PROF. DR. HERONIDES ADONIAS DANTAS FILHO

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3.1- Formação do Solo

Solo é um manto superficial formado por fragmentos de rochas minerais, água,

ar, seres vivos e seus detritos em decomposição. Dessa forma o solo é

considerado como resultado das interações da litosfera, hidrosfera, atmosfera e

biosfera. Ele pode ser estudado por suas características físicas, químicas e biológicas, com

o objetivo de conhecermos suas propriedades e utilizá-lo no atendimento das necessidades

humanas sem degradar o ambiente.

A proporção de cada componente no solo (Figura 66) é relativa variando de um solo

para outro em termos médios, os componentes de grandeza podem ser encontrados na

seguinte proporção:

45% de elementos minerais

25% de ar

25% de água

5% de matéria orgânica

Figura 66. Gráfico da composição do solo

Fonte:

A matéria solida mineral é resultante de rochas desagregadas no próprio local ou em

locais distantes. A desagregação das rochas se da por ações físicas, químicas e em menor

proporção, biológicas, as quais constituem o que se denomina de intemperismo. A fase

liquida é fundamentalmente constituída por água proveniente de precipitações.

Materia orgânica

5%

Elementos minerais

45%Ar

25%

Água25%

Solo

O

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A fase gasosa é resultante do ar existente na superfície e, em proporções variáveis dos

gases da biodegradação de matéria orgânica. A parte orgânica e resultante de substâncias

provenientes de plantas e animais mortos, assim como produtos intermediários de fácil

degradação biológica, realizada por bactérias e fungos. O material orgânico é transformado

em água, gás carbônico e sais minerais.

O solo não é formado apenas pela camada superficial de alguns centímetros que o

agricultor cultiva, mas também por outras camadas abaixo desta. A formação do solo e

resultado da ação combinada de cinco fatores: clima, natureza dos organismos, material de

origem, relevo e idade, formando um lento processo cíclico que leva milhões de anos para

se concretizar (Figura 67).

Os quatros primeiros fatores clima, natureza dos organismos, material de origem e

relevo estabelecem ao longo do tempo características do solo que variam com a

profundidade, devido à maneira pela qual ele se formou ou depositou em razão das

diferenças de temperatura, teor de água, concentração de gases e movimentos descendentes

de solutos e de partículas. Ou seja, trata-se de fluxos de material formando diferentes

camadas que são denominadas horizontes.

Figura 67. Formação do solo

Fonte:

Os horizontes se diferenciam por espessura, cor, distribuição, arranjo de partículas

sólidas e poros, distribuição de raízes e outras características resultantes da interação de

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fatores que influenciam na formação do solo. Esses horizontes podem ser identificados de

acordo com suas características.

O processo de formação do solo tem implicações bastante diversas e marcantes, por

exemplo, o ciclo hidrológico sobre o regime dos cursos de água em uma região (Figura 68).

Em regiões áridas, em que o intemperismo é menos intenso os solos tendem a ser

mais rasos, assim quando ocorre uma precipitação os poros se saturam de água e há

escoamento na superfície. O escoamento é rápido e acumula no fundo dos vales

provocando enchentes, entretanto no período de estiagem a água acumulada nos poros rasos

se esgota e o rio deixa de correr, tornando-se intermitente.

A mesma precipitação, caindo sobre um solo profundo, poderá não causar enchentes e

ser suficiente para alimentar o rio durante todo período de estiagem devido o maior volume

de água acumulada nos poros desse solo.

Figura 68. Perfil do solo em regiões de clima distinto

Fonte:

Os poros são reservatórios de água doce capazes de assegurar a sua disponibilidade

durante longos períodos de estiagem dependendo de sua profundidade. Alguns aspectos

diferenciam os solos de regiões climáticas distintas.

Algumas características do solo são importantes e permitem a descrição de sua

aparência ambiental entre estas estão cor, textura (ou granulometria), estrutura,

consistência, espessura dos horizontes, grau de acidez, composição e capacidade de trocar

de cátions.

