METAIS PESADO BIORREMEDIAÇAO.pdf

O uso da biorremediação na recuperação de áreas degradas.

Componentes:Bruno DinizFelipe CastroLeonardo MendesPablo MoraesTarcisio Caires

Introdução

Degradação ambiental vsdesenvolvimento

A revolução industrial levou a um enorme aumento da poluição e da produção de resíduos tóxicos

A má gestão dos dejetos gerados pelas atividades humanas tem levado à contaminação de diversos ambientes

IntroduçãoA degradação ambiental ocasionada por rejeitos tóxicos leva a perda da biodiversidade,

Contaminação de águas e solos,

Propagação de doenças.

IntroduçãoA preocupação com a contaminação ambiental e suas conseqüências vem aumentando nas ultimas décadas

O investimento em técnicas de remediação esta estimado entre 25 e 35 bilhões de dólares por ano

Entretanto, é difícil avaliar este mercado em detalhes, pois a maioria dos países ainda não tem condições de identificar e catalogar seus sítios contaminados

IntroduçãoDiversas técnicas de remediaçãosão atualmente utilizadas para recuperação de áreas degradadas tais quais:

Métodos físicos: Pump and treat, incineração, lavagem de solo...Quimícos: extração quimica, oxi-redução...Biológicos: landfarming, biopilhas, biocélulas...

Dentre as técnicas citadas, a biorremediação destaca-se devido a maior eficiência e o baixo custo.

IntroduçãoA Biorremediação, em sentido amplo, pode ser entendida como uma tecnologia que visa a prevenção e minimização de impactos antrópicos negativos e a restauração de habitats naturais contaminados utilizando agentes biológicos

A previsão é de que, nos próximos anos, o mercado mundial da biorremediação atinja mais de US$ 70 bilhões anuais,

IntroduçãoAtualmente a biorremediação não se restringe apenas na utilização de microorganismos, mas também as plantas, enzimas e a interação entre eles.

A biorremediação não é novidade, uma vez que microrganismos e plantas convivem há milhões de anos com compostos orgânicos e metais, coexistindo em ambiente de limitação ou de excesso.

IntroduçãoDo ponto de vista prático, a biorremediaçãoé fundamentada em três aspectos principais:

a) Existência de microrganismos com capacidade catabólica para degradar o contaminante;

b) O contaminante deve estar disponível ou acessível ao ataque microbiano ou enzimático;

c) Condições ambientais adequadas para o crescimento e atividade do agente biorremediador.

Introdução

IntroduçãoPrincipais dificuldades:

- Heterogeneidade do rejeito

- Alta concentração do contaminante

- Condições adequadas para o crescimento microbiano.

http://www.enzilimp.com.br/bancoimg/070215030853peixes8.jpg

IntroduçãoTipos de biorremediação:

Passiva degradação intrínseca ou natural pelos microrganismos autóctones

Bioestimuladora adição de nutrientes, como N e P, para estimular os microrganismos autóctones.

Bioventilação bioestimulaçãopor meio da adição de gases estimulantes, como O2 e CH4, para aumentar a atividade microbiana decompositora.

http://www.arquipelago.com.br/imagens/estudos_remediacao3.jpg

IntroduçãoBioaumentação é a inoculação do local contaminado com microrganismos selecionados para degradação do contaminante.- Culturas puras ou consórcio microbiano, transgênicosou não. - Herbicidas, hidrocarbonetos clorados e carbonatos.- Poucas evidências definitivas de sucesso, exceto para Agrobacterium radiobacter e Phanerochaetechrysosporum.

IntroduçãoCompostagem é o uso de microrganismos termofílicosaeróbios em pilhas construídas para degradar o contaminante. A elevação da temperatura na massa contaminada é ideal para tratamento de rejeitos e lodos diversos, incluindo contaminantes explosivos.

É um processo barato e fácil de ser monitorado.

http://www.loja.jardicentro.pt/images/jardicentro_caixa_compostagem_jck186236.jpg

Introdução

Landfarming aplicação e incorporação de contaminantes ou rejeitos contaminados na superfície de solo não contaminado para degradação.

Contaminante em forma sólida ou líquida; misturado por aração;

Muito utilizada no Brasil.

