Biorremediacao de Solo Argiloso Contaminado
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
DOUGLAS GUEDES FERREIRA
Biorremediao de Solo Argiloso Contaminado com Gasolina Aditivada com Diferentes Teores de Etanol
RIO DE JANEIRO
2010
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DOUGLAS GUEDES FERREIRA
Biorremediao de Solo Argiloso Contaminado com Gasolina Aditivada com Diferentes Teores de Etanol
Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa de Ps-graduao em Tecnologia dos Processos Qumicos e Bioqumicos, Escola de Qumica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como requisito parcial para a obteno do Ttulo de mestre em Cincias
Orientao: Prof. Dra. Eliana Flvia Camporese Srvulo Prof. Dra. Denise Dias de Carvalho
RIO DE JANEIRO
2010
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F383b Ferreira, Douglas Guedes
Biorremediao de Solo Argiloso Contaminado com Gasolina Aditivada com Diferentes Teores de Etanol/ Douglas Guedes Ferreira. - 2010
xx, 113 f.: il. Dissertao (Mestrado em Tecnologia dos Processos Qumicos e
Bioqumicos) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Qumica, Rio de Janeiro, 2010.
Orientadoras: Eliana Flvia Camporese Srvulo e Denise Dias de Carvalho. 1. Solo Argiloso. 2. Gasolina. 3. Biorremediao. Teses. I. Srvulo, Eliana
Flvia Camporese (Orient.). II. Carvalho, Denise Dias (Orient.). III. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Programa de Ps-graduao em Tecnologia dos Processos Qumicos e Bioqumicos, Escola de Qumica. IV. Ttulo.
CCD 363.7
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AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer:
Deus pela sua iluminao e conforto at mesmo nos momentos mais difceis; Aos meus pais, em especial ao meu pai que hoje um exemplo de serenidade e
sabedoria que me permite encontrar o equilbrio mesmo nos momentos mais
turbulentos;
Professora Eliana que foi muito mais que uma orientadora durante toda a nossa convivncia, emprestando seus ombros e ouvidos como uma grande amiga e
ainda o colo confortvel de uma me amorosa;
Professora Denise pela colaborao; Dra Mrcia e toda a equipe do Laboratrio de Biocorroso e Biodegradao,
Instituto Nacional de Tecnologia (Ana, Luciana, Mariana, Miriam e Viviane), que
permitiram a realizao deste trabalho tanto pelo fornecimento do espao fsico
quanto pela ajuda na realizao dos ensaios;
equipe do Laboratrio de Microbiologia Industrial pela amizade e contribuio, principalmente a Juliana e Kally por compartilhar dos momentos de aflio;
equipe do Laboratrio de Tecnologia Ambiental pela colaborao na realizao desse trabalho, principalmente as tcnicas Suzana e Vernica;
equipe do Laboratrio de Geotecnia/COPPE pela colaborao na realizao desse trabalho, principalmente a Dra Alcione Chagas;
s minhas amigas de faculdade que me permitem compreender que mesmo com a vida atribulada ainda possvel manter os laos de amizade, em especial a
Aline, Andreza, Carol B., Carol K., Juliana, Patrcia e Tatiana;
minha amiga Fernanda por muitas vezes ser meus olhos, ouvidos e conscincia;
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) e PETRORAS pelo fornecimento de bolsa e todo o suporte financeiro para a
realizao desse trabalho;
E, todos aqueles que participaram de forma direta ou indireta para que eu alcanasse esse meu objetivo.
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Qualquer coisa que voc fizer na
vida ser insignificante, mas muito
importante que voc o faa
Mahatma Ghandi
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RESUMO
O solo um ecossistema rico em biodiversidade, entretanto as atividades
antrpicas ameaam a dinmica e at mesmo a permanncia das espcies de
microrganismos, animais e vegetais que compem esse bioma. O uso intensivo do
petrleo e seus derivados podem ser apontados como uma das origens dessa
ameaa ambiental. Dentre os derivados do petrleo, a gasolina se destaca pela
gerao de efeitos agressivos ao meio ambiente e sade humana. No caso da
gasolina brasileira ainda existe um agravante, pois a legislao nacional determina
que a gasolina comercial contenha 25% (v/v) de etanol. Essa adio aumenta a
solubilidade da gasolina em gua permitindo a maior difuso do contaminante, e, por
conseguinte aumentando a rea contaminada. Desse modo, h a necessidade de se
aplicar mtodos de tratamento nas reas afetadas pela contaminao. As opes de
tratamento incluem tcnicas fsico-qumicas e/ou biolgicas, contudo as tcnicas
biolgicas so, em geral apresentam custos inferiores s tcnicas fsico-qumicas e,
ainda, possuem maior aceitabilidade por parte da sociedade e agncias reguladoras.
Por isso, este estudo dividiu-se em duas partes, a primeira foi realizada em
microcosmos e teve por finalidade avaliar as condies nutricionais e de umidade na
biorremediao da gasolina em solo argiloso, bem como verificar se a variao no
percentual de etanol na gasolina interfere no processo de biorremediao. J a
segunda parte foi realizada em colunas cilndricas de 60 cm de comprimento e 10
cm de raio visando verificar a realizao do processo em diferentes profundidades
de solo. Os resultados obtidos na primeira etapa indicaram que o teor de etanol
testado (25%) no interfere no processo de biorremediao, por outro lado, o ajuste
do solo para 50 ppm de fsforo permitiu a remoo de mais 50% do contaminante
nos ensaios. Baseado nisso, verificou-se que o maior teor de umidade (40%)
colabora para a maior eficincia do processo. Na segunda etapa, o etanol tambm
no interferiu na biorremediao, entretanto permitiu que o contaminante atingisse o
fundo da coluna em um menor intervalo de tempo. A degradao do contaminante
foi irrisria no solo sem ajuste de nutrientes, enquanto que nos ensaios com ajuste
de 50 ppm de fsforo foi possvel remover cerca de 70% do contaminante. Esses
dados indicam que a biorremediao pode ser aplicada no tratamento de solos
contaminados com gasolina, que introduo de nutrientes crucial para isso, e
tambm pde-se observar que a presena do etanol no interfere nesse processo.
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ABSTRACT
Soil is an ecosystem rich in biodiversity, however human activities threaten the
dynamic and even the permanence of microorganisms, animals and plants species
which compose this biome. The intensive use of oil and its derivatives are one of the
causes these environmental threats. Among the petroleum, gasoline promotes
harmful effects to the environment and human health. Additionally, the Brazilian
gasoline still has an aggravating, because the legislation provides that the
commercial gasoline contains 25% (v / v) ethanol. This addition increases the water
solubility of gasoline and allows greater diffusion of the contaminant, therefore
increases the contaminated area. So, its necessary to apply treatment methods in
the areas affected by contamination. Treatment options include physico-chemical
techniques and / or biological, but biological techniques have generally lower costs
than physico-chemical techniques, and also have greater acceptance by society and
regulator agency. Therefore, this study was divided into two parts, the first one was
performed in microcosms and aimed to evaluate the nutritional status and moisture
for gasoline bioremediation in clay soil and verify if the variation in the ethanol
percentage in gasoline interfere in bioremediation process. The second part was
performed in cylindrical columns with 60 cm long and 10 cm in radius in order to
verify the completion of the process in different soil depths. The results obtained in
the first stage indicated that the concentration of ethanol tested (25%) did not
interfere in bioremediation process, however, adjusting the soil to 50 ppm of
phosphorus allowed the removal of over 50% of the contaminant in the assays.
Based on that, it was found that the higher moisture content (40%) contributes to
greater efficiency. In the second stage, ethanol also did not interfere in
bioremediation, however allowed the contaminant to reach the bottom of the column
in a shorter time interval. The degradation of the contaminant was negligible in the
soil of nutrients without adjustment, while tests with adjustment of 50 ppm of
phosphorus was possible to remove about 70% of the contaminant. These data
indicate that bioremediation can be applied in the treatment of soils contaminated
with gasoline, the introduction of nutrients is crucial for this, and could also be
observed that the presence of ethanol does not interfere in this process.
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LISTA DE FIGURAS
PGINA
Figura 1 Representao dos cinco horizontes de um solo completo 18 Figura 2 Classificao textural dos solos segundo departamento de agricultura dos Estados Unidos da Amrica, 1993
20
Figura 3 Distribuio dos argissolos e dos latossolos no territrio brasileiro
21
Figura 4 Processo de refino do petrleo e as reaes de transformao dos produtos da destilao
27
Figura 5 Principais fontes poluidoras do estado de So Paulo 32 Figura 6 Causas da poluio por postos de combustveis na cidade de So Paulo
33
Figuras 7 Principais combustveis contaminantes do solo no estado de So Paulo
33
Figura 8 Local de coleta do solo argiloso 43 Figura 9 Ilustrao do reator usado no ensaio de diversidade microbiana
52
Figura 10 Testes de percolao do contaminante feitos em coluna (mido: 20% de umidade; saturado: 40%)
53
Figura 11 Placa multipoo usada para a estimativa da concentrao de bactrias hidrocarbonoclsticas pela tcnica do nmero mais provvel
55
Figura 12 Ciclo usado na reao de PCR (polymerase chain reaction) para a identificao de culturas isoladas
57
Figura 13 - Avaliao da ecotoxicidade 60 Figura 14 - Constituio granulomtrica do solo argiloso utilizado 61 Figura 15 Teores finais de hdrocarbonetos totais do petrleo, expressos em valores mdios, para a biorremediao de latossolo contaminado com
10% (m/m) de gasolina em diferentes condies de etanol, fertilizante e
umidade.
69
Figura 16 Concentraes inicial e final de bactrias hidrocarbonoclsticas para biorremediao de solo contaminado com
gasolina nas diferentes condies ensaiadas usando solo mido.
73
Figura 17 Concentraes inicial e final de bactrias hidrocarbonoclsticas para biorremediao de solo contaminado com
gasolina nas diferentes condies ensaiadas usando solo saturado.
74
-
Figura 18 Comparao entre o percentual de remoo de HTP e a variao da concentrao de BHC nos ensaios do planejamento fatorial
(Quadros 5 e 6).