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A cor é utilizada para denominar e identificar os solos em comparação a escalas

padronizadas, essa comparação é necessária para associar algumas propriedades do solo à

sua coloração.

A textura é a proporção relativa de partículas minerais de dimensão compreendida

entre certos limites existentes num horizonte. A textura do solo depende de vários fatores,

sendo os mais importantes à rocha-mãe, a topografia e o clima é a classificação base de

classificação mais conhecida dos solos, além de explicar também alguma das principais

propriedades físicas e químicas do solo.

A estrutura se refere ao “arranjo de partículas primárias de solo na unidade

secundária” e explica o comportamento mecânico do solo, conferindo-lhe a capacidade de

resistir a um esforço destinado a rompê-lo. Os macroporos presente em um solo

determinam se ele será permeável, drenável e aerado. Em outras palavras, estrutura do solo

é a formação de agregados do solo que são aglomerações do solo.

Um solo é sempre constituído por matéria mineral (areia, calcário, silte, argila),

matéria orgânica (húmus, restos de plantas e animais), ar e água. As quantias relativas das

quatro partes principais e as composições das partes determinarão se um solo será ou não

satisfatório para o crescimento de uma planta.

Capacidade de troca catiônica de solos (CTC) é a capacidade do solo para atrair e

reter íons positivamente carregados (cátions), dependendo principalmente da quantia de

argila e matéria orgânica no solo. Argila e matéria orgânica têm um número grande de íons

de cargas negativas que lhes permitem se ligar aos cátions. Cálcio (Ca+2), magnésio (Mg+2),

potássio (K+ ) e amônio (NH4+) são importantes cátions nutrientes.

A acidez no solo age sobre a produção inicial favorecendo algumas características

como a solubilização de alguns compostos, reduzindo ou elevando a disponibilidade de

nutrientes essenciais para as plantas.

3.1.1 Resíduos Tóxicos

São aqueles que podem ser nocivos, no presente e no futuro, à saúde dos seres

humanos, de outros organismos e ao meio ambiente. Diferentes países adotam práticas

distintas para a identificação de resíduos perigosos, dependendo resíduo em si, do modo

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pelo qual é utilizado e de como foi e é disposto no ambiente. Geralmente, tais resíduos

tóxicos são apresentados na forma de listas de substâncias ou de processos de indústrias que

o geram. Os principais resíduos tóxicos são metais pesados, pesticidas organoclorados,

solventes orgânicos e PCBs.

Alguns países dispõem de normas ou regulamentações que estabelecem as

concentrações máximas admissíveis para resíduos específicos. No Brasil a preocupação

com os resíduos tóxicos é concretizada por meio de varias medidas que foram tomadas

desde a criação da NBR 10004, como também pela atuação de órgãos de controle

ambiental. (Braga et. al. 2005)

Atualmente a quantidade de resíduos tóxicos presentes no meio ambiente é muito

elevada isso torna difícil a apresentação de uma classificação universal. Além disso, novas

substâncias têm sido despejada no meio ambiente o que torna esta classificação mais difícil.

Na Tabela 20 são apresentados exemplos da ocorrência e geração de resíduos perigosos.

Na gestão de resíduos perigosos é necessário efetuar a reutilização e/ou a reciclagem.

Alguns resíduos que são gerados como subprodutos em determinados processos industriais,

podem ser reutilizados em outros processos industriais. Quando não é possível implantar

algumas das alternativas anteriores, seja por razões tecnológicas ou econômicas, esses

resíduos devem ser dispostos de maneiras adequadas, de modo a não causarem danos ao

meio ambiente e aos organismos que deles dependem. A disposição a ser escolhida

depende, entre outros fatores, da natureza dos resíduos, das características do meio

receptor, das leis vigentes e da aceitação da sociedade. (Braga et.al.2005).

É necessário que as quantidades de resíduos produzidas em determinados locais sejam

conhecidas, bem como suas disposições espaciais e temporais pra que se possam tomar

medidas adequadas para diminuir seus efeitos. Os danos provocados pelos resíduos

perigosos em qualquer uma de suas fases de existência têm causado grande movimentação

internacional.

