DEGRADAÇÃO BIOLÓGICA DO PVC EM ATERRO
SANITÁRIO – AVALIAÇÃO MICROBIOLÓGICA
Ana M.C.Grisa1 ,Vicente Cardoso1, Bárbara C. D. A. Zoppas2, Rosmary N. Brandalise1, Mara Zeni1 1 Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
2Centro de Ciência da Saúde Universidade de Caxias do Sul – UCS 95.070-370- Caxias do Sul- RS
(amcgrisa@ucs.br)
A aplicação dos polímeros termoplásticos, em função dos avanços tecnológicos em várias áreas, aliada a motivos econômicos, tem elevado o percentual destes em lixões, aterros domésticos e industriais. Polímeros termoplásticos degradam de forma gradual ou rápida, dependendo da sua natureza química e condições ambientais. Essa é de fato uma questão de grande relevância, pois avaliar quanto tempo um material deve resistir, antes de degradar ou biodegradar, para que seu descarte final ocorra em condições ecologicamente aceitáveis, é um dos desafios deste século. O poli (cloreto vinila) (PVC), polímero do estudo, foi exposto á 330 dias no Aterro Sanitário São Giácomo, na cidade de Caxias do Sul, a identificação de fungos e o processo de degradação/biodegradação do polímero foi monitorado utilizando diferentes tipos de microscopia; eletrônica de varredura (MEV) e ótica (MO). As técnicas microscópicas empregadas permitiram observar aspectos importantes para descrever o fenômeno de biodegradação do PVC aterrado tais como erosão da superfície, bioerosão, fenômenos promovidos pela ação dos microrganismos presentes no meio.
Palavras-chave: biodegradação, PVC, aterro sanitário, microrganismos, técnicas microscópicas
BIOLOGICAL DEGRADATION OF PVC IN LANDFILL - MICROBIOLOGICAL EVALUATION
The wide application of thermoplastic polymers due to the technological advances in several areas and also for economic reasons has increased the percentage of their disposal in dumps, domestic and industrial landfills. It is known that thermoplastic polymers are resistant to degradation and this degradation can occur gradually or rapidly, depending on their chemical nature and the conditions to which they are subjected. This is indeed a matter of great importance, since evaluating how long a material shall, prior to degraded or biodegraded, so that its final disposal occurs in environmentally acceptable conditions, is one of the challenges of this century. The poly (vinyl chloride), polymer of the study was exposed to 330 days in the San Giacomo landfill in the city of Caxias do Sul and its process of degradation/biodegradation was monitored using different types of microscopy: scanning electron (SEM), optical (MO) and for identification of fungi. The microscopic techniques employed have noted important aspects to describe the phenomenon of degradation of PVC grounded surface such as erosion, bioerosion, phenomenon a promoted by the action of microorganisms in the environment.
Keywords: biodegradation, PVC, landfill, microorganisms, microscopy techniques
Introdução
O material polimérico vem substituindo materiais tradicionais tais como madeira, vidro e metal, em inúmeras aplicações1. Segundo Chiellini e Solaro (1989)2,os materiais poliméricos, em função do seu uso extensivo e em função de propriedades características, tal como leveza, e por serem de baixo custo, ao serem descartados, sem controle ou inadequadamente, ameaçam ambientes naturais e a qualidade de vida no planeta. Essa é de fato uma questão de grande relevância, pois avaliar quanto tempo um material deve resistir, antes de degradar ou biodegradar, para que seu descarte final ocorra em condições ecologicamente aceitáveis, é um dos desafios deste século.
O município de Caxias do Sul, cidade-alvo, tem aproximadamente 412 mil habitantes, com uma geração média diária de resíduos sólidos urbanos (RSU) de 350 toneladas, considerando 0,8 a
1 kg de resíduo por hab/dia a considerar a coleta seletiva. A quantidade de material polimérico depositado no aterro sanitário municipal é da ordem de 50 ton/dia, correspondendo a 14,6% do resíduo sólido urbano (RSU)3,4.
A degradação de resíduo polimérico em aterro sanitário pode ocorrer por termoxidação, fotodegradação e/ ou ação microbiana. Os fatores que induzem o processo de degradação no meio ambiente são: luz, temperatura, umidade, impurezas e microrganismos5.
Conceitualmente a biodegradação consiste na degradação do material polimérico pela ação de organismos vivos como bactérias, fungos e algas, de ocorrência natural no meio ambiente. Derivam desse processo CO2 e CH4, componentes celulares microbianos e outros ASTM-D-883
Existem cerca de 5 000 espécies de bactérias em 1g de solo e 1 500 000 espécies de fungos no mundo6,7-9.
Algumas das espécies de fungos mais comuns no solo são: Penicillium, mucor,
Rhizoporus, Fusarium, Cladosporium, Aspergillus e Trichoderm10.Os microorganismos em aterro
sanitário liberam estruturas protéicas responsáveis pelo metabolismo e transformação/quebra de substâncias. Atacam a superfície e colonizam-na em forma de biofilmes (microrganismos embebidos numa matriz polimérica) que, em contato com os polímeros modificam as propriedades do polímero5,11. A formação de biofilme se processa por fixação da bactéria com cobertura da superfície, mascarando suas propriedades superficiais e contaminando o meio adjacente; consolidação da bactéria na superfície, aumentando a dessorção de aditivos e monômeros para fora da matriz por degradação microbial; ataque da enzima ou radicais de origem biológica de polímeros e aditivos com fragilidade e perda de estabilidade mecânica; por acúmulo de água penetrando na matriz polimérica causando intumescimento da mesma
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por fim observa-se alteração da coloração dos polímeros podendo também ser causada pela excreção microbiana11-13.O poli(cloreto de vinila) PVC é o segundo termoplástico mais consumido no mundo, com demanda mundial de resina superior a 36 milhões de toneladas em 2008. No Brasil, o consumo médio anual de resinas de PVC corresponde à cerca de 2,7% da demanda mundial, ou 970 mil toneladas14.Além de ter vida longa, seu sucesso se deve às suas propriedades mecânicas, baixa flamabilidade, resistência à umidade e à radiação UV15, fatores estes que podem dificultar a degradação natural do polímero16.
