ATENUAÇÃO NATURAL DE UM SOLO ARGILOSO, CONTAMINADO
PELAS MISTURAS B0, B5 E B20
Cleomar Reginatto
Mestrando do Programa de Pós Graduação em Engenharia. Universidade de Passo Fundo
Cleomarreginatto@hotmail.com Antonio Thomé
Professor/Pesquisador do Programa de Pós Graduação em Engenharia e Dos Cursos de Engenharia Ambiental e Engenharia Civil. Universidade de Passo Fundo
Thome@upf.br
Liliane Rebechi Ribeiro Meneghetti
Doutoranda do Programa de Pós Graduação em Engenharia civil. Universidade Federal Do Rio Grande do Sul
lilianerebechi@yahoo.com.br Gabriel Cavelhão
Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental. Universidade de Passo Fundo
cavelhao@hotmail.com
Resumo Através da busca por fontes
energéticas e ambientalmente mais adequadas, entra no mercado os biocombustíveis, como é o caso do biodiesel, que acaba se tornando também uma importante fonte de contaminação de solo e reucursos hidricos. Nesse sentido a biorremediação entra como uma boa técnica, para remediação de solo e água. O objetivo deste trabalho foi avaliar a degradação, em laboratório, de um solo argiloso contaminado com misturas de diesel e biodiesel, através da técnica de atenuação natural. Foram utilizados três diferentes percentuais de biodiesel junto ao diesel: B0, B5 e B20, moldados em 6 biorreatores Coletas nos tempos inicial e final do experimento foram realizadas, e essas foram analisadas quantitativamente pelo método de Soxhlet e qualitativamente pela cromatografia gasosa Os resultados demonstram valores maiores de degradação para a mistura com maior percentual de biodiesel (B20).
Palavras-chave: Biorremediação, Biodiesel.
Atenuação natural..
1. INTRODUÇÃO
A contaminação de solos e água subterrânea por combustíveis derivados de petróleo (óleo diesel, gasolina e demais derivados) tem sido destaque nas últimas décadas, principalmente em função da freqüência com que os episódios de contaminação são verificados e da gravidade com que o meio ambiente é afetado (SPINELLI, 2005).
Segundo dados da FEPAM (2010) de 2006 até setembro de 2010 foram registrados somente no Rio Grande do Sul, 26 acidentes com cargas envolvendo combustíveis oleosos, principalmente com derrames de diesel e gasolina e destes 2 com derrames de biodiesel, contaminando o solo e alguns casos até os recursos hídricos.
A busca por fontes energéticas alternativas tem sido estimulada, devido à preocupação em diminuir os índices elevados de poluição e a dependência de combustíveis fósseis. Por esse motivo, vem sendo explorada
cada vez mais a utilização de biocombustíveis, como o biodiesel cujas fontes são renováveis (MEYER, 2011).
O biodiesel está entrando na matriz energética brasileira, como componente junto ao diesel. Esta fonte de energia alternativa foi decretada pela lei n° 11.097, dia 13 de janeiro de 2005, que dispõe sobre a introdução do biodiesel na Matriz energética brasileira, sendo fixado em 5% (cinco por cento), em volume, o percentual mínimo obrigatório de adição de biodiesel ao óleo diesel (B5) comercializado ao consumidor final, em qualquer parte do território nacional. A adição de pelo menos 20% de biodiesel ao óleo diesel comercializado, o chamado B20, será obrigatório a partir de 2018.
A crescente produção de biodiesel, fonte alternativa de combustível, pode proporcionar ganhos consideráveis e benefícios ao meio ambiente. Segundo Pinto et al., (2005), há uma menor emissão de dióxido de carbono (CO2),
monóxido de carbono (CO), óxidos de enxofre (SOx), excetos os compostos orgânicos voláteis e material particulado.Essas medidas adotadas diminuem os impactos ambientais negativos decorrentes de um vazamento, considerando os aditivos provenientes de origem vegetal ou animal, os contaminantes tornam-se mais biodegradáveis, mas tornam-se também um importante contaminante do solo a ser estudado.