A contaminação no solo pode ser provocada por resíduos na fase sólida, liquida e

gasosa. A contaminação por resíduos na fase sólida se manifesta mais intensamente por

duas razões principais: as quantidades geradas são grandes e as características de

imobilidade impõem grande dificuldade ao seu transporte no meio ambiente.

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A grande mobilidade dos gases que é proporcionada pela circulação atmosférica com

trocas de massa e redução das concentrações dos poluentes, que tornam de menor o efeito

poluidor direto dos resíduos gasosos sobre o solo. Entretanto a parte que precipita pode

chegar ao solo na forma de poluentes em solução, trazidas pelas chuvas ácidas.

Tabela 20. Exemplos da ocorrência e geração de resíduos perigosos

Setor Fonte Resíduos perigosos

Serviços, Comércio e

Agricultura

Veículos

Aeroportos

Lavagem a seco

Resíduos oleosos

Óleo, fluidos hidráulicos, etc.

Solventes halogenados

Indústrias de pequeno e

médio porte

Transformadores

Hospitais

Fazendas, parques

municipais, etc.

Tratamento de metais

Fabricação de tintas

Curtumes

Resíduos Bifenilas policloradas

Resíduos patogênicos de

pesticidas, embalagens

contaminadas.

Lodos contendo metais pesados.

Solventes, borras, tintas

Lodos contendo mercúrio

Resíduos de fundo de coluna de

destilação

Indústrias de grande porte Processo de extração de

bauxita: fabricação de

alumínio

Refinaria de petróleo

Produção de cloro

Química

Resíduos de desmonte de cubas

de redução

Catalisadores, resíduos oleosos

Lodo contendo mercúrio

Resíduo de fundo de coluna de

destilação

Fonte: Braga et.al., 2005

A contaminação por resíduos líquido que atingem o solo são provenientes de

processos industriais, esgotos sanitários que não são lançados na rede pública, além de

defensivos agrícolas. Esses contaminantes podem chegar ao solo como um procedimento

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técnico de tratamentos de resíduos líquidos por aplicação ao solo ou, como conseqüência do

descaso.

O principal fator da contaminação no solo é o desmatamento, que provoca

desequilíbrios hidrogeológicos, pois em conseqüência de tais práticas a terra deixa de reter

águas pluviais. Além dos desmatamentos que provoca a erosão do solo e o assoreamento

dos rios, as queimadas que são usadas para limpar as áreas de plantio esgotam o solo e os

deixam inférteis (Figura 69).

Figura 69. Fatores que contribuem para contaminação do solo.

Fonte:

3.2.1 Natureza dos resíduos Tóxicos Quanto a natureza os resíduos tóxicos podem ser classificados como resíduos

biomédicos, resíduos químicos, inflamáveis, corrosivos e radioativos alguns resíduos são

incluídos em mais de uma categoria. Os resíduos biomédicos apresentam características

patologias e infecciosas. Como por exemplo, pode-se citar:

Resíduos cirúrgicos e patológicos;

Animais usados para experiências e cadáveres;

Embalagens e resíduos químicos e de drogas;

Bandagens, panos e tecidos empregados em práticas médicas;

Utensílios usados tais como agulhas, seringas etc.

Equipamentos, alimentos e outros resíduos contaminados.

Resíduos químicos e quimioterápicos, resíduos orgânicos e resíduos radioativos

não são considerados resíduos biomédicos. Isso se deve ao fato da

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especificidade desses resíduos com relação ao manuseio e de normas e

legislação pertinente.

Resíduos químicos

Nessa categoria há uma grande quantidade de substâncias produzidas pela atividade

industrial, e utilizadas por grande parte da sociedade. A preocupação com esses resíduos é

atual, de modo que a diminuição dos impactos causados pelo emprego dessas substâncias e

pequeno. A preocupação e que muitos dos problemas detectados com relação a esse tipo de

poluição representem uma pequena parte de todos os problemas produzidos no passado

pelo mau uso e disposição de resíduos químicos tóxicos no meio ambiente.

