se necessáriosalientar que a execução de estudos de tratabilidade (Tabela 2), em qualquerescala de aplicação para a remediação específica, deverá precederobrigatoriamente sua aplicação em escala de campo.

Tabela 2. Resumo dos Estudos de Tratatabilidade

Teste/Parâmetros

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de

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Velocidade consumo de O2 * * *Biodegradabilidade de Compostos

Alvo* * * * * *

Efeitos de Nutrientes * * * * * *Percentage de Remoção de

Material Orgânico* * * * *

Eficiência de Remoção * * *Compostos Alvos (ppm) * * *

Toxicidade EC50 *Concentração Toxica *

Choque de Carga *Eficiência de Remoção em Curto

Tempo* *

Parâmetros de Design paraSistemas

*

Constante Cinética *Avaliação da Qualidade do Efluente *

Configuração de Sistemas *Configuração de Tipos de Sistemas *

Efeitos de Condição Hidráulica *

Biorremediação com injeção de Nutrientes

O design de aplicação deste modelo se baseia na introdução de nutrientes(micro e macro), associados ou não a aceptor tipo oxigênio, via infiltração emgalerias e/ou buracos (Figura 1). Esta forma de tratamento atua no controlehidráulico do sistema de biodegradação prevendo a migração dos nutrientes pelosítio a ser descontaminado. Este modelo de tratamento contempla em suas mais

variáveis formas a aplicação ou não de microrganismos específicos, bem como acombinação de uma, ou mais formas disponíveis de biorremediação “In situ”.

Figura 1. Modelo esquemático de biorremediação com nutrientes e/oumicrorganismos.

Biorremediação com microrganismos não indígenos

A utilização deste modelo, com população nativa ou não, no processo debiorremediação resume-se na aplicação de bactérias e fungos que utilizam oscontaminantes orgânicos do sítio como fonte de alimento. Uma vez comprovada acapacidade oxidativa de uma determinada cepa, ou ainda da combinação devárias cepas, deve-se adotar modelo de estudo em microcosmo (Tabela 2) paraverificação do potencial de adaptação/competição para com a microbiota nativa,comparando-se os resultados e a cinética obtida neste estudo. Também nestemodelo podemos contemplar a utilização de fontes complementares de nutrientes,agentes químicos além da injeção de ar e/ou oxigênio.

Biorremediação com aplicação de enzimas extracelulares ebioemulsificantes/surfactantes

A utilização de enzimas, bioemulsificantes, surfactantes e outros agentessão considerados facilitadores ao desenvolvimento da microbiota existente no solocontaminado com resíduos. O implemento na atividade microbiana se dá mediantea presença de contaminantes orgânicos parcialmente oxidados pela adiçãoquímica efetuada no sítio. Estes elementos são adicionados ao solo contaminadovia veículo líquido (água) sendo possível a utilização de sistemas aeróbios e/ouanaeróbios (Figura 2) mediante a exigência da microbiota existente. Estes agentesnão devem apresentar características tóxicas, à qualquer nível trófico, além deserem biodegradáveis. Via de regra pode-se utilizar outros modelos de

biorremediação, do tipo bioventilação, “Air Sparging”, extração a vácuo comoprocessos coadjuvantes e/ou aceleradores do processo químico.

Figura 2. Modelo de biorremediação com adição de agentes químicos.

Fitorremediação

Neste processo empregamos plantas para descontaminar sítios com resíduosquímicos orgânicos em sua porção superficial. Áreas contendo plantasapresentam uma biodegradabilidade mais acelerada e completa se comparadacom áreas não plantadas devido à:

- Expansão da população ativa dos microrganismos no solo (rizosfera) que seutilizam da fração “exudata” das raízes como fonte de alimento.

- O exudato das raízes também estimula transformações cometabólicas, assimsendo, muitos contaminates são degradados via estimulação da microbiotapela presença do exudato.

- Algumas plantas produzem enzimas que transformam metabolicamente oscontaminantes orgânicos contribuindo desta forma para sua oxidação maisrápida pelos microrganismos presentes no solo.

Biorremediação com aplicação de ar - modelos Air Sparging e Bioventilação

A eficácia deste modelo reside na capacidade que a mesma apresenta deestar em contato direto com a massa do contaminante. A tecnologia de “AirSparging” é um importante meio de remoção, através de volatilização, da massado contaminante e sua destruição “In situ”. O vapor utilizado na camada logoacima do lençol freático, sob a forma de pressão positiva, “empurra” os

contaminantes do solo para a atmosfera, sendo então estes gases “aprisionados”e tratados mediante emprego de sistema biológico e/ou físico-químico (Figura 3).O modelo de biorremediação contemplado na bioventilação se constitui dautilização do mesmo procedimento descrito para o sistema anterior, entretantosem a adição de vapor. A aplicação de ar e/ou oxigênio puro, à camada desubsuperfície, estimula o crescimento da população existente (Figura 3)resultando na redução, via potencial oxidativo da microbiota, dos contaminantesno sítio. Vale a pena lembrar que esta tecnologia pode contemplar a aplicação domodelo com nutrientes e demais modelos descritos anteriormente.