Uma grande variedade de processos físico-químicos e biológicos tem sido para remediar solos contaminados, mas muitos destes acabam esbarrando no alto custo da técnica e grande intervenção na área. Os processos biológicos são uma tecnologia já conhecida internacionalmente e muito desenvolvida, para
remover contaminantes oleosos,
principalmente devido à eficiência e o custo quando comparados a alternativas físico-química (ABDUSALAM e OMALE, 2009; KARAMALIDIS et. al., 2010).
Os microrganismos são considerados biodegradadores eficientes devido a sua
abundância, a diversidade de espécies, e sua versatilidade catabólica e anabólica, bem como a sua capacidade de adaptação a condições
ambientais adversas. (MORAES e
TORNISIELO, 2009). Ainda, segundo Bento et al., (2004), constituem processos simples e aplicáveis à grandes áreas.
Dentre as varias técnicas de biorremediação que podem ser realizadas as mais utilizadas são a atenuação natural, a bioaumentação e a bioestimulação (MARTINS et al., 2003; BENTO et al., 2004; LIN et. al, 2010).
Segundo Jacques et al., 2007a a atenuação natural é a técnica que utiliza processos naturais para degradação e redução das concentrações de contaminantes para níveis aceitáveis.
A avaliação da remediação por este método requer uma ação conjunta de acompanhamento e monitoramento. Além disso, se fazem necessários estudos efetivos capazes de avaliar a taxa de degradação ou decaimento do contaminante para diagnosticar a eficiência da remediação (MENEGHETI, 2007).
Em solos contaminados, a eficiência da atenuação natural ou engenharia de biorremediação depende largamente da
capacidade de biodegradação dos
microorganismos indígenas (PENET et al., 2006). A partir disso, muitos estudos têm surgido no sentido de pesquisas alternativas para biorremediar o solo; e esta técnica demonstra ser uma opção de tratamento para lugares contaminados por compostos oleosos (BRADDOCK et al., 1997).
Embora o biodiesel seja um combustível biodegradável, o seu comportamento em relação à sua biodegradação ainda é desconhecido em vários tipos de solos, ainda não se sabe se diferentes concentrações de biodiesel adicionadas ao óleo Diesel influenciam na velocidade de degradação por
microorganismos indígenas (autóctones) em um solo argiloso.
Assim o objetivo deste trabalho é avaliar a biorremediação de um solo argiloso contaminado com diferentes misturas de diesel e biodiesel.
2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Local de estudo
O estudo foi realizado no laboratório de geotecnia ambiental, da universidade de Passo Fundo, na cidade de Passo Fundo RS.
2.2 Solo
O solo utilizado é de origem residual e pertence à província geológica do planalto riograndense, segundo a geologia do Rio Grande do Sul, e à bacia do Paraná segundo a
geologia do Brasil (BERTORELLI;
HARALYI, 1998).
Este solo foi coletado do campus experimental de Geotecnia da Universidade de Passo Fundo. O mesmo foi coletado de forma deformada do horizonte B do perfil do solo, através de uma vala aberta no local. A Figura 1 apresenta o horizonte de amostragem do solo e a Tabela 1 apresenta algumas características geotécnicas e físico- químicas do solo.
Figura 1. Perfil de solo do local estudado Tabela 1. Caracterização geotécnica e
físico-química do solo Parâmetro Valor Agila (%) 68 Silte (%) 5 Areia (%) 27 Limite de Liquidez (%) 53,0 Limite de Plasticidade (%) 42,0 Peso específico real dos grãos (kN/m³) 26,7 Umidade Natural (%) 34 Peso específico natural (kN/m³) 16,3 Índice de Vazios 1,19 Grau de Saturação (%) 75,7
Porosidade (%) 54
pH 5,4
Matéria Orgânica (%) < 0,8 Capacidade de Troca Catiônica (cmolc/dm³) 8,6 Condutividade hidráulica (cm/s) 1,39x10-7
Fonte: Prietto et al.(2010)
A classificação pedológica, segundo Streck et al. (2008), é de um Latossolo Vermelho distrófico húmico (unidade Passo Fundo). Do ponto de vista geotécnico, é classificado como CH, ou argila de alta plasticidade.
O solo apresenta pH ácido, alto teor de argila, baixo teor de matéria orgânica e baixa CTC, típica de solos com predominância do argilo-mineral caulinita (STRECK et al., 2008).