Não existe uma avaliação segura do impacto produzido por essas substâncias na saúde

da sociedade e no meio ambiente, devido essas substâncias poderem penetrar no ambiente

de varias maneiras e também poderem sofrer transformações, além de não se saber os

efeitos por elas produzidos.

Os resíduos químicos tóxicos podem ser orgânicos ou inorgânicos. Os resíduos

orgânicos persistentes (ou de lenta degradação) são fonte de preocupação principalmente

aqueles que sofrem bioacumulação. Bifenilas Policloradas e alguns pesticidas são exemplos

de resíduos químicos orgânicos perigosos, a presença desses resíduos pode provocar efeitos

tóxicos de longo prazo por serem carcinogênicos e mutagênicos.

Resíduos químicos inorgânicos como alguns compostos de mercúrio, chumbo,

cádmio e arsênio são tóxicos mesmo em baixas concentrações, esses compostos podem ser

também bioacumulados nas cadeias alimentares e atingir concentrações nocivas para os

seres humanos e outros organismos. Esses metais tóxicos são lançados na atmosfera pela

queima de determinadas substâncias e também podem ser lançados nos meio aquáticos, ou

no solo.

A existência de rotas poluentes que passam pelos meios atmosférico, aquáticos e

terrestres é bastante comum. Conseqüentemente, a disposição de resíduos perigosos no solo

por longos períodos poderá ter efeitos deletérios nos aqüíferos.

Resíduos inflamáveis

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São substâncias que queimam rápida e facilmente, muitas dessas substâncias são

produtos químicos orgânicos que participam de reações de oxidação, nas quais o oxigênio

atmosférico atua como oxidante.

Existem substâncias perigosas chamadas oxidantes que podem substituir o O2 e

manter a combustão. Alguns agentes oxidantes podem ser eliminados dissolvendo-os em

água e tratando as soluções resultantes com agentes redutores.

Substâncias reativas

São aquelas que apresentam reações violentas essas moléculas são covalentes e

contém algumas ligações que são fracas e quando se decompõe tendem a ser bastante

reativas, haja vista que as reações de conversão são exotérmicas.

Substâncias corrosivas

São substâncias que resultam na deterioração dos materiais com os quais entram em

contato, tais substâncias agem em virtude de serem ácidos ou bases fortes, outras são

agentes desidratantes, além de oxidantes.

3.3. Substâncias Tóxicas ão substâncias tóxicas que afetam a saúde humana, especialmente no que diz

respeito ao câncer e aos defeitos congênitos, assim como o bem estar de

organismos inferiores..

3.3.1 Substâncias orgânicas A maioria das substâncias orgânicas tóxicas são compostos organoclorados. Muitos

poluentes persistentes são produzidos a partir da queima de compostos clorados ou como

subprodutos de fabricação ou degradação de determinadas substâncias. Por exemplo, as

dioxinas que são um grupo de substâncias que resultam como subprodutos da combustão ou

fabricação de clorofenóis.

Uma forma específica de dioxina, o TCDD (2, 3, 7, 8- tertraclorodibenzeno-p-

dioxina), é considerado como sendo provavelmente o composto químico mais tóxico

existente. Uma grande parte das substâncias orgânicas tóxicas é sintética, ou seja, são

S

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substâncias que geralmente não ocorrem na natureza, entretanto foram sintetizadas a partir

de substâncias mais simples.

Muitas dessas substâncias estão presentes em produtos químicos sintéticos que são

comercializados livremente, em grande parte dos casos o petróleo e o gás natural são

utilizados como fonte original de carbono. São exemplos desses produtos os pesticidas,

inseticidas, herbicidas e etc.

3.3.1.1 Pesticidas Denomina-se de pesticidas todas as substâncias de origem natural ou sintética os

utilizadas no controle e/ou na eliminação/diminuição de pragas (insetos, ervas daninhas,

etc.), as quais trazem prejuízos na produção de alimento,ou transferem enfermidades aos

seres humanos e a outros organismos.

