UMA REVISÃO Article · December 2012 CITATION 1 READS 683 3 authors, including:
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ESTRATÉGIAS DE RESTAURAÇÃO QUÍMICA EM AMBIENTES ALTERADOS: UMA REVISÃO
Ivan Reús Viana1 Marília Schutz Borges2 Paula da Silva Cardoso3
RESUMO
A degradação ambiental implica na redução dos recursos renováveis, por uma combinação de ações impactantes. As áreas degradadas podem ser recuperadas conforme as características da degradação. A recuperação consiste em fazer com que a área degradada tenha condições mínimas para restabelecer um novo equilíbrio. Dentre as técnicas de restauração química a biorremediação e a remoção de hidrocarbonetos são componentes chaves para a restauração do equilíbrio natural dessas áreas. Dentro da biorremediação a fitorremediação utiliza plantas para estabilizar, colher ou mudar quimicamente os contaminantes para formas não perigosas com um menor custo em relação às técnicas tradicionais. Além da biorremediação há outras técnicas para a retirada de hidrocarbonetos do solo, como o uso de tensoativos que utiliza soluções aquosas de detergentes, para dissolver e remover os contaminantes do solo. E o tratamento químico que emprega processos de oxidação química, com o objetivo de gerar um forte agente oxidante de forma que sua reação com a matéria orgânica tenha como resultado compostos menos agressivos ao meio ambiente como o gás carbônico, água ou sais orgânicos de menor toxicidade. Estas estratégias se destacam em regiões de mineração onde o solo e as águas estão susceptíveis a contaminação por metais pesados e hidrocarbonetos.
Palavras-chave: Fitorremediação. Hidrocarbonetos. Contaminação. Mineração.
INTRODUÇÃO
A degradação ambiental implica na redução dos recursos renováveis, por uma combinação de ações impactantes agindo sobre o meio ambiente. Pode ser definida como o efeito negativo da ação antrópica sobre a estrutura e o funcionamento de um
1 Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais pela Universidade do Extremo Sul
Catarinense – UNESC. Laboratório de Ecologia de Paisagem e de Vertebrados – UNESC.
2 Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais pela Universidade do Extremo Sul
ecossistema, causando redução crítica da capacidade produtiva dos solos, da biodiversidade e das funções ambientais que transcendem a área afetada (MARTINS, 2007).
As áreas degradadas podem ser recuperadas conforme as características da degradação. A recuperação consiste em fazer com que a área degradada tenha condições mínimas para restabelecer um novo equilíbrio. A reabilitação do local afetado pode ser dividida em auto-sustentável e condicional. Auto-sustentável significa que o manejo atinge um ponto que não é necessário a intervenção do homem, já a condicional há interferência do homem sobre o meio ambiente (IBAMA, 1990).
São vários os aspectos que devem ser analisados para a restauração de um ambiente, como os físicos, químicos, biológicos, socioculturais e demais características especificas da área degradada. Os aspectos químicos do solo e da água são de extrema importância para a restauração do local, pois são estes componentes que sustentam toda a diversidade de vegetais e demais seres vivos (MUGGLER et al., 2006).
Visto a importância de manter o equilíbrio no sistema, a restauração química torna-se uma atividade de extrema importância, pois envolve todo o fluxo de nutrientes, acidez, capacidade de troca de cátions, matéria orgânica e nutrição de espécies (RODRIGUES, 2013). Os principais contaminantes que alteram as características químicas são os radionuclídeos, elementos químicos, salinização, resíduos de atividades humanas, petróleo e seus derivados. Existem algumas tecnologias utilizadas para a
recuperação química como ex-sito, biorremediação, remediação fitobial,
fitorremediação, remoção de hidrocarbonetos e entre outras técnicas (RODRIGUES, 2013).
Dentre estas técnicas de recuperação, algumas são utilizadas nas regiões de mineração, como por exemplo, na região sul de Santa Catarina, onde ocorre a exploração de carvão mineral, utilizado para geração de energia. Devido aos métodos e formas de exploração inadequadas, a região sofre com a poluição do solo, das bacias hidrográficas e com os problemas sociais gerados pela exploração do carvão (DALOTTO, 2000). Neste contexto, este trabalho se propõe a fazer uma revisão sobre técnicas de restauração química sendo elas a fitorremediação e técnicas para remoção de hidrocarbonetos, visto que estes métodos podem ser aplicados como estratégias de restauração do ambiente na região Sul de Santa Catarina.