2.3 Biorreatores
Para montagem do experimento foram utilizados cilindros de alumínio, que funcionaram como biorreatores. Estes eram com formato cilíndrico, com 24 cm de diâmetro e 24 cm de altura, com volume de 0,010852 m3 utilizados para colocação do solo
contaminado, descontando a parte côncava do fundo do mesmo. A Figura 2 apresenta o equipamento utilizado como biorreator.
Figura 2. Cilindros de alumínio utilizados como biorreatores
A parte inferior do cilindro foi preenchida com areia inerte, para nivelar o volume útil de todos os cilindros utilizados. Calculou-se o volume de solo de acordo com a área útil do cilindro, considerando as características de campo do solo, quanto a umidade (34%) e densidade (1,6 g/cm³.)
2.4 Contaminação do solo e montagem dos biorreatores
Após tirada a umidade natural de campo o solo, foi colocado em bandejas e posto ao sol para que perdesse parte de sua umidade (adicionada posteriormente na forma de contaminante) e depois armazenados em sacos plásticos vedados.
Devido ao grande volume de solo a ser seco este foi dividido em 3 bandejas, sendo que no final cada uma apresentou diferenças quanto a umidade. A Tabela 2 apresenta as massas de solo, água e contaminante utilizadas em cada experimento de acordo com as diferentes percentuais de umidade no solo.
Tabela 2. Valores utilizados para moldagem dos Biorreatores
Solo 1 Solo 2 Solo 3 Úmidade (%) 13,369 13,494 16,306 Peso solo úmido (Kg) 14,8872 14,9038 15,27084
Água (Kg) 1,9574 1,9408 1,5738 Contaminante (Kg) 0,5182 0,5182 0,5182 Peso total (kg) 17,3629 17,3629 17,3629
O solo seco e peneirado foi contaminado
com diferentes valores de misturas de diesel e biodiesel, sendo estas B0, B5 e B20 (o valor junto ao B expressa o percentual de biodiesel junto ao diesel). A contaminação foi feita com 4% de contaminante em relação a massa seca de solo. Foram montados 6 biorreatores, sendo 2 para cada tipo de mistura.
A massa total de solo contido no biorreator foi dividida em 5 partes iguais, e para cada parte foi feita a contaminação e compactação dentro do recipiente do biorreator na densidade natural de campo. A massa de solo foi inicialmente acrescida de água até que ficasse com 30% de umidade e após bem homogeneizada, foi adicionada a mistura de contaminante de 4%, ficando o solo novamente com o valor de umidade de campo de 34%. Os biorreatores foram montados em laboratório, com condições de temperatura controlada de 240C. As Figuras 3 e 4
demonstram a montagem dos biorreatores e a Figura 5 apresenta os biorreatores finalizados.
Figura 3. Pesagem do solo e adição de umidade
Figura 4. Compactação do solo contaminado no biorreator
Figura 5. Biorreatores finalizados
2.5 Coleta do solo e análises
A degradação das misturas no solo foram realizadas em na etapa inicial e após decorridas 15 semanas do experimento.
As amostras de solo foram coletadas de forma aleatória nos biorreatores através de um embolo de metal, (como demonstrado na Figura 6), sendo que para cada biorreator era coletada em torno de 15 g de amostra. Após coletadas as amostras, o local vazio resultante foi preenchido com areia para evitar desmoronamento do solo.
Figura 6. Coleta da amostras de solo Para se avaliar a degradação dos óleos e graxas do solo foi utilizado o método de Soxhlet baseado na quantificação gravimétrica do material extraído com solvente, pelo
método da EPA 3040c. Ainda a degradação qualitativa das cadeias carbônicas foi realizada através da cromatografia gasosa.
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados apresentados na Figura 7 estão relacionados com o percentual médio de contaminantes residuais obtidos ao final do experimento. 1,60 1,71 1,00 0,00 0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 B0 B5 B20 % Residual Mistura
Figura 7. Média residual dos contaminantes após 15 semanas de experimento Todas as misturas apresentaram uma redução de contaminantes residuais no final do experimento, quando comparados os percentuais de contaminação inicial de 4%. O B20 foi a mistura que apresentou menor fração residual com extração do contaminante de 1%, seguido pelo B0 e B5, com 1,6% e 1,71%, respectivamente. Estes valores indicam que quanto menor o percentual residual maior degradação destes contaminantes.