Os pesticidas químicos impedem o processo metabólico vital de organismos para os

quais são tóxicos. Há vários tipos de pesticidas entre eles estão os herbicidas, fungicidas,

inseticidas, etc. Na Tabela 21 são apresentados os vários tipos de pesticidas existentes e

seus organismo alvo. Os conjuntos desses três tipos de pesticidas representam um elevado

volume usado anualmente em todo o planeta.

A maior parte da utilização de pesticidas envolve a agricultura, haja vista, o

crescimento populacional e a grande demanda alimentícia, atualmente são difíceis de

imaginar a produção de alimentos sem o uso de pesticidas, pois esses produtos melhoram a

produtividade agrícola, diminuindo os preços do alimento e da mão-de-obra. Os países

desenvolvidos são os maiores consumidores, haja vista que a capacidade de colher grandes

quantidades de alimentos em áreas pequenas com a mínima participação de trabalho

humano tem sido passível graças ao uso de pesticidas.

Desde a sua introdução os pesticidas sintéticos são considerados um problema, devido

ao seu impacto sobre a saúde humana em virtude da acumulação desses compostos

químicos na cadeia alimentar, por essa razão muitos países excluiu ou limitou o seu uso.

Embora haja conhecimento sobre os muitos impactos ambientais causados pela

aplicação de pesticidas, parece certo que eles continuarão sendo um componente

indispensável de muitas atividades agrícolas (Toscano, 1999). Depois da aplicação e

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atuação, o pesticida pode permanecer no solo por longos períodos, mantendo ou não seu

efeito biológico.

Tabela 21. Tipos de pesticidas existentes

Tipos de Pesticidas Organismo Alvo

Acaricida Ácaros

Algicida Algas

Avicida Pássaros

Bactericida Bactérias

Desinfetante Microorganismos

Fungicida Fungos

Herbicida Plantas

Inseticida Insetos

Larvicida Larvas de inseto

Moluscicida Lesmas, Caracóis

Nematicida Nematóide

Piscicida Peixes

Raticida Roedores

Fonte:

Os três processos básicos que podem ocorrer com os pesticidas no solo são retenção,

transformação e transporte. Uma pequena porcentagem da quantidade aplicada atinge o

objetivo desejado. Grande parte é transportada por ventos, chuvas e é aportada em outros

reservatórios, como atmosfera e recursos hídricos. Logo, para minimizar os impactos

ambientais, quando necessária, a aplicação de pesticidas deve ser feita com orientação

técnica agronômica, no que diz respeito aos cuidados durante a aplicação, à dosagem

necessária, à época e às condições climáticas favoráveis (chuvas, velocidade e direção do

vento, etc.).

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3.3.1.2 Inseticidas Organoclorados O Carbono forma muitos compostos com o cloro, embora estejam em quantidades

muito pequenas esses compostos são encontrados na natureza, entretanto a maioria é

produzida sinteticamente. Pesticidas em especial os inseticidas foram fabricados em grande

quantidade a partir dos anos de 1940 e 1950, pelas indústrias químicas da Europa e

America do Norte. Em grande parte desses inseticidas a maioria das substâncias presentes

são compostos organoclorados que têm como principais características:

Estabilidade contra a decomposição ou degradação ambiental

Baixa solubilidade em água

Elevada solubilidade em meios semelhantes a hidrocarbonetos, tal como

material gorduroso da matéria viva.

Elevada toxidade para insetos, mais baixa para seres humanos.

Um exemplo de pesticida organoclorado é o composto hexaclorobenzeno (HCB),

C6Cl6, sendo utilizado após a segunda guerra mundial como fungicida de uso agrícola nas

colheitas de cereais. Este composto é estável, e é preparado a partir de cloro e benzeno, ele

é persistente e também e emitido como subproduto da indústria química e por processos de

combustão. O HCB dissolve-se em apenas 0, 0062 mg em um litro de água .