Experimental
Preparação da amostra
Amostras de PVC-f e PVC-r nas dimensões de 13cm x 13cm foram colocadas em hipoclorito de sódio (NaClO) na concentração de 6-7% por 30 minutos, segundo norma ASTM D 6288-98, Standard Practice Separation and Washing of Recycled Plastics Prior to Testing. As amostras foram mantidas por 24 horas em dessecador.
Para a disposição das amostras de PVC-f e PVC-r, em triplicata, no aterro sanitário, foram confeccionadas embalagens nas dimensões de 20cm x 20cm.
Caracterização das amostras
As amostras foram caracterizadas antes e após exposição a biodegradação em aterro sanitário. Ensaios foram realizados utilizando microscopia ótica (MO) num equipamento da marca Nikon epiphot 200, microscopia eletrônica de varredura (MEV) da marca Shimadzu SSX-550, Superscan.
Amostras do meio, aterro sanitário, foram coletadas em frascos plásticos esterilizados. Após homogeinização do material, as amostras foram semeadas com auxílio de alça de platina, em meio de cultura Ágar Sabouraud-dextrose e incubadas a 25°C por sete dias.
Para identificação dos fungos foram observadas características macro e microscópicas, com microscópio AXIOSTAR/ZEISS, aumento de 10 e 40x, utilizando como referência literatura especializada 17-18, além de exemplares de táxons da micoteca do Laboratório de Micologia da Universidade de Caxias do Sul
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Resultados e Discussão
Caracterização das amostras antes e após exposição ao meio
A Figura 1 ilustra as microscopias óticas do PVC antes e após exposição a um período de 330 dias de exposição em aterro sanitário.
Figura 1 - Microscopia ótica de (a) PVC- r virgem; (b) PVC-r após 330 dias de exposição em aterro sanitário, (c) PVC-f virgem e (d) PVC-f após 330 dias de exposição em aterro sanitário
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As micrografias óticas do PVC-f e PVC-r da Figura 1 evidenciaram a adesão dos microrganismos nas partes mais escuras das superfícies do material polimérico após a exposição ao meio aterro sanitário por um período de 330 dias. Segundo Fleming (1998), alterações na coloração dos filmes são atribuídas à colonização dos microrganismos, pela excreção de pigmentos microbiais lipofílicos, evidenciando o processo de biodegradação do polímero11,1.
As análises do PVC por microscopia eletrônica de varredura(MEV), antes e após exposição ao aterro sanitário pode ser observada na Figura 2.
Figura 2 - Microscopia eletrônica (MEV) de (a) PVC-r virgem; (b) e PVC-r após 330 dias de exposição em aterro sanitário, (c) PVC-f virgem e (d) PVC-f após 330 dias exposição em aterro sanitário
As análises por MEV de amostras de PVC aterradas por 330 dias apresentaram sua superfície com presença de irregularidades, formação de material extracelular, fissuras e furos presentes na superfície polimérica. Os resultados obtidos evidenciam que as amostras de PVC aterradas sofreram fragmentação e erosão da superfície polimérica características da formação do biofilme11.
Caracterização do meio de exposição do PVC
Vários trabalhos tem sido desenvolvidos com a biodegradação do PVC porem a maioria destes trabalhos não descrevem a microbiota do meio, que pode ser caracterizada através da coleta material do na superfície dos filmes aterrados. Foi constatado a presença de leveduras marrons e brancas, bactérias brancas e bege, fungos filamentosos, brancos e dermáceos não identificados. O fungo filamentoso Mucor spp, e a levedura Rhodotorula spp, identificados, presentes na adesão no PVC-r e PVC-f podem ser observados nas fotos da Figura 3.
Figura 3 – Fotografia em microscópio óptico de fungos detectados e identificados (a) Rhodotorula sp e (b) Mucor sp no material coletado dos filmes retirados do aterro sanitário após 330 dias de exposição (40x)
Conclusões
Algumas das espécies de fungos mais comuns no solo, segundo a literatura são: Penicillium,
Mucor, Rhizopus, Fusarium, Cladosporium, Aspergillus e Trichoderma10. Entre os identificados
neste estudo encontram-se as leveduras como Rhodotorula spp e o fungo filamentoso Mucor spp, este reconhecidamente produtor de enzimas com capacidade de biodegradação. Novos ensaios deverão ser praticados, utilizando estes mesmos elementos encontrados para confirmar as espécies constituintes do ecossistema.
O emprego de microscopia permitiu avaliar aspectos importantes do fenômeno de biodegradação dos polímeros tais como a presença de fissuras e erosão da superfície. Fissuras decorrentes da biodegradação do PVC possivelmente podem ser consideradas a fase inicial do processo, enquanto que a bioerosão do polímero se propaga na superfície do polímero aterrado, pela ação das leveduras e fungos presentes no meio.
As técnicas de caracterização utilizadas no estudo não permitiram observar diferenças significativas entre os tipos de PVC aterrados, flexível e rígido.
Agradecimentos
Os autores agradecem a Prefeitura de Caxias do Sul e a Universidade de Caxias do Sul pelo apoio financeiro.
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