A percentagem de degradação após 15 semanas do experimento, considerando uma média dos valores obtidos nos ensaios 1 e 2, é apresentado na Figura 8.
60,4 57,4 75,0 0 20 40 60 80 100 B0 B5 B20 % De degradação Mistura
Figura 8. Média de degradação das misturas após 105 dias de ensaio
Através do processo de atenuação natural (microrganismos indígenas) após 15 semanas observa-se que a degradação dos contaminantes ocorreu em todas as misturas estudadas, variando de 57,4% para o B5 e 70% para a mistura B20. Como esperado, a maior degradação ocorreu na mistura B20 devido à maior biodegradabilidade do biodiesel.
A análise da degradação dos TPH (hidrocarbonetos totais de petróleo), através da cromatografia gasosa mostrou também maior degradação na mistura B20. A Tabela 3 apresenta os percentuais médios de degradação das frações leve e pesada dos contaminantes nas misturas.
Tabela 3. Média de degradação dos TPH
Mistura Fração leve (C12- C23) Fração Pesada (C24-C30) B0 56,73 % 80,5% B5 51,11% 85,4% B20 69,52% 85,69%
Os dados obtidos neste estudo corroboram os estudos de Owsianiak et al (2009) e Pasqualino et. al. (2006), confirmando que a degradação do biodiesel foi maior nas amostras e ajudou a degradação de combustíveis fósseis presentes nas misturas pelo efeito do cometabolismo.
4 CONCLUSÕES
Na análise quantitativa de degradação das misturas chegou-se a 75% após 15 semanas de aplicação da técnica de atenuação natural, para a mistura B20 em que para o B0 chegou-se a um valor máximo de 60% e para o B5 de 57,4%.
Na análise de degradação dos TPH houve maior degradação das frações pesadas, sendo maior degradações tanto da fração leve como da fração pesada para a mistura B20.
Isto demonstra que o uso da técnica de atenuação é uma boa alternativa para descontaminar solos argilosos contaminados com misturas de diesel e biodiesel. Ainda o uso do biodiesel como combustível, alem de ser ambientalmente mais adequado, pela menor geração de gases poluentes na sua queima, ainda é mais biodegradável e auxilia na degradação de combustíveis fósseis, utilizados na mistura.
Agradecimentos
O autores gostariam de expressar seus agradecimentos aos conselhos nacionais de pesquisa (CNPq/MCT e CAPES) pelo financiamento dos grupos de pesquisa (processos 303200/2005-7, 301253/2008-0, 480565/2009-0,301869/2007-3).
5.REFERÊNCIAS
ABDULSALAM, S; OMALE, A. B. Comparison of biostimulation and bioaugmentation techniques for the remediation of used motor oil contaminated soil. Braz. arch. biol. technol. [online], Vol. 52, p 747-754, mai-Jun, 2009.
BENTO, F. M.; CAMARGO, F. A. O.; OKEKE, B.. Bioremediation of soil contaminated by diesel oil. Brazilian
Journal of Microbiology, Vol.34, p.65-68,
2004.
BERTORELLI, A. E HARALYI, N. Geologia
do Brasil. In: Oliveira, A. M. S.; Brito, S.
N. A. (Coord.) Geologia de engenharia. São Paulo: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, 584 p.,1998. BRADDOCK, J. F.; RUTH, M. L.;
CATTERALL, P. H. Enhancement and Inhibition of Microbial Activity in Hydrocarbon-Contaminated Arctic Soils: Implications for Nutrient-Amended Bioremediation. Environ. Sci. Technol, Vol. 31, p. 2078 -2084, 1997.
BOSCOV, M. E. G. Geotecnia ambiental. São Paulo: Oficina de Textos, 2008, 248p. FEPAM-RS - Fundação Estadual De Proteção
Ambiental Henrique Luiz Roessler.