A solubilidade das substâncias traços em líquidos e sólidos é expressa na escala de

“partes por” em vez de sobre a base de massa ou mol por unidade de volume. Contudo, as

escalas de “partes por” para meios condensados (não-gasosos) expressam a razão da massa

de soluto pela massa da solução, não a razão de mol ou moléculas como é usado por gases

(Baird, 2002).

Exemplo:

A massa de um litro de uma amostra de água natural é muito próxima de um

quilograma, a solubilidade do HCB assinalada acima corresponde a 0, 0062 miligramas de

soluto por 1.000 gramas de solução. Determine a solubilidade em ppm da substância traço

na água.

Resolução: Multiplicando tanto numerador como o denominador por 1.000, conclui-

se que 0, 0062 mg/l equivale a 0,0062 de soluto por um milhão de gramas de solução,

ou seja, 0,0062 partes por milhão.

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Em geral o valor da solubilidade em ppm de qualquer substância traço em água é o

mesmo que seu valor em unidades de mg/L ou de µg/g.

Muitos compostos organoclorados produzidos sinteticamente têm sido amplamente

utilizados como pesticidas haja vista, a sua toxidade para algumas plantas e insetos. A

ligação carbono-cloro é difícil de romper, e a presença de cloro diminui a reatividade de

outras ligações de moléculas orgânicas. A falta de reatividade para muitas aplicações é

importante, entretanto essa propriedade significa que, uma vez que os organoclorados

estejam em contato com o meio ambiente, eles se degradam lentamente, tendo tendência de

se acumular.

A combinação da falta de um meio de degradação para os compostos organoclorados

e sua hidrofobicidade tem causado o seu acúmulo em organismos vivos. Muitos

organoclorados estão localizados nos tecidos de peixes, em concentrações maiores que

encontradas nas águas em que vivem. Existem várias razões para a bioacumulação de

produtos químicos em sistemas biológicos.

A maioria dos compostos organoclorados é hidrofóbica, ou seja, eles não se

dissolvem facilmente em água, mas são solúveis em meios semelhantes ao hidrocarboneto,

tais como óleos ou tecidos adiposos. Assim quando a água passa através das brânquias do

peixe, os compostos difundem de forma seletiva desde a água até a carne gordurosa,

tornando-se mais concentrado, esse processo é chamado de bioconcentração.

O fator de bioconcentração (FBC) representa a razão de equilíbrio entre a

concentração de um produto químico específico em um peixe, em relação à concentração

dissolvida nas águas circundantes, se o mecanismo de difusão representa a única fonte da

substância para o peixe. Os valores de FBC abrangem uma faixa muito ampla que varia

desde um produto químico para outro como também, de um tipo de peixe para outro (Baird,

2008).

O fator de bioconcentração de um produto químico pode ser estimado a partir de um

experimento, onde se espera que o produto atinja o equilíbrio entre as camadas de liquido

em um sistema bifásico feito de água e do álcool 1-octanol, que é o substituto indicado das

porções gordurosas do peixe. O coeficiente de partição, (Kow) para uma substancia S é

definido como:

KOW = [S]octanol/[S]água

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Os colchetes mostram que as concentrações estão em molaridade ou unidades em

ppm. O valor de Kow é com freqüência dado na sua forma logarítmica decimal haja vista

que sua magnitude é muitas vezes grande excedendo em algumas ocasiões a um milhão. A

aproximação é falha geralmente quando as moléculas são grandes demais para difundirem-

se até o interior do peixe.

Quanto maior for o coeficiente de participação KOW octanol-água, maior será a

probabilidade de encontrar o produto químico na matéria orgânica de solos e sedimentos e

ocorrendo assim, a transferência para os tecidos gordurosos dos organismos vivos. Para

valores de log KOW acima de 7 são indicativos de produtos químicos que adsorvem

fortemente os sedimentos, impedindo a mobilidade necessária para que se possa introduzir-

se nos tecidos vivos. Logo os valores de KOW entre 4 e 7 são os que se bioconcentram em

maior grau.