Introdução

Fitorremediação uso de plantas para descontaminaçãosuperficial do solo.Expansão da população de microrganismos.Secreção de substâncias.Aumento considerável na degradação de contaminantes.

COMPOSTOS ORGANOCLORADOS

http://www.tc.umn.edu/~allch001/1815/pestcide/sim/ddt-long-isl-1945.jpg

Características geraisCompostos orgânicos que contêm cloro em sua composição

Apresentem grande toxicidade

Grande persistência no meio ambiente / longo período para biodegradação

Lipossolúveis

HistóricoMuito usados como pesticidas e fungicidas ao longo do século XX: DDT, Hexaclorobenzeno (HCB), toxafeno

Resíduos industriais (metalurgia, pneus e outras) : bifenilaspolicloradas, dioxinas e furanos, além do hexaclorobenzeno

Produção global excede 100000 toneladas, tendo sido a maior parte produzida na década de 70

http://wiseeats.wordpress.com/2009/04/17/breaking-news-genetically-engineered-crops-fail-to-yield/

Efeitos adversos comprovados em diversas espécies

Grande persistência + lipossolubilidade = bioacumulação

Impactos causados

Concentração da substância no nível trófico

http://4.bp.blogspot.com/_y3_jji6uWps/SGqb_XTSSwI/AAAAAAAAADY/wIV1VGaJ7cw/s320/CADEIA%2BALIMENTAR.jpg

Alguns efeitos negativos já observados dos organoclorados:

Redução na rigidez da casca de ovos de águias, falcões e açores em todo o mundo.

Fracasso na reprodução da truta-do-mar em Laguna Madre (Texas) e da águia-marinha no Báltico.

Grande incidência de câncer gastrointestinal em populações consumidoras de águas altamente contaminadas na Índia.

Lençóis freáticos contaminados por organoclorados são observados hoje, em decorrência de uma fábrica de inseticidas desativada na década de 50, em Duque de Caxias, RJ.

Em regiões industriais de SP, como Cubatão há grandes áreas de solos e água contaminados por organoclorados.

http://www.scienceclarified.com/images/uesc_04_img0177.jpg

Vários países já proibiram a produção e o uso de uma série de organoclorados, como o DDT e HCB, por exemplo

PROBLEMA: a contaminação por organoclorados é persistente!!

Objetivo atual: banir o uso de organoclorados e a contaminação gerada por eles em escala global.

Biorremediação de Organoclorados

Alguns fungos basidimicetos: degradam a ligninina de madeiras

Têm as enzimas lignina peroxidase (Lip), lacases (LAC) e peroxidases dependentes do manganês (MnP)

Inespecificidade do complexo enzimático que secretam

Também capazes de degradar diversos tipos de compostos organoclorados (ex: DDT, HCB), gerando CO2, H2O e outros produtos não tóxicos.

Adição de O2, nutrientes e umidade ao solo a ser recuperado favorecem a atividade dos fungos em questão.

Essa mineralização de organoclorados já foi obtida em pequena escala (30 a 100 g de solo) em laboratório.

Em escalas maiores encontram-se dificuldades para obter o mesmo êxito.

Biorreatores: permitem o controle das condições de atividade dos microorganismos (Temperatura, aeração, umidade, nutrientes, etc).

Evitam a permanência do poluente no local contaminado por mais tempo.

Mais estudos e ajustes nesses biorreatores provavelmente permitirão no futuro uma biorremediação em grande escala com a mesma eficiência.

ÁREAS CONTAMINADAS POR METAIS PESADOS

Tanque de rejeitos da Companhia Mercantil e Industrial Ingá na Baía de Sepetiba, Itagu

O QUE SÃO METAIS PESADOS?Metais pesados são metais altamente reativos e bioacumuláveis;

Quimicamente, são definidos como um grupo de elementos situadosentre o cobre e o chumbo na tabela periódica tendo pesos atômicos ente 63,546 e 200,590 e densidade superior a 4,0 g/cm3;

Os seres vivos necessitam de pequenas quantidades de alguns desses metais (cobalto, cobre, manganês, molibdênio, vanádio,estrôncio e zinco) para a realização de funções vitais no organismo. Porém níveis excessivos desses elementos podem ser extremamente tóxicos;

Outros metais pesados como o mercúrio, chumbo e cádmio não possuem nenhuma função dentro dos organismos e a sua acumulação pode provocar graves doenças, sobretudo nos mamíferos.