METODOLOGIA
Foi realizada uma revisão bibliográfica na literatura e em sites científicos como: science direct, scielo, pubmed, google acadêmico, ibict e entre outros. Foram pesquisados artigos e assuntos relacionados a restauração química de ambientes degradados com metais pesados e derivados de petróleo (hidrocarbonetos). As principais palavras chaves utilizadas foram “restauração química, fitorremediação, hidrocarbonetos, derivados de petróleo, degradação ambiental”, entre outras. Estas mesmas palavras também foram pesquisadas em inglês. Este trabalho analisou detalhadamente as técnicas de fitorremediação e remoção de petróleo e seus derivados baseados na aplicabilidade destas tecnologias no contexto local.
CARACTERIZANDO AS ÁREAS CONTAMINADAS
Segundo a resolução nº420 do Conama de 2009 é considerado área contaminada aquela em que for constatada a presença de substâncias químicas em fase livre ou for comprovada após investigação detalhada, a existência de risco à saúde humana.
Existem várias tecnologias que são utilizadas para reverter uma área contaminada. Estes métodos podem ser classificados em: térmicos, físicos, biológicos e químicos. Estas técnicas podem ser aplicadas in situ ou ex situ, com o propósito de se obter maior efetividade aliada ao menor impacto ambiental e reduzido custo financeiro. Nos processos in situ, a remediação é feita no próprio local contaminado, enquanto que as técnicas ex situ envolvem a remoção e a destinação do material para uma instalação de depuração específica e apropriada (BISOGNIN, 2012).
De modo geral, deve-se salientar que cada técnica de tratamento é dependente de vários fatores, como as condições físicas, químicas e biológicas do local contaminado; concentração do contaminante; tempo requerido para a remediação ou a remoção do composto alvo, conforme a técnica empregada (ANDRADE et al., 2010). Para escolher a técnica mais adequada é necessário seguir algumas etapas, sendo elas a identificação dos problemas, o diagnóstico da avaliação dos riscos e por fim a intervenção, na qual
são executadas as ações de controle para eliminação ou redução dos princípios contaminantes (CONAMA, 2009).
A FITORREMEDIAÇÃO COMO ESTRATÉGIA DE RESTAURAÇÃO QUÍMICA
Os resíduos da mineração de carvão, quando não devidamente tratados, causam o assoreamento e a acidificação das drenagens superficiais e subterrâneas, alteram a geomorfologia local e a composição da biota (SAMPAIO, 2002). Denota-se assim, que ocorrem na Bacia Carbonífera Catarinense áreas que foram há muito tempo mineradas e que ainda continuam produzindo drenagens ácidas de mina (DAM), sendo capazes de afetar a qualidade dos recursos hídricos, assim como parte dos recursos agriculturáveis e biológicos com os quais entram em contato (ZOCCHE, 2005, 2008; COSTA et al., 2007; ZOCCHE-DE-SOUZA et al., 2007; COSTA; ZOCCHE, 2009; ZOCCHE et al., 2010a, b).
Dias e colaboradores (2005) afirmam que as minerações como as de carvão tendem a acidificar o meio, o que aumenta solubilidade dos metais. Fica claro, pois, que, por estarem os poluentes sob formas disponíveis na solução do solo e (dissolvidas) em corpos d’água, que os sítios a jusante das áreas comprometidas pelas drenagens ácidas de mina podem ser afetados negativamente. Outro risco paralelo e igualmente inequívoco é a possibilidade de assimilação destes poluentes pela biota remanescente, os quais podem se acumular nas cadeias tróficas por bioacumulação, e conseqüente biomagnifação, o que é tanto mais crítico quanto mais alto o nível ocupado por um organismo na cadeia alimentar, o que para a espécie humana em muitos casos é representado pelo topo (PENTEADO, 2001; DUARTE, 2002; SOARES, 2006; SILVEIRA et al., 2007; HOBUSS et al., 2008; ZOCCHE et al., 2010b).
De modo geral, a drenagem ácida de mina é controlada com a adição de doses elevadas de materiais alcalinos, para forçar a reprecipitação dos metais poluentes (DIAS et al., 2005). O controle pode ser feito ainda com o emprego de cinzas provenientes da queima do mesmo carvão mineral, as quais são isentas de enxofre, pois este se volatiliza com a combustão. Tal uso pode contribuir para a diminuição dos custos, mas mantêm alguns problemas como, por exemplo, a presença de elementos tóxicos (OLIVEIRA;
LUZ, 2001; DIAS et al., 2005; SILVEIRA et al., 2007), além do que o uso de cinza do carvão reduz a eficiência dos carbonatos, se aplicados juntos (SOARES, 2006). Porém, estes métodos tem um custo muito elevado e, não raro, apresentam consideráveis obstáculos operacionais (DIAS et al., 2005). A remoção de elementos potencialmente tóxicos do ambiente via tecnologias convencionais, torna-se complexa e cara. O que se amplia quando se leva em conta a quantidade de poluentes, a variedade produzida destes e a extensão das áreas por onde podem se disseminar.