Figura 3. Biorremediação por ventilação

Biorremediação eletroquímica e eletrosmótica

O modelo de biorremediação eletrosmótica se baseia nos princípios daosmose reversa, ou migração eletroquímica, para iniciar ou implementar oprocesso de biorremediação “In situ”. Este mecanismo produz uma aceleração dofluxo de água subterrânea ao solo arenoso proporcionando amovimentação/migração dos fatores biológicos da interface do lençol freático paraa área contaminada acelerando o evento migratório natural, implementando aeficiência do processo de biodegradação natural.

No modelo de migração eletroquímica o princípio utilizado é o de dispersãode campo elétrico disponibilizando nutrientes orgânicos de forma uniforme paratoda a microbiologia, disponibilizando o contaminante/alimento de maneirauniforme à microbiota existente no solo contaminado.

Biorremediação “In situ”

Como a própria expressão diz, a biorremediação “In situ” visa tratar o solono local de contaminação utilizando-se de tecnologias que vão desde a introduçãode oxigênio e nutrientes até a adição de organismos selecionados para cada tipode contaminante - organismos não indígenos -, controlando sempre as condiçõesde temperatura, umidade e pH (fatores considerados limitantes para se obter bonsresultados de remoção dos contaminantes).

As limitações cruciais para a biodegradação “In situ” de hidrocarbonetos,por exemplo, e outros contaminantes orgânicos são supridas por doadores deelétrons e nutrientes como nitrogênio e fósforo; contudo, a biodisponibilidade e avariabilidade espacial são também considerações importantes. A injeção de H2O2

em superfície de sedimentos contaminados tem sido usada com sucesso parasítios para estimular a biodegradabilidade “In situ” de hidrocarbonetos.

O fato de que a atenuação dos contaminantes por microrganismosindígenos pode ocorrer sem qualquer manipulação ainda é contemplado. Emalgumas situações deve ser mais econômico permitir à biorremediação ocorrernaturalmente para o sacrifício das grandes taxas de remoção e maior efetividadeque encontrada com a adição de aceptores de elétrons e outros nutrientes(Fredrickson et al, 1993).

Têm sido dado ênfase ao desenvolvimento da biorremediação “In situ”denominada bioventilação (Figura 4) e extração de vapores para a zona nãosaturada, e “Air Sparging” para a zona saturada. Em geral estas e outras técnicasencontram-se associadas à injeção de nutrientes e ajustes de pH (Spilborgs &Casarini, 1998).

Figura 4. Modelo de Biorremediação “In situ”.

Biorremediação “Ex situ”

Neste processo, onde o resíduo a ser tratado é transportado a outro local,desenvolvem-se reatores que são projetados para sítios específicos (usualmenteculturas suspensas, seqüências em batelada ou reatores de filme fixo). Algunssistemas são desenvolvidos para resultar em zero as emissões para auxiliar apermissão do processo.

Para esta tecnologia existe uma abrangência maior no que diz respeito aocontrole e manuseio das técnicas, pois permite uma gama maior de recursosquando comparado ao processo “In situ”, não correndo riscos de danos ao meioambiente.

Os processos utilizados nesta biorremediação se iniciam com aredistribuição do solo em camadas. O solo contaminado é mecanicamentedistribuído e irrigado com nutrientes e bactérias.

Outro sistema a ser importantemente citado é o landfarming, bastanteutilizado para degradar compostos de hidrocarbonetos de petróleo em refinarias.Este sistema pode ser citado com “In situ” ou “Ex situ” quando há a escavação decélulas para tratamento segundo modelo específico (Figura 5).

Figura 5. Modelo de biorremediação “Ex situ”.

Comentários

O mercado de tecnologias ambientais disponível hoje é bastante amplo,sendo que uma atenção maior tem sido dispensada aos tratamentos eremediações de solos e águas subterrâneas. Este fato pode ser entendido porrazão da geração de resíduos sólidos estar sendo cada vez maior e também pelaexistência de políticas ambientais cada vez mais restritivas nos últimos anos. Comisso, os pesquisadores da área se vêem obrigados a desenvolver técnicas menosdispendiosas e tão eficientes quanto tecnologias consolidadas como aincineração.

Tanto na biorremediação “In situ” como na “ex situ”, a contribuição externade microrganismos deve ser avaliada de acordo com o tipo de solo, doequipamento a ser empregado, e principalmente os tipos de contaminantesorgânicos presentes, assim sendo vários estudos de laboratório e campo mostramque para se obter bons resultados faz-se necessária a aplicação de duas ou maistecnologias em associação.

A determinação desta ou daquela tecnologia a ser aplicada ao sítiodependerá das características dos contaminantes e principalmente do local ondeocorreu a contaminação. Estas respostas podem ser obtidas mediante testes emescala piloto e principalmente no estudo detalhado das várias característicasenvolvidas no processo.

Referências Bibliográficas

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