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Avaliação dos principais micro-organismos e técnicas utilizados na biorremediação de solos contaminados por petróleo e seus derivados

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Academic year: 2020

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Graduanda do curso de Ciências Biológicas do Centro Universitário Metodista Izabela Hendrix.

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Professora do Centro Universitário Metodista Izabela Hendrix.

Avaliação dos principais micro-organismos e técnicas utilizados na

biorremediação de solos contaminados por petróleo e seus

derivados

Rocha, Carla Alina1; Alves, Fabiana2

RESUMO

Os resíduos petroquímicos geram uma grande poluição, causando grandes problemas à saúde humana e ao meio ambiente, pois afetam o ar, a água e o solo. A biorremediação é eficaz e possui uma boa relação custo/benefício no tratamento de resíduos petroquímicos. O objetivo do presente estudo foi avaliar e comparar os principais micro-organismos relacionados à biorremediação de resíduos petroquímicos e as vantagens e desvantagens das técnicas de biorremediação de acordo com a literatura consultada. Para a biorremediação podem ser utilizados micro-organismos isolados (bactérias ou fungos) e consórcios de micro-organismos (bactérias e fungos) e em alguns casos associação com plantas e algas. Sendo que os principais micro-organismos citados na literatura consultada para a remediação do petróleo e seus derivados foram: Mycobacterium fortuitum, Bacillus cereus, Microbacterium sp., Gordonia polyisoprenivorans, Microbateriaceae bacterium, , Fusarium axysporum, Corynebacterium sp., Staphylococcus sp, Glomus intraradices, Acaulospora morrowiae, Paraglomus occultum, Archeospora trappei, Aspergillus niger e Penicillium coryophilum. Ainda de acordo com a revisão realizada, as principais técnicas utilizadas para a realização da biorremediação foram in situ, passiva, bioestimulação, bioventilação, bioaumentação, ex situ e landfarming. Contudo, a biorremediação é um processo eficiente para a remediação dos locais impactados com petróleo e seus derivados, porém para otimização do processo é preciso fazer uma avaliação minuciosa da área, levando em consideração as condições ambientais, condições do solo e estudo dos micro-organismos a serem utilizados.

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INTRODUÇÃO

O petróleo é de grande importância mundial, por se tratar de uma grande fonte de energia. É uma mistura complexa de compostos orgânicos, desde moléculas simples até moléculas com alto peso molecular(ROSATO, 1997).

O uso do petróleo acarreta grandes riscos ambientais, tornando-se um fator de grande preocupação para as indústrias petroquímicas que lidam com esse problema diariamente ao manuseá-lo, onde os resíduos gerados pela extração, transporte e refino do petróleo são difíceis de serem reaproveitados, causando contaminações no ambiente(DAMASCENO, 2007).

Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) são contaminantes ambientais ubíquos, de origem petrogênica, pirogênica ou biogênica (WIDDEL e RABUS, 2001). Portanto, a poluição por petróleo constitui um grande risco ambiental e sanitário (SEO et al., 2009), sendo necessária uma degradação eficiente.

A biorremediação se destaca como uma alternativa viável e promissora para o tratamento de solos contaminados por petróleo e seus derivados (BENTO et al., 2003). Esta técnica surgiu como uma tecnologia alternativa de remediação de locais impactados com poluentes orgânicos e se baseia na utilização de populações microbianas, que possuam a habilidade de modificar ou decompor determinados poluentes, tornando-os menos nocivos ao ambiente (CUNHA, 1996). A habilidade de remediar o petróleo através da biorremediação não é restrita a gêneros específicos de micro-organismos, onde são utilizadas as bactérias, fungos filamentosos e levedura (ANDRADE et al., 2010). Esses micro-organismos são usados neste processo, principalmente, por possuírem características que fazem com que sejam de grande potencial biotecnológico como: o crescimento acelerado, a tolerância a condições ambientais extremas e o fato de possuírem baixo custo de cultivo (TORNISILO, 2005). COSTA et al. (2007), estudaram o emprego de consórcio de micro-organismo, fungos e bactérias, a partir de amostras de petróleo, visando a eficiência do processo. Portanto, o emprego de consórcios de micro-organismos é viável, podendo proporcionar uma completa degradação dos contaminantes, dessa forma micro-organismos que não apresentam potencial para degradar completamente determinado composto, poderão transformá-lo em uma substância degradável por um segundo micro-organismo (LEONEL et al., 2010).