http://www.vivaterra.org.br/vivaterra_metais_pesados.htm

Acredita-se que os metais pesados sejam os agentes tóxicos mais conhecidos pelo homem;

Há aproximadamente 2.000 anos a.C., grandes quantidades de chumbo eram obtidas de minérios, como subproduto da fusão da prata e isso provavelmente tenha sido o início da utilização desse metal pelo homem;

O elevado desenvolvimento industrial ocorrido nas últimas décadas, tem sido um dos principais responsáveis pela contaminação de nossas águas e solos, seja pela negligência no seu tratamento antes de despejá-las nos rios ou por acidentes e descuidos cada vez mais freqüentes.

Disposição de resíduos industriais em área de mangue aterrado.

http://www.portogente.com.br/texto.php?cod=3712

Metais De onde vêm Efeitos

AlumínioProdução de artefatos de alumínio; serralheria;

soldagem de medicamentos (antiácidos) e tratamento convencional de água.

Anemia por deficiência de ferro; intoxicação crônica

Arsênio Metalurgia; manufatura de vidros e fundição. Câncer (seios paranasais)

Cádmio Soldas; tabaco; baterias e pilhas. Câncer de pulmões e próstata; lesão nos rins

ChumboFabricação e reciclagem de baterias de autos;

indústria de tintas; pintura em cerâmica; soldagem.

Saturnismo (cólicas abdominais, tremores, fraqueza muscular, lesão

renal e cerebral)

Cobalto Preparo de ferramentas de corte e furadoras. Fibrose pulmonar (endurecimento do pulmão) que pode levar à morte

Cromo Indústrias de corantes, esmaltes, tintas, ligas com aço e níquel; cromagem de metais. Asma (bronquite); câncer

Fósforo amarelo

Veneno para baratas; rodenticidas (tipo de inseticida usado na lavoura) e fogos de artifício.

Náuseas; gastrite; odor de alho; fezes e vômitos fosforescentes; dor

muscular; torpor; choque; coma e atémorte

Mercúrio Moldes industriais; certas indústrias de cloro-soda; garimpo de ouro; lâmpadas fluorescentes.

Intoxicação do sistema nervoso central

Níquel Baterias; aramados; fundição e niquelagem de metais; refinarias.

Câncer de pulmão e seios paranasais

Fumos metálicos

Vapores (de cobre, cádmio, ferro, manganês, níquel e zinco) da soldagem industrial ou da

galvanização de metais.

Febre dos fumos metálicos (febre, tosse, cansaço e dores musculares) -

parecido com pneumonia

http://www.vivaterra.org.br/vivaterra_metais_pesados.htm

ALGUNS CASOS DE CONTAMINAÇÃO..

Companhia Mercantil e Industrial Ingá:

Indústria de zinco, situada a 85 km do Rio de Janeiro, na ilha da Madeira, falida e desativada há mais 15 anos, transformou-se na maior área de contaminação de lixo tóxico no Brasil;

Os diques construídos para conter a água contaminada não têm recebido manutenção há mais 5 anos, e dessa forma os terrenos próximos foram inundados, contaminando tudo ao seu redor;

Metais pesados como zinco, cádmio, mercúrio e chumbo continuam poluindo o solo, a água e atingem o mangue, afetando a vida da população;

Atualmente a área foi arrematada pela Usiminas e passa por processo de descontaminação e a empresa pretende instalar ali um terminal portuário de minério.

http://www.vivaterra.org.br/vivaterra_metais_pesados.htm

ANTES...

http://www.ecodebate.com.br/tag/areas-contaminadas/

DEPOIS!

Indústria de Acumuladores Ajax: Uma das maiores fábricas de baterias automotivas do país,

localizada em Bauru-SP no km 112 da Rodovia Bauru-Jaú, contaminou com chumbo expelido pelas suas chaminés 113 crianças, sendo encontrados índices superiores a 10 miligramas/decilitro de sangue (Em crianças, um aumento de 6,2 para 18,6 μg.dL–1 de chumbo no sangue corresponde a uma diminuição na audição de 2 dB em todas as frequências);

Foram constatados ainda a contaminação de animais, leite, ovos e outros produtos agrícolas, resultando em um enorme prejuízo para os proprietários.