Atualmente, uma opção alternativa ou complementar aos tratamentos químicos e físicos de áreas contaminadas e/ou seus efluentes que tem recebido um crescente interesse e demando investimentos bastante menores é a fitorremediação (DINARDI et al., 2003). A fitorremediação pode ser definida como o uso de plantas para estabilizar, colher ou mudar quimicamente os contaminantes para formas não perigosas (CUNNIGHAM; BERTI, 1993; CUNNIGHAM; LEE, 1995).
Pires e colaboradores (2003) enumeram uma série de vantagens e potencialidades da fitorremediação sobre outros métodos de remediação de áreas e efluentes contaminados, como o menor custo em relação às técnicas tradicionalmente utilizadas, como, por exemplo: o fato das propriedades biológicas e físicas do solo serem mantidas e, não raro, até melhoradas, e o fato de que plantas ajudam no controle do processo erosivo, eólico e hídrico. Nesse último caso, evitam o carreamento de contaminantes com a água e com o solo e, por conseguinte, reduzem a possibilidade de contaminação de lagos e rios.
Zocche (2002, 2005, 2008) aponta que os estudos em áreas de mineração recentemente tem se dado no sentido de encontrar relações entre os contaminantes do substrato com a sucessão vegetal que aí se desenvolve. Sobre os contaminantes que são alvos da fitorremediação, Cunnigham e colaboradores (1996) citam metais e ametais (Pb, Zn, Cu, Ni, Hg, Se), compostos orgânicos (NO-3,NH+4), isótopos radioativos (U, Cs, Sr), hidrocarbonetos derivados de petróleo (BTEX), pesticidas e herbicidas (atrazine, bentazona, compostos clorados e nitroaromáticos), explosivos (TNT, DNT), solventes clorados (TCE, PCE) e resíduos orgânicos industriais (PCPs, PAHs), entre outros. Alguns dos poluentes minerais passíveis de tratamento por fitorremediação podem ter funções essenciais nos seres vivos, como os micronutrientes (B, Cl, Fe, Mn,
Zn, Cu, Ni, Mo, Co, dentre outros), no entanto, podem vir a ser danosos à biota quando se encontram em quantidades maiores que as normalmente observadas na natureza.
Não obstante as condições nocivas dos ecossistemas aquáticos contaminados com resíduos da mineração de carvão se registra que diversas macrófitas aquáticas se desenvolvem espontaneamente e persistem nestes ambientes, como poáceas, ciperáceas, juncáceas, ninfeáceas, tifáceas entre outras. Estas plantas são, pois, o ponto de partida para desenvolvimento de projetos de fitorremediação de ambientes contaminados com resíduos da atividade minerária de carvão (ZOCCHE, 2005; ZOCCHE et al., 2010a).
Uma forma de fitorremediação que tem recebido atenção crescente nos últimos anos é representada pelo uso dos banhados construídos (wetlands). Freitas (2007), em sua revisão sobre o tema, constata que os estudos de tratamentos de áreas de mineração de carvão têm se desenvolvido no sentido de avaliar a relação existente entre a vegetação que surge espontaneamente em tais áreas e os poluentes presentes, averiguando quais são os mecanismos de defesa desenvolvidos por tais espécies que as permitem promover a fitorremediação e o biopolimento dos efluentes nos wetlands.
Mota Marques e colaboradores (2000) demonstram que os sistemas de banhados biológicos são uma das alternativas viáveis para o tratamento de águas contaminadas com drenagem ácida de mina, capazes de contribuir expressivamente para o aumento da qualidade das águas. Ye e colaboradores (2001) afirmam que os wetlands têm a capacidade de remover quantidades consideráveis de elementos traços dos efluentes que lhes irrigam. Contudo, como há uma grande variedade de proporções e de constituintes de efluentes contaminantes, há também variadas combinações de espécies que toleram a cada um desses efluentes.
Segundo Zocche (2002), diversos estudos revelam que as espécies de plantas que crescem sobre áreas ricas em metais pesados podem apresentar adaptações morfológicas e/ou anatômicas que as possibilitam sobreviver nesses sítios. Além disso, as plantas podem responder sob a forma de produção de compostos secundários, que de alguma forma atenuam ou eliminam a toxicidade do poluente uma vez dentro da planta, tornando-a uma acumuladora de determinados elementos e capacitando-a a promover a fitorremediação do meio. Nos ecossistemas aquáticos perturbados de áreas de mineração de carvão no sul de Santa Catarina observa-se uma série de macrófitas
aquáticas que são comprovadamente eficazes fitorremediadoras, de modo a aumentar o leque de possibilidades de usos em banhados biológicos (ZOCCHE, 2005).