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A biorremediação é baseada em três princípios básicos: [1] presença do micro-organismo com capacidade metabólica; [2] a disponibilidade do contaminante; [3] e as condições ambientais adequadas para o crescimento e atividade microbiana (PEREIRA e LEMOS, 2005). Existe uma variação quanto ao tipo de tratamento sendo eles “in situ” (no seu lugar de origem) e “ex situ” (fora do seu lugar de origem) (CARNEIRO e GARIGLIO, 2010).

Existem várias técnicas que auxiliam no processo de biorremediação, portanto, para decidir a técnica a ser empregada, além dos três princípios relatados acima, é necessário realizar uma análise criteriosa e individual da área a ser remediada (ANDRADE et al., 2010). Dentre as técnicas mais utilizadas encontra-se a biorremediação passiva, que é um processo de atenuação natural de um contaminante, sem que haja acréscimo de nutrientes ou adequação de qualquer condição natural (CARNEIRO e GARIGLIO, 2010); a bioestimulação que é um processo em que ocorre acréscimo de nutrientes orgânicos e inorgânicos que visam estimular a atividade microbiana (JACQUES et al., 2006); a bioventilação, que se caracteriza pela adição de oxigênio no solo contaminado para estimular o crescimento dos organismos naturais ou introduzidos (CARNEIRO e GARIGLIO, 2010).

Utiliza-se também a bioaumentação, no qual são adicionados micro-organismos especializados, para que haja um efetivo benefício dessa técnica. Condições mínimas devem ser fornecidas aos micro-organismos que foram introduzidos no local, como: a manutenção do pH, a temperatura e o fornecimento de nutrientes (LAZZARETTI, 1998). O sistema de Landfarming é aplicado para tratamentos de fase sólida de solos contaminados e pode ser realizado in situ ou ex situ (BOOPATHY, 2000). Nesta técnica os micro-organismos da camada superficial do solo são estimulados a degradar os poluentes transformando-os em substâncias inertes como CO2 e água, por meio do revolvimento do solo e uso de aeração (Doelman e Breedvelk, 1999), a eficiência do Landfarming depende das características dos solos, dos constituintes do resíduo e das circunstâncias climáticas (TOCCHETTO, 2008).

Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar e comparar os principais micro-organismos relacionados à biorremediação de resíduos petroquímicos e as vantagens e desvantagens das técnicas de biorremediação de acordo com a literatura consultada.

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Metodologia

Foi realizada uma revisão bibliográfica quantitativa a partir de 30 trabalhos científicos, publicados em português ou inglês, nos sites Google acadêmico e Scielo utilizando as seguintes palavras chaves: biorremediação, petroquímicos e poluição.

Como critério de exclusão foi estabelecido a não utilização de trabalhos em outro idioma que não fosse o inglês ou português.

Em seguida foi realizada uma tabulação dos dados e foram construídos quadros demonstrando os principais micro-organismos utilizados na biorremediação do petróleo e os seus derivados, e as vantagens e desvantagens das técnicas de biorremediação.

Resultados

Após a análise dos dados foi possível observar que para realização do processo de biorremediação é necessário avaliar as condições ambientais e a composição do solo, para escolher e desenvolver a melhor técnica (Quadro 1).

Para a biorremediação podem ser utilizados micro-organismos isolados (bactérias ou fungos) e consórcios de micro-organismos (bactérias e fungos) (Quadro 2). No quadro 2 é possível observar os principais micro-organismos citados nos trabalhos analisados e as técnicas utilizadas para a remediação de derivados do petróleo.

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Quadro 1 – Principais técnicas utilizadas no processo de biorremediação e suas vantagens e desvantagens (JACQUES et al., 2006; MARIANO, 2006; CORSEUIL e MARINS, 1998; CETESB –

online; ABBAS, 2003; TORCHETTO, 2008).

Técnica Vantagens Desvantagens

In situ

Evita custos e distúrbios ambientais associados ao

movimento do material

contaminado para o tratamento.

Manipulação limitada do meio contaminado.

Passiva Apresenta um baixo custo e

ajuda a minimizar os riscos para a saúde humana e meio ambiente, por ser um processo natural.

Pode ser lento,

necessitando de outras técnicas.

Bioestimulação Grande disponibilidade dos produtos a serem utilizados e um baixo custo. Pode necessitar de repetidas aplicações, devido à solubilidade. Bioventilação Minimização da extração de vapores, equipamentos de fácil instalação e aquisição, atuação em locais de difícil acesso e pequeno impacto na área contaminada.

Baixa umidade,

temperaturas amenas e

solos com pouca

permeabilidade, podem limitar a eficiência da técnica. Bioaumentação Intensificar o processo de biodegradação do contaminante. Riscos ambientais Ex situ

Resultado rápido, maior versatilidade para o tratamento de vários contaminantes.

Alto custo.