Arquivo SMA/Cetesb

Corporação Chisso:

Companhia química japonesa particularmente conhecida como uma fornecedora de cristal líquido, usado para monitores LCD, e por seu envolvimento no Desastre de Minamata.

Mal de Minamata, doença cerebral causada pela ingestão de mercúrio, o caso mais famoso de contaminação por metais pesados.

Baía de Minamata -Japão

www.cetem.gov.br/.../img/imagem_minamata01a.gif

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm4.static.flickr.com/3004/3048220666_ca1f37738a.jpg&imgrefurl=http://lostinjapan.info/2008/11/21/desastre-en-minamata

Via de contaminação das pessoas pelo mercúrio em Minamata

Vítimas de Minamata pelo consumo de peixe contaminadohttp://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm4.static.flickr.com/3004/3048220666_ca1f37738a.jpg&imgrefurl=http://lostinjapan.info/2008/11/21/desastre-en-minamata

Monumento em homenagem às vítimas de Minamata.

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm4.static.flickr.com/3004/3048220666_ca1f37738a.jpg&imgrefurl=http://lostinjapan.info/2008/11/21/desastre-en-minamata

Em Cubatão, baixada Santista, Estado de São Paulo, houve há cerca de dez anos, denúncias de um alto índice de anencefalia (ausência de cérebro) em recém-nascidos e este problema estaria relacionado com a emissão industrial de metais pesados, notadamente o chumbo.

As pesquisas na época não chegaram a ser conclusivas, mas a suspeita permanece até hoje, tanto que se teme que fenômeno semelhante volte a ocorrer em outros pólos industriais, como em Araucária, no Estado do Paraná.

http://letrasdespidas.files.wordpress.com/2009/02/cubatao.jpg

OS MICROORGANISMOS E SEU PAPEL NA RECUPERAÇÃO DE ÁREAS CONTAMINADAS POR METAIS PESADOS

Metais não são biodegradáveis, podendo somente serem transformados de um estado químico para outro (de um mais tóxico para um menos tóxico);

Os microorganismos são capazes de realizar essa transformação por apresentarem uma alta relação entre superfície/volume, a qual permite uma grande área de contato para interações com os metais no ambiente;

Muitas microalgas, fungos e bactérias possuem essa habilidade;

A capacidade de remoção e os mecanismos de acumulação variam amplamente de acordo com a espécie, com a linhagem e com fatores ambientais (pH, temperatura e nutrientes);

Tolerância X Resistência (Gadd, 1992).

Acumulação por ligação na parede celular ou materiais extracelulares

Quelação por componentes da membrana (pigmentos, polímeros, quitina)

Complexação com compostos orgânicos produzidos pela célula

Captação ativa para utilização no metabolismo como nutrientes essenciais

Precipitação e Troca iônica

Remineralização

Produção de sulfeto de hidrogênio por bactérias que precipitam sulfetos metálicos em solução

Redução da quantidade de oxigênio livre no ambiente, limitando a biooxidação de metais

Cupriavidus matallidurans CH34 – UMA SUPER BACTÉRIA

Bactéria considerada como a mais resistente a metais pesados encontrada na natureza;

Porém, a cepa selvagem não tem a capacidade de conter o metal por muito tempo;

Engenharia genética (ICB-USP): criação da Cupriavidus metallidurans CH34;

Inserção de um gene que codifica uma proteína com alta afinidade por metais pesados

Cupriavidus metallidurans

Metais pesados

Em testes laboratoriais, essa bactéria obteve bons resultados com chumbo, zinco, cobre, cádmio, níquel, manganês e cobalto;

Nem a proteína nem os metais acumulados atrapalharam o desenvolvimento da bactéria;

É um forte candidato para ser utilizada para tratamento de efluentes industriais;

O próximo passo será a sua utilização em um biorreator com efluentes reais fornecidos pela Vale.

Histórico do uso dopetróleo

Usado a + de 3000 anosConstrução de palácios e reparo de barcosEgito – Preparo de múmias, cura de doenças e iluminação

Demanda e produção depetróleo

Dados em milhões de barris/dia159 litros/barril

Demanda mundial em 2008: 85,53Produção mundial em 2008: 85,38

EUA: 10% da produção mundial e 23% do consumoEUA vs Brasil

550 bi/ano : 25 bi/ano

http://www.eia.doe.gov/emeu/ipsr/source2.html

Significaque...