76
Figura 19 Percentual de mortalidade de minhocas nos ensaios do planejamento fatorial
79
Figura 20 Diagrama de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas na remoo de hidrocarbonetos totais do petrleo
82
Figura 21 Diagrama de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas para o crescimento das bactrias hidrocarbonoclsticas
82
Figura 22 Diagrama de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas na mortalidade de minhocas (Eisenia fetida)
83
Figura 23 Grfico das Mdias relacionando a mortalidade de minhocas e a concentrao de fsforo, com base na umidade (mido-20%;
saturado-40%)
84
Figura 24 Teor de hidrocarbonetos totais do petrleo no ensaio EB-1 em diferentes profundidades ao longo de 60 dias
87
Figura 25 Teor de hidrocarbonetos totais do petrleo no ensaio EB-2 em diferentes profundidades ao longo de 60 dias
87
Figura 26 Teor de hidrocarbonetos totais do petrleo no ensaio EB-3 diferentes profundidades ao longo de 60 dias
88
Figura 27 Teor de hidrocarbonetos totais do petrleo no ensaio EB-4 em diferentes profundidades ao longo de 60 dias
88
Figura 28 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no
controle CEB-I em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo.
90
Figura 29 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no controle CEB-II em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo
91
Figura 30 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no ensaio EB-1 em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo.
91
Figura 31 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no ensaio EB-2 em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo.
92
Figura 32 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no ensaio EB-3 em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo.
94
Figura 33 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no ensaio EB-4 em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo
95
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LISTA DE QUADROS
PGINA
Quadro 1 Distribuio de microrganismos em vrias profundidades do solo
22
Quadro 2 Fraes tpicas do petrleo 26 Quadro 3 - Componentes da gasolina identificados por Solid Phase Microextraction (SPME)
29
Quadro 4 Parmetros analisados para caracterizao do solo 46 Quadro 5 Quadro 5 Matriz do Planejamento Fatorial 22 em Solo com 20% de umidade
49
Quadro 6 Matriz do Planejamento Fatorial 22 em Solo com 40% de umidade
49
Quadro 7 Matriz dos ensaios controles realizados 50 Quadro 8 Matriz do Ensaio de Biorremediao em Coluna 52
Quadro 9 Concentrao final dos reagentes na reao de PCR 57 Quadro 10 Caractersticas fsico-qumicas do solo 64 Quadro 11 Caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas do solo corrigido
67
Quadro 12 Bactrias isoladas do solo in natura e de amostras dos ensaios de biorremediao
98
-
SUMRIO
PGINA
1. INTRODUO E OBJETIVOS 12 2. REVISO BIBLIOGRFICA 16 2.1. Solo 16
2.1.1. Formao do Solo 16
2.1.2. Caractersticas do Solo 18
2.1.3. Solo Brasileiro 21
2.1.4. Microbiologia do Solo 22
2.1.4.1. Fatores que Afetam a Microbiota do Solo 23
2.2. Petrleo e Derivados 25
2.2.1. Gasolina 28
2.2.2. Mistura Gasolina/lcool 30
2.3. Contaminao dos Solos 31
2.4. Tratamento de Solos Contaminados 34
2.4.1. Biorremediao 35
2.4.1.1. Fatores que Afetam a Biorremediao 37
2.4.1.2. Avaliao da toxicidade do solo 40
2.5. Ferramentas Estatsticas 41
3. MATERIAL E MTODOS 43 3.1. Solo 43
3.2. Combustveis 44
3.3. Fertilizante 44
3.4. Ajuste do pH do Solo 44
3.5. Preparo do Inculo 45
3.6. Detalhamento dos Ensaios de Biorremediao 46
3.6.1. Caracterizao do Solo 46
3.6.2. Ensaios de Biorremediao em Mocrocosmos 47
3.6.3. Avaliao da Biorremediao em Colunas 51
3.7. Anlises Quantitativas 54
3.7.1. Anlises Microbiolgicas 54
3.7.1.1. Quantificao das Bactrias Heterotrficas Cultivveis Totais 54
3.7.1.2. Quantificao das Bactrias Hidrocarbonoclsticas Cultivveis 54
3.7.1.3. Mtodos Moleculares 55
3.7.1.3.1. Extrao de DNA 56
3.7.1.3.2. PCR (polymerase chain reaction) 56
-
3.7.1.3.3. Seqenciamento das Culturas Isoladas 58
3.8. Anlises Fsico-Qumicas 58
3.8.1. pH (potencial de Hidrognio) 58
3.8.2. Teor de Umidade Total 58
3.8.3. Teor de Hidrocarbonetos Totais do Petrleo (TPH) 59
3.9. Anlise de Ecotoxicidade 59
3.9.1. Teste de mortalidade de Minhocas 59
3.10. Anlise Estatstica 60
4. RESULTADOS E DISCUSSO 61
4.1. Solo 61
4.2. Avaliao de Parmetros para a Biorremediao da Gasolina 67
4.2.1. Anlise Estatstica do Planejamento Fatorial 80
4.3. Ensaio de Biorremediao em Colunas 85
4.4. Isolamento e Identificao de Microrganismos 96
5. CONCLUSES 101 6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 104
-
Ferreira, D.G. Introduo e Objetivos
12
1. INTRODUO E OBJETIVOS
A superfcie do planeta Terra composta por trs camadas distintas, que so a
atmosfera, hidrosfera e litosfera. Essas camadas consistem, respectivamente, na
camada de ar que envolve a superfcie do planeta, e nos ecossistemas aquticos e
terrestres. Por sua vez, a associao dessas trs camadas permite a existncia de vida,
representada por seres humanos, animais, vegetais e microrganismos, que juntos
compem a biosfera (Oliveira, 2008).
A biosfera varia com o ambiente. Por exemplo, o solo um ecossistema rico em
biodiversidade, em grande parte composta por microrganismos. Por outro lado, a
dinmica dessas espcies microbianas autctones pode ser alterada artificialmente por
atividades antrpicas, principalmente, em conseqncia do desenvolvimento dos
centros urbanos e dos setores industriais. As atividades humanas tm provocado a
poluio do meio ambiente, de modo crescente e descontrolado, particularmente pela
circulao da elevada frota de veculos automotores.
Um levantamento realizado na cidade de So Paulo mostrou que os postos de
combustveis so as maiores fontes de poluio, sobretudo atravs de vazamentos em
tanques de armazenamento e em tubulaes (CETESB, 2005; CETESB, 2006). No
caso dos vazamentos nos tanques de armazenamento de combustveis, 72% dos
registros foram atribudos ao derramamento de gasolina, seguidos pelo leo diesel
(19%) e etanol combustvel (2%). Esses dados, obviamente, so decorrentes da grande
circulao de veculos nos grandes centros urbanos, da maior frota de veculos movidos
a gasolina, e do tempo de vida til dos tanques de armazenamento, de
aproximadamente 30 anos, j ter expirado (CETESB, 2005).
Os vazamentos de gasolina apresentam grande importncia, poisos
hidrocarbonetos que compem esse combustvel provocam impactos graves ao meio
ambiente e sade humana (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005).
A gasolina uma mistura complexa de hidrocarbonetos, que pode variar de
acordo com a composio do leo de origem e dos aditivos adicionados para a
comercializao. Em geral, os hidrocarbonetos que compem esse combustvel
-
Ferreira, D.G. Introduo e Objetivos
13
apresentam cadeias de estrutura varivel que possuem de 4 a 12 tomos de carbono
(Harris, Whiticar & Eek, 1999). Dentre os hidrocarbonetos, destacam-se os compostos
aromticos volteis benzeno, tolueno, etilbenzeno e os ismeros orto-, para- e meta-
xileno (BTEX), pela sua elevada toxicidade sade humana atuando como, por
exemplo, depressores do sistema nervoso central, agentes mutagnicos e
carcinognicos. Alm disso, em relao aos demais hidrocarbonetos presentes na
gasolina, os BTEX apresentam maior solubilidade em gua, o que permite que, em
casos de vazamento, esses compostos possam no s ser nocivos as atividades no
solo, mas tambm comprometer a potabilidade das guas subterrneas (Corseuil &
Fernandes, 1999; Niven, 2005).
No caso da gasolina comercializada no territrio nacional, a presena de 25%
etanol (Art. 1, Resoluo CIMA, n37 de 27/06/2007) tem sido motivo de preocupao
para os rgos ambientais. Isto se deve a solubilidade do etanol em gua que, pelo
fenmeno de co-solvncia, poderia agir como uma ponte para a solubilizao dos
hidrocarbonetos. Dessa forma a presena do lcool permitiria que, em casos de
vazamento, o contaminante se alastrasse mais, atingido uma maior rea de solo e,
inclusive, que maiores concentraes alcanassem as guas subterrneas (Corseuil &
Fernandes, 1999; Niven, 2005).
Portanto, no caso de ocorrerem acidentes seja por vazamentos de tanques de
armazenamento de gasolina ou pelo seu transporte imprescindvel que sejam
definidas estratgias para a remediao da rea impactada, de modo a conter o
contaminante e tentar reconstituir a condio natural da rea afetada (Riser-Roberts,
1998).
Algumas tcnicas j foram desenvolvidas para o tratamento de reas
contaminadas por petrleo e seus derivados. Dentre essas, as tcnicas fsico-qumicas,
que envolvem o emprego de substncias qumicas e fatores fsicos como, por exemplo,
temperatura e presso, so de uso freqente devido grande eficincia e ao curto
perodo de tratamento. Porm, alm do alto custo, esses tratamentos apresentam
inconvenientes, como a gerao de grandes volumes de rejeitos contaminados (guas
-
Ferreira, D.G. Introduo e Objetivos
14
e solventes), e risco de poluio atmosfrica atravs da volatilizao de alguns
compostos (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain & Ramzi, 2004).
Uma alternativa aos mtodos fsico-qumicos so os mtodos biolgicos que
consistem na aplicao de organismos vivos capazes de atuar na remoo do
contaminante. Os tratamentos biolgicos tambm apresentam grande eficincia, em
geral, so menos onerosos e possuem maior aceitabilidade por parte da sociedade e
agncias reguladoras. Entretanto, tambm possuem desvantagens como tempo maior,
a dependncia de condies ambientais e a especificidade do processo (Riser-Roberts,
1998; Iwamoto & Nasu, 2001; Khan, Husain & Ramzi, 2004).
A biorremediao um exemplo de tratamento biolgico que se baseia na
capacidade dos microrganismos de modificar ou decompor o contaminante. Essa
tcnica, diferentemente das tcnicas fsico-qumicas, pode permitir como benefcio
mximo a mineralizao do contaminante (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain & Ramzi,
2004).
Nos solos, a biorremediao da rea contaminada, pode ser efetuada pela ao
dos microrganismos autctones que, dependendo do caso, pode ser estimulada pela
introduo de nutrientes (bioestimulao). Alm disso, quando a concentrao de
microrganismos baixa ou a microbiota nativa no capaz de degradar os compostos
xenobiticos, pode ser feita a introduo no solo de microrganismos com potencial
degradador (bioaumento), a fim de aumentar a remoo do contaminante (Bento et al.,
2005; Olaniram, Pillay & Pillay, 2006; Serrano et al., 2007; Stucki et al., 2007).
