Atenuação natural e bioventilação de solo argiloso contaminado
com biodiesel
Liliane Rebechi Ribeiro Meneghetti
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre/RS, Brasil, lilianerebechi@yahoo.com.br Gabriel Cavelhão
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo/RS, Brasil, cavelhao@yahoo.com.br Cleomar Reginatto
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo/RS, Brasil, cleomarreginatto@hotmail.com Antonio Thomé
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo/RS, Brasil, thome@upf.br Fernando Schnaid
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, fernando@ufrgs.br
RESUMO: As preocupações com a escassez de combustíveis de origem fóssil torna o biodiesel uma fonte alternativa por ser um combustível renovável e menos poluente. A ocorrência de acidentes no transporte e nos sistemas de armazenamento pode causar contaminação do solo e das águas. Os processos de remediação de solo envolvem mecanismos físico-químicos e biológicos. Os processos microbiológicos tem grande importância devido a grande diversidade biológica do solo. O emprego de técnicas de biorremediação, como a bioventilação, contribui para o aumento da eficiência do processo de atenuação do contaminante. O objetivo desse trabalho é avaliar o emprego dessa técnica na remediação de solo argiloso contaminado com biodiesel. O solo residual de basalto foi contaminado com 4% de biodiesel e bioventilado. A biodegradação foi avaliada pelos processos de Evolução de CO2 e Cromatografia Gasosa. O experimento teve duração de 120 dias. Os resultados mostraram que o emprego da técnica de bioventilação contribuiu significativamente no processo de degradação do contaminante.
PALAVRAS-CHAVE: Biorremediação, Atenuação Natural, Contaminante, Combustível.
1 INTRODUÇÃO
O aumento do consumo de combustíveis e as preocupações devido à escassez do petróleo torna o biodiesel uma alternativa energética pra uso em motores a diesel, pelo fato de ser um combustível renovável. (DEMIRBAS, 2007). De acordo com a lei n° 11.097, desde janeiro de 2005, o biodiesel está sendo incorporado à matriz energética brasileira juntamente com o óleo diesel como uma medida para diminuir a poluição atmosférica e suprir a demanda de combustível.
O biodiesel, por ser composto basicamente por ácidos graxos, é considerado biodegradável,
menos tóxico e de fácil assimilação pelos microrganismos do solo quando comparado a outros combustíveis (DEMELLO et al., 2007). Apesar de ser considerado um combustível de origem renovável e biodegradável, sabe-se que os sistemas de distribuição e armazenamento de combustíveis, geralmente estão localizados na subsuperfície e, desta forma, no caso de um vazamento, pouco se tem conhecimento sobre os reais impactos da interação do biodiesel e da mistura diesel/biodiesel com o solo e dos riscos toxicológicos associados à exposição destes no meio ambiente (CHIARANDA et al., 2009). Quando ocorre um vazamento vários métodos podem ser empregados para a remoção
destes contaminantes no solo e águas subterrâneas, entre eles podemos destacar os processos físico-químicos e microbiológicos. Não há uma regra geral que determine o melhor tratamento de uma área contaminada específica. Cada caso deve ser analisado individualmente, avaliando suas particularidades (MARIANO, 2008). Os processos fisico-químicos como injeção de ar, extração multifásica, captação de vapores, tratamentos em biofiltros são alguns dos processos de remediação mais empregados atualmente (SHARMA & REDDY, 2004). Embora esses processos sejam efetivos requerem altos custos e inúmeras limitações quando comparados aos processos biológicos. Os processos biológicos, conhecidos por biorremediação, são uma tecnologia promissora na remoção de contaminantes orgânicos principalmente devido à simplicidade, eficiência e baixo custo quando comparados a outras alternativas de remediação (ALEXANDER, 1994).
Atualmente, a biorremediação é um dos processos microbiológicos mais estudados nos últimos anos, podem ser realizadas in situ, sem a remoção do solo ou ex situ, pela remoção do material contaminado (NANO et al., 2003). Diversos trabalhos sobre a biorremediação de combustíveis como a gasolina, tem sido conduzidos (SOLANO-SERENA et al. 1999; CUNHA & LEITE 2000; PASSMAN et al. 2001 e SPINELLI et al. 2002), de óleo diesel (RICHARD & VOGEL 1999, OLSON et al. 1999, CAPELLI et al. 2001, SPINELLI et al. 2002, BENTO et al. 2005, e MENEGHETTI, 2007) e de biodiesel (CANDEIA et al. 2006, e MENEGHETTI 2007, THOME et al. 2010). Pelo processo de biorremediação, a biodegradação do poluente se dá pela ação dos microrganismos presentes (atenuação natural) ou inoculados no solo contaminado (bioaumentação), podendo ocorrer naturalmente ou ser estimulada por nutrientes como matéria orgânica, oxigênio, nitrogênio, fósforo, potássio, entre outros. (MENEGHETTI, 2007). O processo de biodegradação é baseado na capacidade de populações microbianas de modificar ou decompor determinados poluentes (TROQUETet al 2003), utilizando o biodiesel como fonte de carbono e energia para o seu crescimento nos solos.