Landfarming

Tempo pequeno de tratamento, custo competitivo, eficiente para constituintes orgânicos com baixa biodegradabilidade.

Pouco eficiente para constituintes pesados, necessita de grandes extensões de terra, geração de poeira e vapores.

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Quadro 2 – Principais micro-organismos utilizados isoladamente e em consórcios na biorremediação de petróleo e seus derivados.

Forma de utilização dos micro-organismos

Espécie/ gêneros Autores

Técnica Consórcio de bactérias e fungos Mycobacterium fortuitum, Bacillus cereus, Microbacterium sp., Gordonia polyisoprenivorans, Microbateriaceae bacterium e um fungo Fusarium axysporum Jacques, 2010 Bioestimulação em

solo contaminado com antraceno.

Bactérias Corynebacterium sp.

Staphylococcus sp., Bacillus sp. Barbosa et al, 2007

Autóctone e

bioestimulação por

meio de surfactantes.

Fungos Glomus intraradices,

Acaulospora morrowiae, Paraglomus occultum, Archeospora trappei; Aspergillus niger e Penicillium corylophilum Nakatami et al, 2008; Pereira e Lemos, 2005 Landfarming - in situ (apoio de plantas) Bioaumentação – ex situ e bioestimulação por meio de nitrogênio Fonte: Dados da pesquisa.

Discussão

Após a análise das bibliografias consultadas, foi possível comparar as vantagens e desvantagens de algumas técnicas utilizadas para a biorremediação, (Quadro 1).

Porém, para se iniciar as técnicas de biorremediação é necessário analisar as condições do ambiente e verificar a composição do solo onde será realizada a remediação (Andrade et al., 2010). De acordo com Leahy e Colwell, (1990) e Jacques et al. (2007) um alto teor de água, causa prejuízos diretos á atividade de micro-organismos aeróbicos que são agentes importantes na biorremediação.

De acordo com Jacques et al. (2007), o pH é um fator químico que afeta diretamente a atividade microbiana, pela influência na disponibilidade de macro e micronutrientes e na solubilidade do alumínio e demais metais pesados, que podem ser tóxicos aos micro-organismos. Antagana et al. (2003), demonstraram que as maiores contagens dos micro-organismos degradadores ocorrem em taxas de pH entre 6,5 e 7,0. A temperatura também é um fator importante para a biorremediação,

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sendo melhorada em uma faixa de temperatura entre 30ºC e 40ºC, diminuindo a viscosidade dos compostos e aumentando o metabolismo microbiano (Leahy & Colwell, 1990).

Nano et al. (2003) observaram que a técnica ex situ é vantajosa, pois é possível controlar, com maior facilidade as condicionantes do meio e tem um resultado rápido, porém é uma técnica de alto custo. Em contrapartida Jaques et al. (2007) demonstraram que a técnica in situ, oferece um baixo custo e acarreta em menores impactos ambientais, sendo mais eficiente do que a técnica citada anteriormente.

A biorremediação passiva não é utilizada como ação de tratamento, pois sua única vantagem é minimizar os riscos para saúde humana e meio ambiente (Corseuil e Marins, 1998), por ser uma técnica que depende dos processos naturais pode ser lenta, necessitando do auxílio de outras técnicas. A bioaumentação quando bem utilizada tem como vantagem intensificar o processo de biodegradação do ambiente (Mariano, 2006), porém para aplicar esta técnica é necessária a autorização de órgãos governamentais e de agências de fiscalização ambiental, pois se mal empregada pode trazer riscos ambientais (Andrade et al., 2010). Já a técnica de bioestimulação de populações autóctones tem o objetivo de aumentar as taxas de biodegradação e pode ser uma técnica de baixo custo (Atlas, 1997). Leavitt e Brown (1994) ao comparar as técnicas de bioestimulação e bioaumentação concluíram que para algumas aplicações, a bioestimulação de micro-organismos autóctones é a melhor escolha, considerando o custo e desempenho.

Andrade et al. (2010) demonstraram que a landfarming é bastante utilizada em degradação de compostos de hidrocarbonetos de petróleo nas indústrias e refinarias. Esta técnica é bastante vantajosa, pois o projeto e implantação é simples, com tempo pequeno de tratamento, custo competitivo e eficiente para constituintes orgânicos com baixa biodegradabilidade. Porém necessita de grandes extensões de terra e apresenta grande geração de poeiras e vapores durante a aeração da terra (Torcchetto, 2008).

Neste estudo, foram levantados os principais micro-organismos utilizados na degradação dos resíduos de petróleo na literatura consultada, onde foi possível observar que para realização da biorremediação podem ser utilizados, fungos, bactérias e até mesmo consórcios de micro-organismos (Quadro 2).