A aplicao da biorremediao no tratamento de ecossistemas contaminados com
gasolina j foi alvo de alguns estudos (Corseuil et al., 1996; Phelps & Young, 1999;
Yerushalmi, Manuel & Guiot, 1999; Barbaro & Barker, 2000; Kao & Wang, 2000;
Solano-Serena et al., 2000; Rahman et al., 2002; Silva & Alvarez, 2002; Landmeyer &
Bradley, 2003; Ghazali et al., 2004; Nardi et al., 2005; Tiburtius, Peralta-Zamora &
Emmel, 2005; Baldwin, Nakatsu & Nies, 2007; Dou et al., 2007). No entanto, poucos
trabalhos deram nfase ao papel e aos efeitos da presena de lcool em associao a
adio de fertilizante no processo. As informaes disponveis na literatura indicam que
a presena de lcool na gasolina resulta no aumento dos danos ao ambiente e interfere
-
Ferreira, D.G. Introduo e Objetivos
15
negativamente na atividade microbiana (Corseuil et al., 1996; sterreicher-Cunha et al.,
2004; Niven, 2005; sterreicher-Cunha et al., 2007; sterreicher-Cunha et al., 2009).
Ademais, no h registros sobre os efeitos da variao da concentrao de etanol na
gasolina, tampouco registros relacionados interferncia das condies nutricionais ou
de umidade. Nesse contexto, e considerando a relevncia da contaminao dos solos
urbanos com combustveis, fundamental conhecer as possveis implicaes da
interao do contaminante com o ecossistema.
Este estudo teve como objetivo principal a avaliao do processo de
biorremediao da gasolina, aditivada ou no com etanol anidro, em solo argiloso, em
funo da condio nutricional, da umidade do solo e da profundidade do solo. Para
tanto, foram delineados os seguintes objetivos especficos:
Caracterizar o solo quanto aos seus aspectos fsico-qumicos e microbiolgicos; Realizar ensaios em microcosmos, baseados em um planejamento fatorial, para
verificar a significncia da umidade, da concentrao de etanol na gasolina e do
bioestmulo no processo de biorremediao da gasolina;
Determinar o efeito da adio e da concentrao de etanol (0, 12,5 e 25%) gasolina no processo de biorremediao, atravs do planejamento fatorial;
Estimar a influncia da condio nutricional do solo na degradao dos hidrocarbonetos do petrleo pelo ajuste da concentrao de fsforo para 25 e 50
ppm, atravs do planejamento fatorial;
Avaliar a toxicidade do solo aps a biorremediao, nos ensaios de microcosmos, utilizando aneldeos da espcie Eisenia fetida;
Realizar ensaios em colunas para avaliar o efeito da concentrao de etanol na gasolina e da umidade do solo na percolao do contaminante no solo;
-
Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
16
2. REVISO BIBLIOGRFICA
2.1. Solo
Segundo a Pedologia*, o solo pode ser definido como um corpo natural
resultante da ao conjunta de vrios processos pedogenticos quer biolgicos quer
ambientais, que se constituem nos fatores de formao do solo (Jenny, 1994;
Oliveira, 2008).
2.1.1. Formao do Solo
Em geral, a formao e a evoluo do solo ocorrem atravs da ao de quatro
fatores de formao: material de origem; clima; relevo; e seres vivos (Oliveira, 2008).
O solo tem sua origem nas rochas presentes na litosfera, do grego, lithos, que
significa pedra, basicamente formada por trs grandes grupos de rochas:
magmticas; metamrficas; e sedimentares (Oliveira, 2008).
As rochas magmticas so resultado do resfriamento e da consolidao do
magma, enquanto que as rochas sedimentares se originam da compactao dos
sedimentos. J, a formao das rochas metamrficas ocorre a partir da ao da
temperatura e da presso atmosfrica sobre as rochas sedimentares e magmticas
(Amaral & Leinz, 2001).
Esses trs tipos de rocha apresentam composio elementar semelhante, em
geral, compostos por: oxignio (62,6%), silcio (22,1%), alumnio (6,5%), sdio
(2,6%), ferro (1,9%), clcio (1,9%), magnsio (1,4%) e potssio (1%) (Oliveira,
2008).
Na superfcie, as rochas ficam expostas a uma srie de fatores ambientais -
biticos (ao dos seres vivos) e abiticos (ao de interaes qumicas e de
agentes climticos) - que provocam o desgaste e o enfraquecimento das rochas.
Esse fenmeno denominado intemperismo, e pode ser classificado como qumico,
fsico ou biolgico de acordo com o seu agente promotor (Gordon & Dorn, 2005;
Turkington, Phillips & Campbell, 2005; Oliveira, 2008). Ademais, o grau de
intemperismo possibilita a formao de diferentes tipos de solo.
* Pedologia cincia que estuda o solo.
-
Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
17
Na formao do solo, o clima e o relevo agem de maneira integrada, e
interferem diretamente na ocorrncia e na velocidade dos fenmenos, uma vez que
esto relacionados a dinmica e ao escoamento da gua no solo, a incidncia da
radiao solar na sua superfcie, e conseqentemente, na temperatura do solo
(Oliveira, 2008). Como a radiao solar atinge apenas a superfcie do solo, nela
onde ocorrem as maiores variaes de temperatura. Entretanto, com o aumento da
profundidade, a temperatura tende a diminuir at um ponto de isotermia, que em
solos da regio intertropical ocorre a partir da faixa entre 50 e 100 cm (Oliveira,
2008).
Os seres vivos flora, fauna e microbiota colaboram diretamente no processo
de formao do solo, seja em sua superfcie ou em seu interior. Particularmente, a
microbiota nativa atravs dos microrganismos autotrficos atuam desde os estgios
iniciais do intemperismo, com a secreo de produtos do seu metabolismo capazes
de dissolver sais e outros nutrientes inorgnicos da rocha matriz. A esfoliao das
rochas por esses agentes qumicos promove o acmulo de partculas sobre a rocha
matriz, que formam a camada superficial do solo. Ao longo do tempo, essa camada
superficial se expande e a matria orgnica presente, oriunda principalmente dos
microrganismos, viabiliza que outros seres possam se desenvolver. Assim,
microrganismos heterotrficos, animais e vegetais, do continuidade ao processo de
formao e evoluo do solo.
A evoluo do solo tambm est envolvida no aumento da espessura dessa
camada superficial, afastando cada vez mais a rocha matriz da superfcie do solo. E
entre a superfcie do solo e a rocha matriz so formadas camadas de solo
denominadas de horizontes que diferem, entre si, em composio e em grau de
intemperismo (Oliveira, 2008). O nmero de horizontes varia com o tipo e o estgio
de evoluo do solo, uma vez que o processo evolutivo do solo ininterrupto e,
portanto, estando em constante transformao e sujeito a ao dos fatores de
formao (Oliveira, 2008).
Genericamente, um solo com o seu processo de formao concludo apresenta
cinco diferentes horizontes (O, A, B, C e R), como mostra a Figura 1 (EMBRAPA,
1988). Ressalta-se que a separao entre os horizontes no abrupta, mas sim
gradativa. Assim, possvel observar regies intermedirias que apresentam
caractersticas mistas tanto na camada superior quanto na inferior.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Em paralelo s aes naturais, as atividades antrpicas, tais como a
agricultura, o desmatamento, o reflorestamento, as construes e a poluio
tambm esto envolvidas no processo de transformao e evoluo do solo
(Oliveira, 2008).
Fonte: Adaptao de http://www.dct.uminho.pt/pnpg/gloss/gifs/perfil_ampl.jpg; Oliveira (2008).
Figura 1 Representao dos cinco horizontes de um solo completo.
2.1.2. Caractersticas do Solo
O solo se divide basicamente em trs fases: lquida (gua e soluo do solo),
gasosa (vapor dgua, CO2, O2, NH3 e outros gases) e slida (partculas de solo e
seres vivos). As fases lquida e gasosa so complementares e ocupam os espaos
vazios formados entre os slidos (Prevedello, 1996).
A gua ao penetrar no solo dissolve alguns dos componentes qumicos nele
presentes, formando uma soluo constituda de diferentes ons como, por exemplo,
NO3-, H2PO4-, SO42-, Cl-, Na+, K+, Ca2+, H+ e NH4+. Essa soluo recebe o nome de
soluo do solo. A composio qumica da soluo do solo, bem como o grau de
intemperismo conferem ao solo diferentes caractersticas, principalmente
relacionadas consistncia, textura, porosidade, permeabilidade e colorao
(Oliveira, 2008).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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A consistncia o aspecto ttil que o solo assume baseado nas interaes das
partculas (foras de coeso) entre si e com a soluo do solo (foras de adeso).
Por isso, a consistncia pode variar de acordo com a umidade, composio qumica
e tamanho das partculas do solo (Lodi, 2007).
O tamanho das partculas de solo tambm interfere na textura do solo, sendo
as principais partculas quelas com tamanho inferior a 2 mm (areia, silte e argila).
No solo, essas partculas se arranjam formando espaos vazios, que se constituem
nos poros do solo. O tamanho dos poros varivel, distinguindo-se em macro e
microporos. Os macroporos so importantes para a aerao e infiltrao da gua no
solo, j os microporos esto relacionados com o armazenamento da gua no solo.
Para os poros de tamanhos intermedirios, atribui-se a conduo dos gases e da
gua no solo (Oliveira, 2008).
A proporo das partculas de areia, silte e argila adotada para classificao
dos solos em trs grandes grupos: arenoso, siltuoso e argiloso. No entanto, classes
intermedirias tambm podem ser encontradas como ilustra a Figura 2
(Departamento de Agricultura dos EUA, 1993).
Na escala textural, as partculas de areia so as maiores (2,0 a 0,05 mm) e se
compem, principalmente, por materiais resistentes ao intemperismo como, por
exemplo, quartzo e dixido de titnio (TiO2). Em geral, essas partculas apresentam
superfcie especfica reduzida e fracas interaes de coeso e adeso. Por conta do
seu tamanho e das interaes qumicas, os solos com alto teor de areia apresentam
alta permeabilidade e porosidade (CETESB, 2001; Oliveira, 2008).
J as partculas de silte, com dimetro entre 0,05 e 0,002 mm, so constitudas
tanto por materiais resistentes (dixido de titnio e quartzo), quanto por materiais
sensveis ao intemperismo (feldspatos, micas, anfiblios e outros minerais
primrios). As partculas de silte apresentam fortes interaes entre si, o que faz
com que, em comparao com as partculas de areia, apresentem menor
permeabilidade e maior capacidade de reteno de gua (CETESB, 2001; Oliveira,
2008).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Fonte: http://media-2.web.britannica.com/eb-media/21/24021-004-3F055051.gif;
(Departamento de Agricultura dos EUA, 1993).