A degradação completa dos compostos orgânicos resulta em produtos finais atóxicos como dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e biomassa celular (FRANKENBERGER Jr. (1992); OLLIVER & MAGOT, (2005).
O objetivo dessa pesquisa é avaliar a técnica de bioventilaçãoem um solo argiloso contaminado com biodiesel e comparar com a atenuação natural.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Caracterização do Solo
As amostras de solo foram coletadas no campo experimental de geotecnia da Universidade de Passo Fundo a uma profundidade de 1,2 m, no Horizonte B. A caracterização consistiu em análises físicas, químicas e microbiológicas. O solo é classificado pedologicamente de acordo com Strecket al. (2008) como Latossolo Vermelho Distrófico Húmico.
As análises físicas foram realizadas no Laboratório de Geotecnia da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da UPF. Os parâmetros físicos analisados foram obtidos a partir de um ensaio de granulometria, realizado
segundo método da NBR 7181/84;
determinação da massa específica, seguindo NBR 6508/84; limites de consistência (LL, LP e IP), seguindo NBR 6459/84 e NBR 7180/84; umidade e índices físicos (porosidade, índice de vazios e grau de saturação).
O solo de acordo com a distribuição granulométrica apresenta 68% de argila, 5% de silte e 27% de areia. Na Tabela 1 apresenta-se a caracterização físico-química do solo natural. As análises químicas foram determinadas de acordo com o método de Tedesco et al. (1995).Os parâmetros analisados foram obtidos a partir de uma análise básica de solo, contendo pH, Fósforo (P), Potássio (K), Alumínio (Al), Cálcio (Ca), Magnésio (Mg), CTC (Capacidade de Troca de Cátions), Matéria Orgânica (MO) e, Saturação de Bases, Al e K.
Tabela 1. Caracterização do solo. Parâmetro do Solo Valor Umidade Natural (%) 34 Peso Específico Real (kN/m3) 26,7
Limite de Liquidez (%) 53 Limite de Plasticidade (%) 42 Grau de Saturação (%) 75,7 Porosidade (%) 54 Índice de vazios (e) 1,23
pH H2O 5,4 P (mg/dm³) 4 K (mg/dm³) 28 MO (%) <0,8 Al (cmolc/dm³) 2,4 Ca (cmolc/dm³) 1,5 Mg (cmolc/dm³) 0,8 Saturação – Bases (%) 28 Saturação – Al (%) 50 Saturação – K (%) 0,8
As análises microbiológicas do solo foram avaliadas qualitativamente e quantitativamente no ínicio e ao final do experimento, pelos seguintes métodos: isolamento e identificação conforme MacFaddin, J. F. (2000) e, contagem de aeróbios mesófilos viáveis e bolores e leveduras seguindo o método MAPA (2003).
2.2 Delineamento Experimental
O experimento foi divido em 4 tratamentos, em triplicata, num total de 12 biorreatores. Os tratamentos utilizados na pesquisa estão apresentados na Tabela 2.
Tabela 2. Tratamentos utilizados na pesquisa. Tratamento Técnica de tratamento Contaminante
T1 Controle Nenhum
T2 Controle + Biovent. Nenhum
T3 AN* Biodiesel
T4 AN + Biovent. Biodiesel
*AN:Atenuação Natural
2.4 Moldagem dos Corpos de Prova (CPs) O solo foi peneirado com peneira ASTM nº10 e ajustado a umidade para 34%. Posteriormente, as amostras foram contaminadas e homogeneizadas em recipientes previamente esterilizados.
O solo foi contaminado com 4,0% de biodiesel sobre o peso seco de solo (m/m), o equivalente a uma contaminação de 40 mL/kg
de solo.
Os CPs foram moldados em uma prensa CBR, na densidade natural (1,6 g/cm³), sendo que a massa de cada CP foi de 0,5 kg e volume de 300 cm³.
2.5 Bioventilação
O solo foi bioestimulado através da utilização de ar comprimido (bioventilação). A bioventilação foi realizada com o auxílio de um compressor, através de um fluxo ascendente de ar com pressão de 103,42 kPa e vazão de 731,3 cm³/s. A bioventilação foi realizada duas vezes por semana, com passagem do ar por um período de duas horas diárias, logo após a aeração os biorreatores foram fechados para monitoramento da degradação.
2.6 Biorreatores
Os biorreatores foram construídos com tubos de PVC com 100 mm de diâmetro e 200 mm de comprimento, com tampa rosqueável nas extremidades superior e inferior. Na extremidade inferior uma abertura com válvula permitiu a entrada do ar comprimido para bioventilação. Os CPs foram fixados no interior dos tubos de PVC com gesso, permanecendo assim em estado confinado. Na Figura 1 são mostrados os biorreatores utilizados.
Figura 1. Biorreatores utilizados no experimento.