Acidentes de transporte de cargas perigosas. Disponível em: <http://www.fepam.rs.gov.br/emergencia/re l_acidentes.asp?pagina_Atual=2&navegaca o=next&ordem>. Acesso em 10 set. 2010. JACQUES, R. J. S.; BENTO, F. M.;
ANTONIOLLI, Z. I. C.; FLÁVIO A. DE O. Biorremediação de solos contaminados
com hidrocarbonetos aromáticos
policíclicos. Cienc. Rural [online], vol.37, n.4, p. 1192-1201, 2007
KARAMALIDIS, A. K.; EVANGELOU A. C.; KARABIKA E.; KOUKKOU, A. I.; DRAINAS, C.; VOUDRIAS, E. A. Laboratory scale bioremediation of petroleum-contaminated soil by indigenous microorganisms and added Pseudomonas
aeruginosa strain Spet.. Bioresource
Technology, Vol.101, p. 6545-6552, 2010.
LIN T.; PO-TSEN P.; SHENG-SHUNG C. Ex situ bioremediation of oil-contaminated soil.
Journal of Hazardous Materials,
Vol.176, p. 27–34, 2010.
MARTINS, A. P. R.; DINARDI, A. L.; FORMAGI, V. M.; LOPES, T. A.; BARROS, R.; CONEGLIAN, C. M. R; BRITO, N. N.; DRAGONI, S. G.; TONSO, S. Biorremediação. In: III Fórum de
Estudos Contábeis, 2003, Rio Claro. III
Fórum de Estudos Contábeis, São Paulo,
Brasil, 2003.
MENEGHETTI, L. R. R. Biorremediação na
descontaminação de um solo residual de basalto contaminado com óleo diesel e biodiesel. Dissertação (Mestrado em
Engenharia - Faculdade de Engenharia e Arquitetura). Universidade de Passo Fundo, Passo fundo, 2007.
MEYER, D.D. Avaliação da
biodegradabilidade de misturas de diesel e de biodiesel (b0, b20 e b100) em dois solos com diferentes granulometrias.
Dissertação (Mestrado em microbiologia agrícola e do ambiente) – Instituto de ciências básicas da saúde. Universidade Federal do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, 2011.
MORAES, B. EDUARDO; TORNISIELO, T. M. S. Biodegradation of Oil Refinery Residues Using Mixed- Culture of Microorganisms Isolated from a Landfarming. Brazilian archives of
Biology and technology, Vol.52, p.
1571-1578, 2009.
OWSIANIAK, M.; LUKASZ, C. A. S.; STANIEWSKI, J. J.; ANDRZEJ, O.; AGNIESZKA, K. O. S.; HERMANN, J. Biodegradation of diesel/biodiesel blends by a consortium of hydrocarbon degraders:
Effect of the type of blend and the addition of biosurfactants.Bioresource Technology, Vol.100, p.1497–1500, 2009.
PASQUALINO, J. C.; MONTANÉ, D.; SALVADÓ, J. Synergic effects of biodiesel in the biodegradability of fossil-derived fuels. Biomass and Bioenergy, Vol.30, p. 874–879, 2006.
PENET, S.; VENDEUVRE, C.;
BERTONCINI, F.; MARCHAL, R.;
MONOT, F. Characterisation of
biodegradation capacities of environmental microflorae for diesel oil by comprehensive two-dimensional gas chromatography.
Biodegradation, Vol.17, p.577-585, 2006.
PINTO, A.C.; GUARIEIRO, L. L. N.; REZENDE, M. J. C.; RIBEIRO, M. N.; TORRES, E. A.; LOPES, W. A.; PEREIRA, P. A. P.; ANDRADE, J. B. Biodiesel: An Overview. J. Braz. Chem.
Soc.,V. 16, p. 1313-1330, 2005.
PRIETTO, P. D.; REGINATTO, C.; KORF, E. P.; THOMÉ, A.; CANSOLI, N.C. (2010). Comportamento hidráulico e reativo de uma mistura solo-cimento para barreiras de fundo em aterros de resíduos sólidos, in: CONGRESSO BRASILEIRO DE MECANICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTÉCNICA, 15 ed., 2010, , Gramado. Anais... ABMS, 2010. CD-ROM.
SPINELLI, L. DE F. Biorremediação,
Toxicidade e Lesão Celular em derrames de gasolina. 2005. Tese (Doutorado em
Engenharia Civil - Faculdade de Engenharia Civil). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2005.
STRECK, E. V. Solos do Rio Grande do Sul. 2. ed. Porto Alegre: EMATER/RS, 2008.