Figura 2 Classificao textural dos solos.
Comparativamente, a argila a partcula de menor tamanho, com dimetro
inferior a 0,002 mm, e, portanto, grande superfcie especfica (CETESB, 2001;
Oliveira, 2008). Tambm apresentam carga inica pela presena xidos de ferro e
de alumnio. Em relao areia e ao silte, a argila a que possui a maior
capacidade de interagir com ons e reter gua.
Os solos podem apresentar diversas coloraes que dependem da proporo
dos compostos qumicos neles presentes. Por exemplo, a existncia de altas
concentraes de xidos de ferro e/ou alumnio no solo confere a ele coloraes que
variam do amarelo ao vermelho. J xidos de mangans causam o enegrecimento
do solo, enquanto o carbonato de clcio gera o seu branqueamento. Por outro lado,
a presena de material orgnico confere ao solo uma colorao mais escura
(EMBRAPA, 1999). Considerando que a concentrao dos compostos qumicos
varia no solo, este pode apresentar diferentes matizes (EMBRAPA, 1999; Oliveira,
2008).
Clay Argila Sand Areia Silt Silte Loam Franco Percent - Percentual
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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2.1.3. Solo Brasileiro
No Brasil h predomnio de duas classes de solos argilosos - Latossolos e os
Argissolos (Oliveira, 2008) - cuja distribuio pode ser observada na Figura 3. Essas
duas classes de solo se subdividem em diversos tipos que se distinguem quanto as
constituies qumica, granulomtrica e estrutural. As denominaes desses solos,
normalmente, esto relacionadas a estrutura, colorao e textura, como, por
exemplo, Argissolo amarelo distrfico arnico (EMBRAPA, 1999).
Fonte: Adaptao de http://www.dcs.ufla.br/Cerrados
Figura 3 Distribuio dos Argissolos e dos Latossolos no territrio brasileiro.
Os Latossolos ocupam mais de 50% da extenso do territrio nacional e
caracterizam-se pelo avanado estgio de intemperismo e reduzida reserva de
nutrientes. Enquanto que os Argissolos recobrem pouco mais de 30% do solo
nacional, e se caracterizam pela presena de uma camada mineral subsuperficial
com caracterstica franco-arenosa imediatamente abaixo ao horizonte A (Santos et
al., 2006).
ArgissoloLatossoloArgissoloLatossoloArgissoloLatossolo
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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2.1.4. Microbiologia do Solo
Em geral, o solo um ecossistema composto por um elevado nmero de
organismos, com predominncia de microrganismos em termos quantitativos e em
diversidade de espcies (Moreira & Siqueira, 2006). A microbiota autctone dos
solos engloba seres procariotos (Archaeas e Bactrias) e eucariotos (Fungos,
Microalgas e Protozorios).
A atividade biolgica mais intensa na camada superficial do solo (at cerca de
20 cm de profundidade), pois nessa camada encontra-se um maior acmulo de
nutrientes, que resultam da deposio de materiais vegetais e animais (Madigan,
Martinko & Parker, 2004; Moreira & Siqueira, 2006). A variao qualitativa e
quantitativa das populaes microbianas encontradas nas diferentes camadas de
solo pode ser observada no Quadro 1.
Os microrganismos tm papel de destaque no processo de formao do solo.
No entanto, uma vez o solo formado, os microrganismos continuam participando
ativamente de fenmenos como decomposio de matria orgnica, produo de
hmus, ciclagem de nutrientes e de energia, decomposio de compostos
xenobiticos e no controle biolgico de pragas e doenas (Riser-Roberts, 1998;
Madigan, Martinko & Parker, 2004). Em geral, essas atividades so realizadas pela
interao das diferentes espcies microbianas em comunidades, o que torna o solo
um ecossistema rico em biodiversidade. Todavia, a biodiversidade pouco
Quadro 1 Distribuio de microrganismos em vrias profundidades do solo
Profundidade Microrganismos por grama de solo
Bactrias Aerbicas
Bactrias Anaerbicas Actinomicetos Fungos Algas*
3-8 7,8 x 106 2,0 x 106 2,1 x 106 1,2 x 105 2,5 x 104
20-25 1,8 x 106 3,8 x 105 2, 5 x 105 5,0 x 104 5 x 103
35-40 4,72 x 105 9,8 x 104 4,9 x 104 1,4 x 104 5 x 102
65-75 1,0 x 102 1 x 103 5 x 103 6 x 103 1 x 102
135-145 1,0 x 101 4 x 102 - 3 x 102 - *Inclui as cianobactrias
Fonte: Moreira & Siqueira (2006).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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conhecida devido a uma srie de limitaes metodolgicas, tais como, a
heterogeneidade espacial, a adeso dos microrganismos na matriz do solo ou nos
tecidos vegetais, a similaridade morfolgica dos microrganismos, as ambigidades
nas chaves taxonmicas e a dificuldade do cultivo in vitro de vrias espcies pela
impossibilidade de se reproduzir as condies nutricionais e ambientais de cada
micronicho (Hill et al., 2000; Kirk et al., 2004). Alm da importncia de conhecer as
espcies que compem a biodiversidade do solo h tambm um grande interesse no
potencial biotecnolgico dessas espcies, principalmente naquelas capazes de
degradar compostos xenobiticos.
Os estudos iniciais foram feitos baseados em mtodos fenotpicos que, devido
pequena quantidade de microrganismos cultivveis e semelhana na estrutura e
na composio celular, mostraram-se pouco representativos (Hill et al., 2000; Kirk et
al., 2004). Todavia, os avanos tecnolgicos e cientficos permitiram que atualmente
diversas metodologias possam ser aplicadas para o estudo da dinmica e da
biodiversidade dos mais variados ecossistemas, baseadas nas caractersticas dos
microrganismos, quer fenotpicas quer genotpicas (Hill et al., 2000; Kirk et al., 2004;
Leckie, 2005; Liu et al., 2006). Como exemplos, as tcnicas moleculares, que
embora apresentem algumas desvantagens para estudos da biodiversidade em
solos, ainda so mais fidedignas e representativas do que as tcnicas baseadas em
cultivos in vitro (Wolk, Mitchell & Patel, 2001; Kirk et al., 2004).
Alguns autores j conseguiram mostrar que, no solo, h uma grande e intensa
dinmica populacional microbiana estimulada por diversos fatores ambientais, como
estresse nutricional, variaes de pH, distribuio de gases, quantidade de gua e
variaes de temperatura (Degens et al., 2001; Insam, 2001; Moreira & Siqueira,
2006).
2.1.4.1. Fatores que Afetam a Microbiota do Solo
Em geral, o solo contm uma ampla diversidade de compostos orgnicos e
inorgnicos, cujas concentraes variam de acordo com o tipo e as caractersticas
do solo. Naturalmente, a matria orgnica presente no solo origina-se de resduos
de plantas, animais e microrganismos, no entanto em alguns casos de contaminao
tambm podem ser encontrados compostos xenoiticos.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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No solo, a matria orgnica formada basicamente por resduos de plantas,
animais e microrganismos e, em casos de contaminao, por compostos
xenobiticos. A distribuio da matria orgnica varia, e sua degradao depende
das propriedades qumicas, fsicas e biolgicas dos micro-habitats, bem como da
disponibilidade desses compostos degradao (Moreira & Siqueira, 2006). A baixa
concentrao de nutrientes no solo pode ser um fator limitante para o metabolismo
microbiano, interferindo na sntese de energia, na diviso celular, na mobilidade e
at nas relaes simbiticas (Moreira & Siqueira, 2006).
Alm da disponibilidade de nutrientes, o pH um dos fatores essenciais para a
atividade microbiana. A maioria dos solos apresenta valor de pH na faixa entre 4,0 e
8,5. Os horizontes superficiais dos solos, em regies de clima mido, tendem a ser
mais cidos devido lixiviao dos compostos formados pela decomposio da
matria orgnica. Por outro lado, em regies de clima seco, o solo tende a
apresentar um carter alcalino (Moreira & Siqueira, 2006).
A diversidade metablica dos microrganismos permite que fungos e bactrias
apresentem pH timo desde extremamente cido at extremamente bsico. No
entanto, de forma genrica, o pH ideal para o metabolismo fngico ligeiramente
cido, em torno de 5,0, enquanto que as bactrias so mais adaptadas a valores
prximos a neutralidade, variando de 6 a 8 (Madigan, Martinko & Parker, 2004).
No solo, as variaes de pH podem afetar a fisiologia dos microrganismos
autctones por: desnaturao de protenas estruturais e enzimas, desestabilizao
da membrana e canais de troca inica, disponibilidade de ons, e aumento da
toxicidade de alguns compostos inicos, principalmente queles contendo alumnio,
ferro e mangans (Moreira & Siqueira, 2006).
Outra limitao para o metabolismo microbiano a disponibilidade de oxignio.
A disponibilidade de oxignio est diretamente relacionada com a umidade do solo
posto que os gases ocupam os espaos no ocupados pela gua, o que por sua vez
contribui para a sua solubilizao na soluo do solo. A solubilizao do oxignio
um dos pontos crticos, no caso dos solos mais midos, pois a solubilidade dos
gases em gua geralmente baixa e depende do tipo de gs, da temperatura, da
concentrao de sais e da presso local (Moreira & Siqueira, 2006).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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A disponibilidade de oxignio determina o tipo de metabolismo que ir ocorrer
no solo. O metabolismo aerbico mais vantajoso, pois resulta na mineralizao da
matria orgnica e na gerao de maior quantidade de energia. No entanto,
considerando a baixa disponibilidade de oxignio no solo, o metabolismo anaerbio
poder ser o mais recorrente (Moreira & Siqueira, 2006). Neste caso, haver
predomnio dos microrganismos anaerbios e facultativos se desenvolvendo em
condio de anaerobiose, cujo metabolismo mais lento, e pode levar formao
de compostos nocivos como gs sulfdrico, nitrito, etc.
Ademais, independentemente do tipo de metabolismo, a velocidade das
reaes metablicas dependente da temperatura. O solo com cobertura vegetal
pode ser considerado um isolante trmico. Nos 5 cm superficiais, a temperatura
varia de 15 a 18C, mas com o aumento da profundidade tende reduzir de 1 a 2C a
partir dos 30 cm de profundidade, at atingir um ponto de isotermia.
Em geral, a temperatura tima para a atividade de microrganismos mesfilos se
situa na faixa entre 25 e 30C, embora ainda sejam capazes de manter o seu
metabolismo ativo em temperaturas um pouco acima ou abaixo dessa faixa de modo
mais lento (Madigan, Martinko & Parker, 2004; Moreira & Siqueira, 2006).