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Jacques et al. (2010), observaram eficiência da biorremediação em solos contaminados com antraceno, utilizando consórcio microbiano através da técnica de bioestimulação. O consórcio aplicado foi composto por espécies bacterianas: Mycobacterium fortuitum, Bacillus cereus Microbacterium sp., Gordonia polyisoprenivorans, Microbateriaceae bacterium, e um fungo Fusarium axysporum. Estes autores verificaram melhor mineralização do solo contaminado em locais com maior umidade, pH próximo da neutralidade e também observaram que a adição de nutrientes como nitrato, fósforo, ferro e enxofre não apresentaram alterações positivas, não afetando a biorremediação. Também observaram que a microbiota autóctone presente no solo não se mostrou tão eficiente quanto o consórcio utilizado. Kastner et al. (1998), também constatou que a inoculação de bactérias degradadoras no solo, eliminou 10 vezes mais o antraceno do solo com um tempo sete vezes menor que a microbiota autóctone.

Já Barbosa et al. (2007) e Chun et al. (2002), utilizaram a técnica de bioestimulação, a fim de estimular a produção de surfactantes que possuem várias vantagens, como a capacidade de emulsificar e dispersar os hidrocarbonetos em água, tornando-os disponíveis e com isso retirá-los do ambiente “naturalmente”, através de processos como mineralização e solubilização. Os biosurfactantes são vantajosos também por apresentarem baixa toxicidade, biodegradabilidade, estabilidade em valores extremos de pH e temperatura, dentre outros (Fiechter, 1992). Barbosa et al. (2007), analisaram micro-organismos autóctones no solo para biorremediação, onde encontraram no efluente coletado de uma indústria petroquímica três gêneros de bactérias, Corynebacterium sp. Staphylococcus sp., Bacillus sp. ( Quadro 2). Onde as bactérias do gênero Corynebacterium sp. se destacaram na produção de surfactantes, obtendo resultados satisfatórios.

Nakatami et al., (2008) estudaram o emprego de fungos micorrízicos a partir da técnica de landfarming, porém, esta técnica não é eficiente para remover todos os contaminantes, necessitando de outras técnicas complementares para a sua total remoção (Atagana, 2004). Uma alternativa para aumentar a eficiência da landfarming é o emprego de plantas que possam estimular a degradação do contaminante (Susarla et al., 2002). A fim de testarem esta alternativa Nakatami et al. (2008), utilizaram os fungos micorrízicos Glomus intraradices, Acaulospora morrowiae, Paraglomus occultum, Archeospora trappei, na rizosfera do solo estudado, e verificaram que as raízes dessas plantas estimularam a microbiota

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degradadora em geral, comprovando uma maior eficiência com relação aos locais que possuíam somente os fungos.

Os fungos podem ser empregados também em outras técnicas, Pereira e Lemos (2004), utilizaram a bioaumentação com o auxílio dos fungos Aspergillus niger e Penicillium coryophilum e de bioestimulação com adição de uréia, nitrato de sódio e sulfato de amônia, servindo de fonte de nitrogênio. A fonte de nitrogênio é essencial para o processo de biorremediação, pois está relacionado ao metabolismo dos micro-organismos. Após análise da prática aplicada, observaram que uréia foi a fonte de nitrogênio que conduziu melhores resultados, onde A. niger apresentou 17,7% e P. corylophilum 20,1%, na degradação do petróleo.

Conclusão

Devido ao grande impacto ambiental ocasionado pela extração, transporte e refino do petróleo, as indústrias buscam meios para solucionar esse problema. Uma alternativa bastante utilizada atualmente é a biorremediação que visa remediar os locais impactados por meio de populações microbianas, com opções de utilizar bactérias, fungos ou até mesmo o consórcio de bactérias e fungos.

Existem várias técnicas de biorremediação, podendo ser aplicadas de forma in situ ou ex situ, onde a eficiência de cada uma delas dependerá do objetivo da mesma e das condições ambientais do local a ser remediado. As técnicas de biorremediação passiva, biestimulação e landfarming se destacam por se tratar de processos de baixo custo, porém para utilização das mesmas é necessário uma boa avaliação do local a ser degradado.

Pode-se utilizar bactérias, fungos e consórcios de micro-organismos para a realização das técnicas de biorremediação e a eficiência se dá através das condições favoráveis da área impactada.

Como foi visto a biorremediação é um processo eficiente para a remediação dos locais impactados com petróleo e seus derivados, porém para otimização do processo é preciso fazer uma avaliação minuciosa da área, levando em consideração as condições ambientais, condições do solo e estudo dos micro-organismos a serem utilizados.

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