Exxon-Valdez: 1,26 milhões de barris14,25 navios/dia

EUA: 2639,2 milhões de toneladas de dióxido de C/ano

Elementos e Processos do Sistema Petrolífero, Magoon & Dow, 1994, J.A.M.G., 1996

Extração dopetróleo

http://www.hsw.uol.com.br/

Transporte do petróleo

Reservatórios oceânicos e continentais

Oleodutos

Caminhões e navios de transporte

Refino dopetróleo

Contaminação crônica

Descarga de hidrocarbonetos

Pequenos derrames

Desastres naturais envolvendopetróleo

Navio Prestige (2002) – 10 a 20 mil toneladas de óleo913 a 1121 km de costa atingida10 a 15 mil pássaros afetados

Desastres naturais envolvendopetróleo

Exxon-Valdez (1989) Alasca37 mil toneladas1 bilhão de multa

15 anos depois ainda há contaminação

Desastres naturais envolvendopetróleo

Desastres naturais envolvendopetróleo - Brasil

Vergina II – 86 m3 de petróleo - TEBAR

16 praias de duas cidadesR$ 4,6 milhões à PETROBRÁS

Pessoal; compra de materiais; limpeza da água, areia e costões rochosos; manutenção; indenizações.

R$ 4,9 milhões à comunidade (Campos Jr.)Valor calculado do prejuízo para Ilhabela

Desastres naturais envolvendopetróleo - Brasil

TEBARMaior terminal de recebimento de petróleo do Brasil

26 anos de funcionamento – 236 derrames

Desastres naturais envolvendopetróleo - Brasil

Baía de Guanabara – 9,5t/dia de óleo2 refinarias, 2 portos comerciais, 15 terminais de petróleo, 40 estaleiros, outras indústrias e 2 mil postos de serviço

“Um ambiente desóxico-anóxicoextremamente contaminado por petróleo e seus derivados”

MapaSAOMapa de sensibilidade ambiental para derramamento de óleo

Mapa de geomorfologia da área com os índices de sensibilidade do mês de Junho/2000 (ISL2 - ♦ , 3 - ♦ e 10 - ♦ )

Programas de prevenção/recuperação

PEGASOSegurança, meio ambiente e saúde9 centros de defesa ambiental – aprimoramento dos sistemas de redução de resíduos e emissão de poluentes na atmosfera

RECUPETROCoordenação no núcleo de estudos ambientais da UFBABIOPETRO

Áreas Contaminadas

Áreas contaminadas na Alemanha: 362.689Áreas contaminadas em SP: 255 - 2002

727 - 20031336 - 2004

Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos

Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetosCondições:

Umidade abaixo de 30%Areia facilita, silte/argila dificultamDepende de O2

Temperaturas mais altas (40ºC)C:N:P – 100:5:1pH 5,5 a 8,5

Pseudomonas, Penicilum, Proteus, Bacillus

Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos

Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos

Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos

Refinaria da PETROBRAS em Curitiba0,5 a 1 m3 de solo/ano ao custo de R$9,00 a R$12,60 /mês (landfarming)

Terraferm®

Otimização dos parâmetros que influenciam diretamente a atividade microbiana necessária para a biodegradação

Taxa de degradação entre 70,2% a 88,6% em 14 dias

AlternativasÓleo de palmeiras

Óleo de Palmeiras2 milhões de hectares satisfazem as necessidades de petróleo do mundoGoverno brasileiro cogita considerar palmeiras de óleo como florestas

600 milhões de t de CO2 – pântanos 1,4 bilhões de t de CO2 – incêndio intencional2 bilhões de t de CO2 – 8% da emissão global

AlternativasEtanol

85% de etanol de milho e 10% de gasolina sem chumbo = redução em 35 a 46% de CO2

Não produz benzeno e enxofre, pouco monóxido e dióxido de carbonoA economia americana cresceu 51% entre 1990 e 2004, porém as emissões de carbono aumentaram 19%

Referências BibliográficasFLORES, A.V; RIBEIRO, J.N; NEVES, A.U; QUEIROZ, E.L.R. 2004. Organoclorados: um Problema de Saúde Pública. Ambiente & Sociedade – Vol. VII nº2

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