A diminuio da temperatura reduz a atividade microbiana, principalmente, pelo
enfraquecimento das ligaes entre as protenas, o que compromete a fluidez da
membrana celular e, por conseguinte, a entrada de nutrientes e sada dos produtos
do metabolismo. Por outro lado, o aumento da temperatura provoca a desnaturao
das protenas celulares (enzimas) inviabilizando as reaes metablicas (Madigan,
Martinko & Parker, 2004; Moreira & Siqueira, 2006).
2.2. Petrleo e Derivados
O petrleo um combustvel fssil composto predominantemente por uma
mistura complexa de hidrocarbonetos distinguindo-se em: parafnicos normais,
parafnicos ramificados, parafinicos cclicos (naftnicos), aromticos, e resinas e
asfaltenos (Corra, 2003; Thomas, 2004).
No estado lquido, o petrleo uma substncia oleosa, inflamvel, menos
densa que a gua, com cheiro caracterstico e cor variando entre o negro e o
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castanho-claro. Apesar de sua composio qumica variar em funo do
reservatrio, os diferentes tipos de petrleo apresentam semelhanas na anlise
elementar, sendo constitudos (%m/m) de: carbono (83-87); hidrognio (11-14);
enxofre (0,06-8); nitrognio (0,11-1,7); oxignio (0,1-2); e metais (at 0,3).
Como mostrado no Quadro 2, os derivados de petrleo so obtidos atravs de
destilao do petrleo em fraes de diferentes pontos de ebulio.
Quadro 2 Fraes tpicas do petrleo
Frao Temperatura de Ebulio (oC) Composio
aproximadamente Aplicaes
Gs residual Gs Liquefeito de Petrleo GLP
At 40 C1 C2 C3 C4 gs combustvel engarrafado, uso
domstico e industrial.
Gasolina 40 175 C5 C10 combustvel de automveis,
solvente.
Querosene 175 235 C11 C12 iluminao, combustvel de
avies a jato.
Gasleo leve 235 305 C13 C17 diesel, fornos.
Gasleo pesado 305 400 C18 C25 combustvel, matria-prima para
lubrificantes
Lubrificantes 400 510 C26 C38 leos lubrificantes.
Resduo Acima de 510 C38+ asfalto, piche,
impermeabilizantes.
Fonte: Thomas, 2004
Aps a destilao, as fraes so submetidas a alguns processos qumicos de
sntese, como a alquilao e a reforma cataltica, e de craqueamento, conforme
apresentado na Figura 4. Os processos qumicos tm por objetivo modificar as
fraes sem interesse econmico para gerar produtos de alto valor agregado como
combustveis veiculares, na forma de querosene de aviao, gasolina, leo diesel, e
combustveis industriais, como propano e butano, e ainda na fabricao de
borrachas, lubrificantes e asfalto (Thomas, 2004).
Dentre os combustveis derivados do petrleo, a gasolina a mais importante
dentro dos centros urbanos, uma vez que grande parte dos veculos que circulam
nas cidades movido gasolina.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Fonte: Adaptao de http://www.galpenergia.com
Figura 4 Processo de refino do petrleo e as reaes de transformao dos produtos da
destilao.
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2.2.1. Gasolina
A gasolina, um dos principais derivados do petrleo utilizados no cotidiano dos
habitantes das cidades, basicamente composta por hidrocarbonetos que possuem
uma cadeia carbnica relativamente pequena, quando comparada aos
hidrocarbonetos constituintes do leo bruto e do leo diesel.
Os hidrocarbonetos da gasolina diferem entre si quanto ao tamanho (com 4 a
12 tomos de carbono) e estrutura das cadeias, que se distinguem em: abertas,
cclicas e aromticas. As variaes de tamanho e estrutura da cadeia definem as
propriedades fsico-qumicas e, portanto, a qualidade do combustvel. No Quadro 3
esto discriminados alguns dos diferentes hidrocarbonetos constituintes da gasolina.
As duas caractersticas de maior interesse no uso da gasolina como
combustvel so o ponto de ebulio e o ndice de auto-detonao (ou octanagem)
dos hidrocarbonetos nela presentes. O primeiro pode variar desde temperaturas
ambientes, em torno de 30C, at temperaturas elevadas, acima dos 200C.
Enquanto que o segundo varia de 40 a 101, estando, em geral, prximo a 85. Como
o ndice de auto-detonao relativamente baixo, pode-se elev-lo pela introduo
de substncias com maior poder de detonao, denominadas aditivos (Cruz, 2003).
No Brasil, desde a dcada de 1970, a gasolina aditivada com etanol anidro
em substituio ao chumbo tetraetila, com o intuito de reduzir a emisso de
poluentes e aumentar a qualidade do combustvel (Corseuil & Fernandes, 1999;
Niven, 2005). Atualmente, toda a gasolina comercializada em territrio nacional
recebe a adio de 25% de etanol anidro, por determinao da legislao (CIMA,
n37; Lei 10.203/2001).
A gasolina um combustvel relativamente estvel capaz de preservar as suas
caractersticas por at seis meses se estocada em condies apropriadas. A
deteriorao do combustvel ocorre quando h a precipitao de compostos
formados pela reao entre os hidrocarbonetos insaturados e ons de cobre, que
constituem os reservatrios de combustvel (Hamilton, 1995).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Quadro 3 Componentes da gasolina identificados por Solid
Phase Microextraction (SPME)
Nome Qumico
Propano 2,2-dimetilhexano
Isobutano Tolueno
n-Butano 2,3,4-trimetilpentano
trans-2-buteno 3-metilheptano
cis-2-buteno 2-metilheptano
3-metil-1-buteno n-octano
Isopentano 2,4,4-trimetilhexano
1-penteno 2,2-dimetilheptano
2-metil-1-buteno Etilbenzeno
2-metil-1,3-butadieno p-xileno
n-pentano m-xileno
Trans-2-penteno 3,3,4- trimetilhexano
2-metil-2-buteno o-xileno
2-metil-1,2-butadieno 2,2,4-trimetilheptano
3,3-dimetilbutano n-nonano
Ciclopentano 3,3,5-trimetilheptano
3-metil-1-penteno n-propilmenzeno
2,3-dimetilbutano 2,3,4-trimetilheptano
2-metilpentano 1,3,5-trimetilbenzeno
3-metilpentano 1,2,4-trimetilbenzeno
n-hexano n-decano
Metilciclopentano Metilpropilbenzeno
2,2-dimetilpentano Dimetilbenzeno
Benzeno n-undecano
Ciclohexano 1,2,4,5-tetrametilbenzeno
2,3-dimetilpentano 1,2,3,4-tetrametilbenzeno
3-metilhexano 1,2,4-trimetil-5-etilbenzeno
3-etilpentano 1,2,3,4-trimetiletilbenzeno
n-heptano n-dodecano
2,2,4-trimetilpentano Naftaleno
Metilciclohexano Metilnaftaleno Fonte: Harris, Whiticar & Eek, 1999.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Alguns dos hidrocarbonetos constituintes da gasolina apresentam baixos
pontos de ebulio, podendo passar para a fase gasosa temperatura ambiente.
Alm da perda de parte do combustvel, a volatilizao gera poluio atmosfrica.
Os hidrocarbonetos volteis mais importantes so conhecidos pela sigla BTEX, que
o acrnimo de benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (Corseuil & Fernandes,
1999; Niven, 2005).
Os compostos BTEX so nocivos sade humana pelo seu potencial
mutagnico e carcinognico. Esses compostos penetram pela mucosa nasal,
atingindo o sistema nervoso central (SNC) e a medula ssea vermelha. A curto
prazo, a exposio a altas concentraes causa enjos, alucinaes e perda de
conscincia, e a longo prazo pode provocar leucemia e leses irreparveis ao SNC,
fgado e rins (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005; Durmusoglu, Taspinar &
Karademir, 2010).
A transferncia dos BTEX para a fase gasosa pode ser potencializada pela
presena de alcois. Nesse caso, a gasolina brasileira pelo seu contedo de etanol
aumenta as chances de volatilizao desses compostos e, conseqentemente,
aumenta os danos sade humana (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005).
2.2.2. Mistura Gasolina/lcool
Desde o incio do emprego de gasolina como combustvel automotor houve
adio de compostos com o propsito de elevar a sua octanagem. Inicialmente,
utilizavam-se compostos altamente agressivos ao meio ambiente como o chumbo
tetra-etila. Com os avanos tecnolgicos e a ampliao da conscincia ambiental,
foram desenvolvidas novas formas para aumento da octanagem.
Atualmente, em vrios pases e no Brasil, o chumbo tetra-etila no mais
aplicado. Em substituio adiciona-se o etanol, que individualmente apresenta um
ndice de octanagem de 110. A adio de etanol gasolina permite a
comercializao do combustvel com ndices de octanagem entre 87 e 95 (Santos &
Peixoto, 2008).
O uso da mistura etanol e gasolina ao invs da gasolina pura tambm contribui
para a reduo na emisso de poluentes. Isto porque alm da queima de menor
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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quantidade do combustvel fssil que gera vrios compostos, muitos dos quais
poluentes como o monxido de carbono (CO) e xidos de enxofre (SOx) e nitrognio
(NOx), a combusto do etanol completa com formao de CO2 e gua.
Em decorrncia dos grandes impactos ambientais pelo uso de combustveis
fsseis, somados a impossibilidade da sua renovao, vrias pesquisas esto sendo
desenvolvidas para a otimizao de processos de obteno de biocombustveis. O
etanol combustvel uma alternativa tcnica e economicamente vivel em uso
desde a dcada de 1970 (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005; Santos &
Peixoto, 2008).
Comercialmente, o etanol usado como combustvel e como aditivo da gasolina
produzido pela fermentao alcolica do caldo da cana-de-acar. Em geral, a
fermentao do caldo da cana realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae.
O mosto fermentado destilado e comercializado na forma hidratada (92,6%, v/v)
quando usado como combustvel, ou na sua forma anidra (99,3% v/v) quando usado
como aditivo da gasolina.
Cabe enfatizar que apesar das vantagens citadas para a adio de etanol
gasolina, isto pode trazer conseqncias srias ao meio ambiente. O etanol, alm de
aumentar a capacidade de volatilizao dos BTEX, pode aumentar a solubilidade
dos hidrocarbonetos da gasolina em gua. Logo, em caso de derrames, ir ocorrer
maior difuso do contaminante na rea impactada, com grande risco de atingir as
guas subterrneas (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005).