O experimento foi mantido em ambiente com temperatura controlada na faixa de 22 a 24 °C. 2.7 Método de Evolução de CO2
respirometria baseia-se na captação de CO2 liberado pela respiração dos microrganismos. O método foi realizado conforme descrito por Öhlinger et al. (1996).
Para captar o CO2 evoluído os biorreatores foram fechados hermeticamente. As análises de respirometria foram realizadas num período pré-determinado de quatro em quatro dias durante 120 dias.
2.8 Cromatografia Gasosa (CG)
O biodiesel residual foi extraído do solo com um equipamento de Soxhlet, pelo método EPA 3540c (modificado)utilizando o hexano como solvente.
As análises de CG foram realizadas no tempo inicial e aos 120 dias do experimento. A porcentagem de degradação foi determinada em função da porcentagem inicial dos ésteres de ácidos graxos do biodiesel subtraindo a porcentagem final do biodiesel residual.
O perfil cromatográfico foi obtido utilizando um cromatógrafo a gás equipado com detector de ionização de chama modelo STAR 3400 CX.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O solo natural apresentou os microrganismos do gênero Bacillus sp. ePeniciliun sp. na concentração inicial de 11,1x104 UFC/g de solo. Esses microrganismos são referenciados na literatura como degradadores de poluentes orgânicos conforme descrito por Balba et al. (1998), Moreira e Siqueira (2002), Bento et al. (2003) Alvarez e Illman (2006).
3.1 Método de Evolução de CO2
A liberação de CO2 é um dos fatores determinantes para a eficiência dos processos de biorremediação. Estudos de mineralização envolvendo avaliações do total de CO2 produzido geram excelentes informações nopotencial de biodegradabilidade de hidrocarbonetos em solos contaminados (BALBA et al., 1998). A atividade microbiológica dos tratamentos obtidos pela
liberação de CO2acumulado durante o período de 120 dias apresenta-se na Figura 2.
Figura 2. Concentração de CO2 acumulado. T1
(controle); T2 (controle +bioventilação); T3 (atenuação natural); T4 (atenuação natural+bioventilação).
Observa-se na Figura 2 que a maior atividade microbiana ocorreu no T4, com 1050 mg/kg de solo, devido a adição de ar ao processo de atenuação natural, indicando a
biodegradação do biodiesel pelos
microrganismos aeróbios presentes no solo. Neste caso, os microrganismos estimulados pela aeração utilizaram o biodiesel como fonte de carbono, aumentando população microbiana e conseqüentemente liberando mais CO2.
Ao avaliar a adição da bioventilação ao solo natural (T2) com o tratamento controle (T1), observa-se que o T2 teve atividade microbiana superior ao controle, indicando a presença de bactérias aeróbias/aeróbias facultativas para a profundidade em estudo.
Estudos de avaliação da técnica de bioventilação realizados por Österreicher-Cunha et al. (2004) demonstram que o solo natural quando bioestimulado com ar (controle + bioventing) apresentou maior densidade populacional que o solo natural (controle), indicando a presença de microrganismos aeróbios.
Estatisticamente, a média dos valores de atividade microbiana dos tratamentos T3 e T4, apresentaram diferenças significativas entre si e em relação aos demais tratamentos (p<0,05), mostrando que o emprego da técnica de bioventilação se mostrou eficiente no processo de atenuação do contaminante.
3.2 Método de Cromatografia Gasosa (CG)
0 200 400 600 800 1000 0 15 30 45 60 75 90 105 120 C -CO 2 acumulado (mg/kg) Tempo (dias) T1 T2 T3 T4
O percentual de degradação do biodiesel ao final do experimento foi de 63,9% para o processo de atenuação natural e 78,5% quando utilizou-se a bioventilação. Essa diferença de 14,6% no percentual de degradação demonstra a importância da utilização da técnica de bioventilação na redução do tempo de degradação do contaminante.
Estes resultados de degradação corroboram com os dados obtidos pelo método de Evolução de CO2. De uma maneira geral, uma maior observação de microrganismos corresponde a uma maior evolução de CO2 (Spinelli et al. 2005) e a maior degradação dos compostos orgânicos.
Segundo Alexander (1994), os
microrganismos dos solos possuem amplas atividades catabólicas e uma simples maneira de eliminar poluentes orgânicos, consiste na adição dos compostos ou nutrientes no solo para ação da microflora indígena.
De acordo com Baptista e Rizzo (2004), o processo natural de um poluente orgânico no solo, sem a adição de nutrientes ou qualquer adequação das condições ambientais, pode ocorrer lentamente devido a adaptação dos microrganismos do solo natural.
4 CONCLUSÃO
A utilização da técnica de
bioventilaçãoapresentou diferenças
significativas em relação a atenuação natural do contaminante, evidenciando a utilização dessa técnica no processo de remediação do solo contaminado com biodiesel.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a CNPq, CAPES, FAPERGS/PRONEX pelo apoio financeiro ebolsas concedidas ao grupo de pesquisa.
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