Viana e colaboradores (2011) ao analisarem a quantidade de 23 metais pesados oriundos da atividade de mineração (no sedimento, conteúdo dissolvido, raiz, caule e folhas de Eleocharis acutangula e Tipha dominguensis) comparando os valores de entrada e saída de um banhado construído, concluíram que todos os valores encontrados na saída do banhado foram menores que os encontrados na entrada. Zocche (2013) trabalhando com Eleocharis acutangula demonstrou em seus resultados que a espécie
estudada sob condições extremas de contaminação, se comporta como
hiperacumuladora de metais pesados sustentando a hipótese de que as espécies que se desenvolvem espontaneamente em áreas contaminadas são efetivamente capazes de absorver e/ou adsorver os poluentes do meio, o que lhe conferem o status de espécies chaves para serem utilizadas no tratamento passivo de drenagem ácida de mina.
A fitorremediação de efluentes contaminados em banhados construídos (wetlands) se mostra uma alternativa atrativa, tanto pelos menores custos quanto pelo estabelecimento de vegetação nas áreas em processo de recuperação, assim como pela ação evidenciada de acúmulo de poluentes diversos nos tecidos das plantas e no sedimento. Pode, portanto, conforme destacam Freitas (2007), Zocche e colaboradores (2010a) ser a chave para a recuperação de ecossistemas aquáticos de áreas degradadas pela mineração de carvão. Desta forma, a combinação dos tratamentos físico-químicos convencionais de DAMs com o tratamento passivo de efluentes em wetlands construídos é capaz de aumentar a eficiência dos trabalhos de recuperação de áreas degradadas, principalmente atuando na diminuição dos níveis de metais pesados que ainda permanecerem na água após os tratamentos convencionais.
TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO EM SOLOS CONTAMINADOS COM HIDROCARBONETOS
Não apenas os metais pesados podem ser os únicos contaminantes de regiões carboníferas. Um estudo realizado por Menezes e colaboradores (2005) constatou que outros compostos poderiam estar associados aos metais causando contaminação no
podem estar associados à mineração e destilação do carvão (CARVALHO, 2004; SANTOS et al., 2004; MIRANDA et al., 1999). Dentre as demais fontes das quais os hidrocarbonetos podem ser obtidos, destacam-se a combustão de material orgânico, queima de carvão, exaustão de plantas de incineração de rejeitos, fumaça de cigarro, entre outros processos industriais como a produção de alumínio (NETO et al., 2000).
Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) são compostos químicos formados por átomos de carbono e hidrogênio caracterizados por possuírem dois ou mais anéis aromáticos condensados. Estas substâncias, bem como seus derivados nitrados e oxigenados, tem ampla distribuição e são encontrados como constituintes de misturas complexas em todos os compartimentos ambientais (NETO et al., 2000). Os HPAs são considerados poluentes orgânicos prioritários em estudos ambientais, pois alguns destes contaminantes são precursores de ações mutagênicas e tumorais em sistemas biológicos (MEIRE et al., 2007).
O transporte destes poluentes no ambiente se da principalmente por meio atmosférico associado ao material particulado fino, o que permite uma ampla distribuição destes compostos no ambiente. Uma vez emitido na atmosfera, os HPAs podem ser depositados sob a forma seca (vapor ou particulada) ou úmida (precipitação sob forma dissolvida ou particulada) sobre sistemas aquáticos e terrestres (GARBAN et al., 2002).
Os HPAs podem ser classificados de acordo com sua origem como petrogênicos, pirolíticos e biogênicos. Os de origem petrogênica, possuem baixa massa molecular (128,7 – 178,3 g.mol-1), compostos por 2 ou 3 anéis aromáticos, são formados a partir da maturação lenta de matéria orgânica a baixas temperaturas sob determinadas condições geoquímicas. Os pirolíticos originam-se em processos de combustão incompletos de matéria orgânica a altas temperaturas, baixa pressão, curto tempo de formação, produzindo HPAs de alta massa molecular (202,2 – 278,3 g.mol-1), com 4 a 6 anéis benzênicos. São formados pela quebra ou rompimento da matéria orgânica em moléculas menores durante a pirólise. Os de origem biogênica são formados a partir da combustão da biomassa vegetal, especialmente em incêndios florestais (BAUMARD et al, 1998; TAM et al., 2001; MAIRE et al., 2007).