2.3. Contaminao dos Solos
comum a aplicao de conceitos errneos no que concerne a contaminao
dos solos. H uma tendncia a aplicar os conceitos de poluio e contaminao
como sinnimos. Contudo, segundo Nass (2002) a poluio um termo abrangente,
que consiste em qualquer alterao causada por atividades antrpicas que
provoquem danos ao meio ambiente. Por outro lado, a contaminao mais
restritiva e se refere exclusivamente introduo de compostos nocivos sade
humana e ao ambiente (Nass, 2002). Portanto, acidentes ambientais envolvendo
petrleo e seus derivados, so considerados como contaminantes.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Segundo o relatrio da Companhia Ambiental do Estado de So Paulo
(CETESB, 2006), os postos de combustveis so as principais fontes de
contaminao dos solos, como mostra a Figura 5.
Postodecombustvel
74%
Indstria15%
Comrcial6%
Resduo4%
Acidentes1%
Desconhecida0%
Fonte: CETESB (2006).
Figura 5 Principais Fontes de Contaminao do Estado de So Paulo.
Os acidentes relacionados aos postos de combustveis tm inmeras causas,
conforme ilustra a Figura 6. Nesses acidentes, o combustvel mais recorrente foi a
gasolina, como pode ser observado na Figura 7 (CETESB, 2005). E, esses dados,
possivelmente, so decorrentes da maior frota de veculos movidos a gasolina e do
maior potencial corrosivo desse combustvel em relao aos demais.
A maioria desses acidentes ocorreu pela deteriorao dos tanques de
armazenamento de combustveis, pois a validade desses reservatrios de no
mximo 30 anos e grande parte dos postos de combustveis foi construdos na
dcada de 1970. E, a fim de evitar esses danos ambientais a legislao se tornou
mais restritiva em relao construo dos reservatrios de combustveis.
Atualmente a construo e a instalao dos reservatrios de combustveis
devem seguir as orientaes da resoluo CONAMA no 273, que prev, inclusive,
que o postos de revenda de combustveis obrigatoriamente sejam licenciados e
fiscalizados periodicamente pelas agncias reguladoras. Alm de determinar que os
reservatrios possuam diversos mecanismos para evitar vazamentos, como parede
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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dupla (NBR 13785) com a parte externa no metlica, vlvulas de controle e cmara
de conteno
.
PassivoAmbiental
18%
Extravazamento8%
Bomba4%
Tanque33%
Tubulao17%
CaixaSeparadora
1%
Descarte6%
Outros5%
NoIdentificada
1%
TubulaesdoTanque4%
PostosDesativados
3%
Fonte: CETESB (2005).
Figura 6 Causas da poluio por postos de combustveis na cidade de So Paulo.
Gasolina72%
lcool2%
Diesel19%
GNV2%
Resduo2%
leoLubrificante
1%
NoIdentificado
2%
Fonte: CETESB (2006).
Figura 7 Principais Combustveis Contaminantes do Solo no Estado de So Paulo.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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No entanto, mesmo com o aumento das medidas para evitar os acidentes, a
sua ocorrncia em alguns casos inevitvel, sendo necessria a realizao de
aes corretivas que possam, inicialmente, impedir a propagao do dano, e
posteriormente restabelecer o equilbrio da rea afetada, bem como as suas
condies naturais (Dias & Mello, 1998).
2.4. Tratamento de Solos Contaminados com Hidrocarbonetos
O tratamento das reas contaminadas envolve a identificao da fonte de
contaminao e da extenso da rea atingida, o conhecimento das caractersticas
da rea e dos contaminantes envolvidos, e informaes quanto legislao
aplicvel (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain & Ramzi, 2004).
As diversas tcnicas para o tratamento de reas impactadas com compostos
xenobiticos se dividem em processos fsico-qumicos e processos biolgicos. Em
alguns casos, inclusive, pode ser feita a combinao de duas ou mais tcnicas a fim
de se obter o melhor resultado possvel.
Independente do processo em que o tratamento conduzido, a remediao
pode ocorrer no local onde o processo ser conduzido (in situ), ou pode ser feita a
remoo do material contaminado para uma rea externa onde o tratamento ser
efetuado (ex situ). Sendo que na maioria dos casos de tratamento ex situ o material
removido devolvido ao local de origem (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain &
Ramzi, 2004).
A principal vantagem do tratamento in situ que o material contaminado no
precisa ser transportado, o que reduz os custos. Porm, tem como desvantagens a
necessidade de adequao das condies do local contaminado e o elevado tempo
necessrio para que ocorra a descontaminao. Por outro lado, as tecnologias ex
situ so realizadas em menor prazo uma vez que permitem estabelecer as
condies ideais para a atividade microbiana. Entretanto, faz-se necessria a prvia
remoo do material contaminante, implicando na escavao do local contaminado e
o transporte de todo o material coletado at a rea de tratamento (Baptista, 2003).
Existem diversas tcnicas fsico-qumicas para a remediao das reas
contaminadas, mas no que concerne s reas contaminadas com gasolina
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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destacam-se o tratamento trmico que consiste no aquecimento do solo transferindo o contaminante para a fase gasosa, a extrao de vapores por um sistema de suco vcuo instalado em poos no local contaminado e o air
stripping que se baseia na injeo de ar na rea contaminada, favorecendo a
transferncia dos compostos volteis para a fase gasosa que em seguida so
coletados por um sistema de coleta de gases. (Riser-Roberts, 1998; Iwamoto &
Nasu, 2001; Baird, 2002; Khan, Husain & Ramzi, 2004).
Essas trs tcnicas so potencialmente eficientes na remoo dos
contaminantes volteis, contudo se no forem instalados equipamentos de captao
dos compostos volteis gerados pode haver a promoo da poluio atmosfrica
pela transferncia do contaminante para a atmosfera.
Uma estratgia interessante para o tratamento de reas contaminadas com
eficincia equivalente aos mtodos fsico-qumicos, em geral, de menor custo e
maior aceitabilidade pelos rgos ambientais e pela sociedade so os processos
biolgicos. Esses se baseiam no uso de seres vivos para a remoo do
contaminante. No caso do organismo aplicado para a remoo do contaminante ser
uma planta, o processo denominado fitorremediao, j quando so utilizados
microrganismos o processo recebe o nome de biorremediao (Riser-Roberts, 1998;
Iwamoto & Nasu, 2001; Khan, Husain & Ramzi, 2004).
2.4.1. Biorremediao
O conceito de biorremediao pode sofrer pequenas alteraes de acordo com
o autor, no entanto de uma forma geral um processo que se baseia em reaes
qumicas realizadas por microrganismos, em condies aerbias e/ou anaerbias,
sobre compostos estranhos ao ambiente natural. Essa ao microbiana capaz de
modificar ou decompor o composto original em formas mais simples, atxicas ou
menos txicas, sendo a mineralizao do contaminante o benefcio mximo
alcanado nesse processo (Riser-Roberts, 1998; DelArco, 1999; Semple, Reid &
Fermor, 2001)
Esse processo pode ocorrer naturalmente pela ao dos microrganismos
autctones, processo denominado atenuao natural. No entanto, em geral, os solos
apresentam limitaes nutricionais que submetem os microrganismos a condies
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
36
estarvantes, o que reduz a eficcia da biorremediao por atenuao natural.
Nesses casos o solo pode receber a introduo de nutrientes, como fontes de
nitrognio e fsforo que ao estimular o metabolismo microbiano, contribuiro para o
aumento das chances de sucesso do tratamento, e principalmente oxignio para
favorecer a atividade dos microrganismos aerbicos. A estimulao dos
microrganismos pela introduo de fontes nutricionais denominada bioestimulao
(Serrano et al., 2007; Stucki et al., 2007).
Contudo, em algumas situaes a melhora nas condies nutricionais do solo
no suficiente para atingir os resultados esperados. Por exemplo, quando
inexistem microrganismos hbeis em atuar na modificao e decomposio dos
compostos xenobiticos ou seu nmero muito baixo. Ento, torna-se necessrio
realizar a introduo de microrganismos endgenos, processo conhecido como
bioaumento (Bento et al., 2005; Olaniram, Pillay & Pillay, 2006; Serrano et al., 2007;
Stucki et al., 2007).
Existem diversas tecnologias de biorremediao, sendo o bioslurry, biosparging
e o bioslurping as mais adequadas no tratamento em casos de contaminao com
gasolina. Essas trs metodologias se baseiam na introduo de nutrientes para a
estimulao do metabolismo microbiano, variando em relao a forma de conduo
do processo e os nutrientes aplicados.
O bioslurry uma tecnologia ex situ que utiliza um reator contendo o material a
ser tratado misturado a uma grande quantidade de gua acrescida de nutrientes,
formando uma espcie de pasta, e no caso do tratamento de volteis h tambm um
sistema de introduo e captao de gases acoplado ao reator (Banerji et al., 1995).
Por outro lado o biosparging uma tecnologia in situ que consiste na unio de
duas metodologias, o bioventing (introduo de oxignio para a estimulao do
metabolismo aerbio) e o air sparging (introduo de ar no solo para a remoo dos
compostos volteis), dessa forma essa metodologia permite, atravs da injeo de
fontes de nutrientes e oxignio no solo, a remoo dos contaminantes volteis e no
volteis (EPA, 1994).
Assim como o biosparging, o bioslurping tambm uma tecnologia in situ
baseada na associao do bioventing com metodologias de extrao dos vapores,
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
37
que pode ser aplicada na remoo do contaminante de guas subterrneas e dos
compostos volteis do solo.
As tcnicas acima apresentadas viabilizam a recuperao da rea
contaminada, entretanto, sempre que h o envolvimento de microrganismos
necessrio o monitoramento e a avaliao de uma srie de fatores limitantes que
interferem no metabolismo microbiano e, por conseguinte, na eficincia e eficcia do
processo (Riser-Roberts, 1998; Iwamoto & Nasu, 2001; Khan, Husain & Ramzi,
2004). Em geral, a avaliao do processo de biorremediao feita pelo
monitoramento da concentrao do contaminante e/ou pela estimativa dos
microrganismos envolvidos na biodegradao. O monitoramento dos
microrganismos pode ser feito diretamente por tcnicas de contagem microbiana, ou
de forma indireta atravs de tcnicas baseadas na atividade metablica.
A quantificao do nmero de microrganismos no solo, geralmente, feita por
diluies seriadas semeadas em meios de cultura especficos, onde podem ser
feitas a contagem de unidades formadoras de colnias (UFC), ou a estimao do
nmero mais provvel de clulas (NMP) presentes em conhecida quantidade de
amostra (Balba, Al-Awadhi & Al-Daher, 1998).
2.4.1.1. Fatores que Afetam a Biorremediao
O nmero de microrganismos e a diversidade de espcies so fatores
primordiais para a eficcia do tratamento por biorremediao da rea impactada.
Sabe-se que quanto maior for a versatilidade enzimtica e o nmero de clulas
metabolicamente ativas, maior ser a eficincia da degradao do contaminante.
A diversidade microbiana do solo ainda pouco conhecida, no entanto alguns
gneros bacterianos apresentam destaque no que concerne biorremediao de
compostos xenobiticos, principalmente queles derivados de combustveis fsseis.
As espcies dos gneros Nocardia, Pseudomonas, Micrococcus e Bacillus j
so amplamente difundidas pela capacidade de degradar hidrocarbonetos presentes
em combustveis derivados do petrleo (Solano-Serena et al., 2000; Ghazali et al.,
2004; Silva & Alvarez, 2004; Dou et al., 2007). Mas, embora as bactrias tenham
papel de destaque, os demais grupos microbianos (fungos, actinobactrias e
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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cianobactrias) tambm j foram descritos pelo seu potencial para a biodegradao
de derivados do petrleo (Reddy, 1995; Alvarez, 2003; Gallego et al., 2006;
Mancera-Lopez et al., 2007).
Em geral, a composio qumica dos contaminantes heterognea e altamente
complexa. Dessa forma improvvel a existncia de um nico microrganismo, que
naturalmente, seja capaz de decompor todas as substncias qumicas presentes.
Por isso, em processos de biorremediao comum o emprego de consrcios
microbianos para obter um melhor resultado final (Ghazali et al., 2004).
Os microrganismos com a capacidade de utilizar petrleo e seus derivados
como fontes de carbono e energia so chamados de hidrocarbonoclsticos. Essa
populao microbiana possui em seu material gentico, os genes especficos para a
produo das enzimas que atuam no processo de biodegradao.
possvel encontrar essas espcies em ambientes sem histrico de
contaminao. Nesse caso, a sua deteco pode ser dificultada pela predominncia
de outras populaes mais adaptadas ao ambiente natural. Contudo, em casos de
contaminao pode haver a seleo e aumento das populaes tolerantes e com
potencial para a degradao ao contaminante (Hamme, Sigh & Ward, 2003; Ollivier
& Magot, 2005).
Entretanto, importante ressaltar que o aumento da populao com potencial
degradador s ocorre se o solo apresentar condies favorveis para isso (Semple,
Reid & Fermor, 2001). A biorremediao de solos pode ser afetada por diferentes
fatores como a concentrao de oxignio dissolvido, pH, temperatura, presena de
metablitos txicos, potencial de oxi-reduo, disponibilidade de nutrientes e
umidade (Rodriguez, 2006). Por exemplo, em alguns casos, o solo pode conter um
grande teor de matria orgnica que se encontra humificada e, portanto, no
disponvel para o consumo imediato. Essa caracterstica permite que as fontes de
carbono sejam lanadas paulatinamente no solo funcionando como um mecanismo
de controle da dinmica populacional (Moreira & Siqueira, 2006).
No ambiente natural, resduos de plantas e animais mortos so fontes de
carbono disponveis para a pronta assimilao pelos microrganismos autctones.
Em contrapartida, em situaes de contaminao o xenobitico pode interagir com a
matriz do solo e tornar-se indisponvel para a biodegradao (Alexander, 1999).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Alm da fonte de carbono, outros elementos nutricionais so limitantes para o
desenvolvimento dos microrganismos, em especial fontes de nitrognio e fsforo,
cujas concentraes devem ser convenientemente ajustadas. Esses elementos so
fundamentais para as funes vitais dos microrganismos como na sntese de
material gentico (RNA e DNA) e protenas, e para a gerao de energia (ATP)
(Rogers et al., 1993).
A presena de oxignio, que atua como doador de eltrons, estimula o
metabolismo aerbico, permitindo a gerao de maior quantidade de energia para as
clulas. No entanto, na sua ausncia outros compostos podem substitu-lo como, por
exemplo, NO-3, SO4-2, Mn+4 e Fe+3, estabelecendo uma condio de anaerobiose
(Madigan, Martinko & Parker, 2004).
A presena de gua e sua disponibilidade, assim como os nutrientes tambm
so fundamentais, j que esto diretamente relacionadas homeostase e ao
transporte de nutrientes atravs da membrana celular. Com exceo dos perodos
de chuva ou irrigao, os solos contm quantidades de gua insuficientes para
suportar o pleno funcionamento do metabolismo microbiano, pois normalmente a
gua drenada at atingir o lenol fretico (Moreira & Siqueira, 2006).
Nos solos, a temperatura na camada superior, onde se concentra o maior
nmero de microrganismos, praticamente no varia, estando prxima da
temperatura ambiente do local. Por isso, os microrganismos so predominantemente
mesfilos (Madigan, Martinko & Parker, 2004).
A concentrao do on hidrognio no solo outro parmetro de relevncia que
deve ser considerado. Em geral, em solos cidos predominam fungos, enquanto que
em solos neutros predominam bactrias. O pH tambm afeta o potencial de oxi-
reduo (Eh), que pode ainda ser influenciado pela temperatura, presso e
compostos presentes. A coexistncia de microrganismos aerbios, facultativos e
anaerbios na mesma amostra de solo indica que podem haver micronichos
prximos com diferentes valores de Eh (DEsposito, 1999).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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2.4.1.2 Avaliao da toxicidade do solo
Independente da tcnica de remediao aplicada necessrio que antes de se
determinar a concluso do tratamento seja feita uma avaliao adequada da
toxicidade dos compostos residuais, pois ao longo da degradao pode haver a
formao de compostos to ou mais nocivos que o composto original, o que ir
provocar efeitos ainda mais danosos ao ambiente (Balba et al., 1998; Riser-Roberts,
1998; Phillips et al., 2000; Niven, 2005).
Bioensaios de ecotoxicidade so metodologias analticas que permitem
caracterizar a toxicidade de efluentes e substncias qumicas em geral sobre o meio
ambiente a partir da exposio de organismos vivos (bioindicadores) a estas
substncias e da observao e quantificao dos efeitos txicos das mesmas sobre
aqueles organismos. Em funo da elevada sensibilidade dos bioindicadores a
efeitos txicos em seu ambiente, estas valiosas ferramentas de anlise ambiental,
apenas recentemente introduzidas no Brasil, j vm sendo utilizadas extensivamente
e com timos resultados em pases desenvolvidos.
No caso de solos, os testes para essa avaliao podem ser baseados no uso
de seres vivos como sementes de vegetais, organismos invertebrados ou algas, ou
ainda kits comerciais baseados na bioluminescncia e na mutao de culturas
microbianas padro (Amadi, Dickson & Maate, 1993; Xu & Johnson, 1995;
Chaineau, Morel & Outdot, 1997; Balba et al., 1998; Ratte, Hammers-Wirtz &
Cleuvers, 2003; Ogboghodo et al., 2004; Labud, Garcia & Hernandez, 2007; Silva et
al., 2009).
A atividade enzimtica pode ser utilizada para descrever os efeitos de
compostos txicos sobre a populao microbiolgica do solo. No caso da
biorremediao, comum o teste da atividade desidrogensica, uma vez que a
maioria das reaes de oxidao biolgica de compostos orgnicos um processo
de desidrogenao (Ratsep, 1991). O composto qumico mais usado nessa anlise
o cloreto-2,3,5-trifeniltetrazlico (TTC) que age como aceptor final de eltrons de
enzimas desidrogensicas, sendo reduzido a trifenilformazan (TPF) de cor vermelha,
cuja intensidade diretamente proporcional atividade microbiana, e pode ser
determinada por espectrofotometria (Bitton & Koopman, 1992; Gong et al., 1997).
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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As minhocas tambm tm sido empregadas como bioindicadores. As espcies
recomendadas pelo padro OECD (1984) e ASTM (1995) so Eisenia fetida e
Eisenia andrei, facilmente cultivveis em laboratrio. Os efeitos usados para
diagnstico podem ser o crescimento, comportamento, reproduo e processos
fisiolgicos, bem como, observaes de mudanas patolgicas externas como leso
ou dureza. H tambm o teste de fuga de minhocas que, em muitos casos, pode ser
um indicador mais sensvel para avaliar compostos txicos no solo, para nvel de
estresse baixo dos organismos (Kapanen & Itavaara, 2001).
A fitotoxicidade pode ser determinada pela germinao das sementes,
alongamento das raizes e crescimento de mudas. Muitos estudos tm demonstrado
e eficincia de espcies como pepino e agrio (Helfrich et al., 1998), alface e soja
(Gundersson et al., 1997) em testes de toxicidade.
Knoke et al. (1999) avaliaram a toxicidade de solo contaminado com
hidrocarbonetos do petrleo aps a utilizao de tcnicas de biorremediao como
bioestmulo e bioaumento. Foram avaliados ensaios com adio de nutrientes como
fsforo e/ou bioumento com Pseudomonas sp UG30, com capacidade de degradar
compostos xenobiticos. Aps os ensaios de biodegradao, observaram que os
testes feitos com minhoca e com a germinao de alface, a adio de fsforo ao
solo aumentou a toxicidade enquanto que os testes com o bioaumento houve
reduo da toxicidade, sugerindo que dependendo da tcnica de biorremediao
utilizada a toxicidade pode aumentar ou diminuir.
2.5. Ferramentas Estatsticas
No mbito da pesquisa cientfica busca-se continuamente a melhor forma de
obter o mximo de informaes com o mnimo de experimentos, o que reduz os
custos dos estudos. E, uma das formas de se organizar experimentos nesse
contexto a aplicao de ferramentas estatsticas, como o planejamento fatorial
(Barros-Neto, Scarminio & Burns, 2007).
O planejamento fatorial pode ser aplicado quando h diversos fatores que
interagem entre si e podem interferir na realizao de um processo, esses fatores na
linguagem estatstica so conhecidos como variveis independentes. E, os valores
atribudos a esses fatores so denominados nveis.
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Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica
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Essa ferramenta estatstica permite a combinao das diversas variveis
independentes, inclusive em diferentes nveis. Tal fato permite analisar os resultados
integrados e os fatores que influenciam o processo. Em termos prticos, um
planejamento fatorial deve ser feito em 2 ou 3 nveis, pois o uso de mais nveis
aumentaria o nmero de experimentos, inviabilizando a sua aplicao (Calado &
Montgomery, 2003).
Uma vez organizados e realizados os experimentos, a interpretao estatstica
dos dados obtidos pode ser executada atravs de vrios critrios estatsticos de
significncia, como por exemplo, o Teste p, o Teste t e o modelo matemtico
proposto, atravs do coeficiente de correlao (Rodrigues & Iemma, 2005).
O Teste p fundamenta-se na probabilidade de se descartar os efeitos principais
e de interao da varivel em estudo, em um nvel de confiana pr-determinado. o
valor do nvel de confiana normalmente encontrado em trabalhos de 95%, no
entanto a sua determinao varia de acordo com a acurcia desejada.