Os solos contaminados por HPAs podem ser recuperados através da biorremediação que é a utilização de processos ou atividades biológicas para
transformar os contaminantes em substâncias inertes. Essa técnica já é utilizada há vários anos, em certos casos apresenta menor curto e maior eficiência na remoção dos contaminantes dos que as técnicas de incineração e lavagem do solo (BAMFORTH; SINGLETON, 2005).
Além da biorremediação há outras técnicas para a retirada de hidrocarbonetos do solo. Um exemplo é o uso de tensoativos que pode ser aplicado, utilizando soluções aquosas de detergentes, para dissolver e remover os contaminantes do solo (CHU, 2003). Alguns pesquisadores vêm utilizando a técnica de lavagem com tensoativos juntamente com processos oxidativos para obter melhores resultados (GUEDES et al., 2010).
Também conhecidos como surfactantes, os tensoativos são moléculas anfifílicas. O uso de tensoativos é uma técnica relativamente nova e que se aplica muito bem a compostos orgânicos, como os hidrocarbonetos. Na indústria petrolífera ele tem várias aplicações, uma delas é atuar como renovador do óleo contaminante. Agindo na interface de dois líquidos imiscíveis, ele reduz a tensão interfacial permitindo a mistura entre eles. Com isso o óleo pode ser arrastado do solo, essa ação garante à técnica notável de eficiência quando comparado ao uso da lavagem simples feita apenas com água, vale ressaltar que um dos méritos desta técnica é poder varrer uma vasta área. Os tensoativos são particularmente atraídos para este processo de recuperação por apresentarem baixa toxicidade e serem favoráveis à biodegradação, sendo menos agressivos ao meio ambiente do que a maioria dos solventes orgânicos utilizados para esse fim. A desvantagem do uso de tensoativos está associada a possível formação de macroemulsões não estáveis. A baixa eficiência pode resultar na obstrução de poros do solo inibindo o transporte dos contaminantes (MULLIGAN et al., 2001; ARAÚJO, 2004; WHANG et al., 2008).
Segundo Urum e colaboradores (2006) os principais tensoativos para remoção de hidrocarbonetos do solo são o rhamnolipid e o dodecilsulfato de sódio que removem hidrocarbonetos alifáticos. Também merecem destaque as saponinas, que removem hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, sendo mais eficientes na remoção dos aromáticos.
geração de um forte agente oxidante de forma que sua reação com a matéria orgânica tenha como resultado compostos menos agressivos ao meio ambiente como o gás carbônico (CO2), água ou sais orgânicos de menor toxicidade. Esta técnica é utilizada
com sucesso na distribuição de contaminantes orgânicos de efluentes industriais e desinfecção de água (FERGUSON et al., 2004).
Embora outros métodos sejam considerados um meio econômico para o tratamento de solos contaminados, nem sempre o tempo necessário para que se atinjam as concentrações alvo permite seu uso, sendo assim, os processos oxidativos avançados podem ser utilizados quando estes limites de tempo e outras logísticas se tornam hierarquicamente mais importantes (GREENBERG et al., 1998). Por exemplo, a utilização de peróxido de hidrogênio (H2O2) catalisado pelo Fe+2 para formar o radical
hidroxila (OH) é um processo de oxidação avançado que tem sido largamente utilizado para o tratamento de superfície, sub-superfície do solo e águas subterrâneas (WATTS et al., 2000).
No entanto, é de extrema importância analisar as características do solo ao escolher a metodologia mais adequada para a restauração, bem como os aspectos econômicos devem ser levados em consideração para avaliar o custo-benefício da técnica empregada.
CONCLUSÃO
Através desta revisão foi constado que é de extrema importância avaliar os aspectos de um ambiente degradado, a fim de estabelecer as melhores alternativas de recuperação do local. Um dos parâmetros importantes a serem avaliados é a identificação dos contaminantes, para que possa se traçar estratégias eficientes e econômicas para controle e diminuição dos fatores de risco.
Entre estas estratégias, a restauração química se destaca principalmente em regiões de mineração onde o solo e a água estão susceptíveis a contaminação por metais pesados e hidrocarbonetos. Técnicas de biorremediação como a fitorremediação são muito eficazes para remoção de metais pesados. A fitorremediação consiste na utilização de determinadas espécies de plantas que absorvem estes contaminantes.
Também existem outras técnicas como a lavagem com tensoativos, que são mais utilizadas para remoção de derivados de petróleo, como os hidrocarbonetos. Além destas técnicas citadas na revisão outras também são aplicáveis. Na escolha da técnica deve se avaliar o tipo de contaminante, bem como o custo-benefício inerente aos resultados desejados.
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