No caso do Teste t de Student a sua anlise feita atravs dos efeitos
calculados (sejam eles positivos ou negativos), considerados significativos e
diferentes de zero, em um determinado nvel de confiana.
O coeficiente de correlao mede a aproximao entre os pontos experimentais
e uma curva qualquer. Quando este valor se aproxima de 1, tem-se um bom ajuste
dos pontos curva, indicando que o modelo proposto pode ser usado para a
previso de resultados dentro da faixa estudada.
Embora o planejamento experimental seja til, difcil identificar a influncia de
uma ou mais variveis sobre outra varivel de interesse. O sistema, inicialmente,
considerado com uma funo desconhecida que atua sobre as variveis de entrada
(os fatores) e produz como sada, as respostas observadas. Sendo assim, o intuito
principal do planejamento fatorial identificar a funo que represente de modo mais
fidedigno o processo (Rodrigues & Iemma, 2005; Barros-Neto, Scarminio & Burns,
2007).
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Ferreira, D.G. Material e Mtodos
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3. MATERIAL E MTODOS
3.1. Solo
Nesse trabalho foi utilizado um solo, coletado no municpio de Belford Roxo-RJ
no ms de dezembro de 2006, de uma rea urbana sem histrico de contaminao.
Esse solo caracterstico do estado do Rio de Janeiro e por isso foi estudado no
tratamento de biorremediao de solos contaminados com petrleo ou seus
derivados.
Logo aps a coleta, o solo foi peneirado grosseiramente para a retirada de
material como plantas, razes, pedras e gravetos. Em seguida, o solo foi quarteado,
com o intuito de homogeneizar o solo a ser utilizado nos ensaios de biorremediao,
de modo que as amostras de solo aplicadas nos diferentes ensaios possussem
caractersticas similares em relao a sua composio granulomtrica, fsico-
qumica e microbiolgica.
Todos os ensaios de biorremediao foram realizados com solo de um mesmo
lote, isto , de mesma procedncia e data. Para tanto, aps o quarteamento o solo
foi acondicionado em sacos plsticos de 10 kg cada, os quais foram armazenados
sob refrigerao a 51C, at o momento do uso.
Figura 8 Local de coleta do solo argiloso
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Ferreira, D.G. Material e Mtodos
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3.2. Combustveis
Foram usados dois combustveis comerciais, gasolina automotiva e etanol
anidro, misturados em diferentes propores (100:0; 100:12,5; 100:25). Ambas as
amostras foram provenientes da Petrobras de modo a garantir a sua pureza, ou seja,
a ausncia de qualquer aditivo ou adulterao que pudesse interferir nos resultados
obtidos nesse estudo.
A gasolina e o etanol so combustveis estveis e no sofrem degradao
quando armazenados sobre refrigerao e em recipientes no metlicos. Portanto,
os combustveis utilizados nos ensaios de biorremediao foram coletadas do
mesmo local e data, e ao chegar no laboratrio foram armazenados em bombonas
de polietileno a 51C, at o momento do uso.
3.3. Fertilizante
Em algumas condies ensaiadas foi feita a adio de fontes de nutrientes,
atravs da aplicao do fertilizante comercial da marca ULTRAVERDE, com relao
Nitrognio:Fsforo:Potssio de 4:14:8. O ajuste da condio nutricional do solo foi
baseada no teor de fsforo presente no solo, podendo ser de 25 ou 50 ppm de
acordo com o ensaio.
3.4. Ajuste do pH do Solo
De um modo geral os solos argilosos possuem um carter cido, ento a fim de
favorecer o metabolismo bacteriano, elevando o pH a um valor prximo
neutralidade, foi realizada a calagem do solo com Carbonato de Clcio (CaCO3).
Para tanto foi adicionado 15 g de CaCO3 em cada quilo de solo utilizado antes da
realizao dos ensaios.
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Ferreira, D.G. Material e Mtodos
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3.5. Preparo do Inculo
A fim de reduzir o tempo dos ensaios de biorremediao, a populao
microbiana autctone do solo foi aumentada atravs da introduo das culturas
endgenas previamente adaptadas ao contaminante (gasolina). Com esse propsito,
foi produzido um inculo em fase slida conforme metodologia desenvolvida por
Baptista (2007).
O preparo do inculo em fase slida foi conduzido em recipiente plstico
retangular (40 cm x 80 cm x 20 cm), onde foi distribudo aproximadamente 15 kg do
solo. Em seguida, esse solo recebeu ajuste da umidade (para aproximadamente
25%) e da condio nutricional para 50 ppm de fsforo. Esses ajustes foram feitos
pela solubilizao de 3,2 g de fertilizante por quilo de solo em gua e ento
aplicados paulatinamente no solo, ajustando a condio nutricional e de umidade
concomitantemente.
Aps uma semana o solo foi contaminado artificialmente uma nica vez com
5% (v/m) de gasolina automotiva sem adio de etanol. Aps a contaminao o
inculo foi incubado em local arejado com temperatura mdia de 30C por 21 dias,
atingindo nesse perodo uma quantidade de bactrias metabolicamente ativas e
adaptadas ao contaminante. Nesse nterim a umidade foi ajustada pela disperso de
gua destilada na superfcie do solo.
O monitoramento das populaes cultivveis de interesse (bactrias
heterotrficas totais e bactrias hidrocarbonoclsticas) foi feito atravs da
quantificao semanal de cultivos das amostras retiradas do sistema em meios
especficos (Item 3.7.1.).
Finalizadas as etapas de ativao do metabolismo das bactrias
hidrocarbonoclsticas (BHC) e sua adaptao aos hidrocarbonetos da gasolina,
amostras desse solo foram incorporadas aos ensaios de biorremediao na
proporo de 10%(m/m).
-
Ferreira, D.G. Material e Mtodos
46
3.6. Detalhamento dos Ensaios de Biorremediao
Esse trabalho foi realizado em etapas seqenciais, na primeira foi feita a
caracterizao granulomtrica, fsico-qumica e microbiolgica do solo. Na segunda
foram realizados ensaios em microcosmos baseados em um planejamento fatorial
para definir a significncia da condio nutricional, da umidade e da concentrao de
etanol adicionada na gasolina no processo de biorremediao. E, na terceira foram
conduzidas algumas condies propostas pelo planejamento fatorial em colunas de
60 cm a fim de reproduzir condies mais prximas da realidade e estudar a
biorremediao e a percolao vertical da gasolina adicionada com 25% de etanol.
3.6.1. Caracterizao do solo
A caracterizao do solo foi feita baseada na sua granulometria, condio
nutricional, fsico-qumica e microbiolgica. No Quadro 4 podem ser observadas as
metodologias utilizadas nessa caracterizao.
Quadro 4 Parmetros analisados para caracterizao do solo Parmetro Metodologia
Granulometria ABNT-NBR 7181/84
Matria orgnica (mg/Kg), Nitrognio
e Fsforo Jaramillo, 1996
Cobre, Ferro, Mangans, Zinco,
Alumnio, Clcio, Magnsio, PotssioRaij et al., 2001
pH Baptista, 2007
Umidade Espectrmetro de
infravermelho
Bactrias Heterotrficas Totais
Cultivveis Pour plate
Bactrias Hidrocarbonoclsticas
Cultivveis Nmero Mais Provvel
-
Ferreira, D.G. Material e Mtodos
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A anlise granulomtrica foi realizada segundo a metodologia descrita na
norma ABNT-NBR 781/84. A determinao da condio nutricional do solo foi
baseada nas metodologias descritas por Jaramillo (1996) e por Raij et al. (2001). O
pH foi feito seguindo a metodologia descrita por Baptista (2007) e o teor de umidade
foi determinado atravs de um espectrmetro de infravermelho. E, as anlises
microbiolgicas foram feitas pela tcnica de pour plate para as bactricas
heterotrficas totais cultivveis e pela tcnica do nmero mais provvel para as
bactrias hidrocarbonoclsticas cultivveis.
A caracterizao granulomtrica (ABNT-NBR 781/84) e a dosagem de Cobre,
Ferro, Mangans, Zinco, Alumnio, Clcio, Magnsio e Potssio (Raij et al., 2001)
foram realizadas pelo Laboratrio de Geotecnia (COPPE/UFRJ). A dosagem de
matria orgnica, nitrognio e fsforo (Jaramillo, 1996) foram realizadas no
Laboratrio de Tecnologia Ambiental (Escola de Qumica/UFRJ). E a determinao
do pH e da umidade foram realizados no Laboratrio de Biocorroso e
Biodegradao (Instituto Nacional de Tecnologia).
3.6.2. Ensaios de Biorremediao em Microcosmos
Aps a sua caracterizao, esse solo foi usado como base para o estudo da
interferncia da umidade, da condio nutricional e da presena de etanol na
gasolina no processo de biorremediao. Para tanto, foram organizadas 12 ensaios
usando duas matrizes de planejamento fatorial completo de dois nveis e dois fatores
(22), conforme apresenta os Quadro 5 e 6.
A condio nutricional e a adio de etanol na gasolina foram definidos como
variveis independentes. E, nos Quadros 5 e 6 pode-se observar os fatores
(parmetros) e os nveis (valores mnimo, mximo e intermedirio) atribudos para
cada uma das variveis independentes.
Os nveis atribudos concentrao de fsforo (0; 25 e 50 ppm) foram
estabelecidos de acordo com a classificao de solo, em termos nutricionais,
segundo Jaramillo (1996) em pobre ou rico. Em relao ao teor de lcool adicionado
gasolina (0; 12,5 e 25%), os percentuais foram baseados na legislao brasileira,
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Ferreira, D.G. Material e Mtodos
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que determina a adio de 25% de lcool na gasolina comercial (CIMA, n37; Lei
10.203/2001). E, as duas condies de umidade estudadas contemplaram uma
condio normal de solo mido (aproximadamente 20%) e outra saturada
(aproximadamente 40%).
Os valores mnimos e mximos estabelecidos para cada um dos fatores foram
combinados de forma a organizar todas as condies experimentais possveis, e
tambm foram realizadas duas rplicas do ponto central.
Alm de avaliar a condio nutricional e a presena de lcool, tambm foi
estudada o efeito da umidade no processo de biorremediao. Dessa forma, foram
estudados duas condies de umidade, uma com o solo apresentando um aspecto
mido (aproximadamente 20% de umidade) e outra com o solo visualmente
encharcado (cerca de 40% de umidade).
O aspecto visual que o solo apresenta est intimamente ligado sua
capacidade de reteno de gua (CRA), ou seja, a CRA consiste no mximo de
gua