Biomagnificação é o aumento da concentração de um produto químico ao longo da

cadeia alimentar. Esse aumento na concentração do produto químico ao longo da cadeia

alimentar é resultado de uma seqüencia de etapas de bioacumulação que ocorrem ao longo

da cadeia.

O toxafeno foi o inseticida que substituiu o DDT em muitas aplicações agrícolas

depois do seu banimento. Este composto é uma mistura de centenas de compostos

similares, todos produzidos a partir da cloração parcial do cafeno, que é um hidrocarboneto

de ocorrência natural. Este inseticida é extremamente tóxico para peixes e provoca câncer

em roedores testes. Ele está proibido em países desenvolvidos, entretanto em países em

desenvolvimento seu uso é permitido, mas com restrições.

3.3.1.3 A história do DDT O DDT, ou para-diclorodifeniltricloroetano, tem uma história conturbada. Ele foi

descoberto como inseticida em 1939 por Paul Muller, um químico que trabalhava para uma

empresa suíça no desenvolvimento de produtos químicos para combater insetos agrícolas.

Muller ganhou o premio Nobel de medicina e fisiologia 1948, em reconhecimento às

muitas vidas de civis que o DDT salvou após a guerra.

Antes do DDT, os inseticidas disponíveis eram baseados em compostos de arsênio,

que além de serem muito tóxicos eram persistentes, e os que eram extraídos de plantas, os

16

quais perdiam rapidamente sua efetividade. Muitos chamavam o DDT de milagroso, pois

não era muito tóxico para os seres humanos, mas era altamente tóxico para os insetos, além

de ser persistente.

A comercialização na Suíça começou em 1941. Como a Suíça era neutra durante a

segunda guerra mundial, o governo informou tantos os aliados como os países do eixo

sobre o descobrimento e o uso do DDT; porém somente os aliados deram importância à

descoberta e notaram sua utilidade no combate a doenças infecciosas transmitidas por

inseto em regiões de clima quente.

Para evitar a epidemia de tifo, que tinha causado mais de cinco milhões de mortes

durante a primeira guerra mundial. Em Nápoles, na Itália todos os cidadãos foram

pulverizados com DDT. Na Europa cidades com surto de tifo, inclusive os campos de

concentração foram tratados da mesma forma pelos aliados. O DDT foi usado para

combater mosquitos transmissores da malária em vários lugares da Europa, tanto durante

quanto após a guerra.

Ao final da segunda guerra mundial, o DDT começou a ser servir não apenas com

propósito de saúde pública em áreas de clima quente, mas também de forma extensiva em

países desenvolvidos para controlar a população de insetos que atacavam as colheitas

agrícolas. Entretanto com o passar do tempo algumas populações de inseto tornaram-se

mais resistentes ao DDT, diminuído assim sua capacidade. Para tentar combater essa

resistência dos insetos, os agricultores aplicavam quantidades cada vez maiores do

inseticida, chegando ao consumo de 80% da produção.

Em razão desse consumo exagerado a concentração desse inseticida no ambiente

elevou-se rapidamente, afetando a capacidade reprodutiva de aves que o incorporaram

indiretamente em seu organismo.

Estruturalmente o DDT é um derivado do etano. Em um dos carbonos, os três

hidrogênios estão substituídos por átomos de cloro, enquanto que no outro, dois dos três

hidrogênios está substituído por um anel fenila, cada um dos anéis contem um átomo de

cloro na posição.

A persistência do DDT, o transformou em um pesticida ideal, haja vista que uma

pulverização oferecia proteção que variava de semanas até anos. Sua persistência é

proveniente de sua baixa pressão de vapor e conseqüentemente baixa velocidade de

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evaporação, baixa reatividade com respeito à luz, produtos químicos e microorganismos do

ambiente, e solubilidade bastante reduzida em água (Baird, 2008).

Muitas espécies de animais metabolizam o DDT por eliminação do HCl; um átomo de

hidrogênio é removido de um dos carbonos do etano, e um átomo de cloro, do outro,

criando um derivado do eteno chamado de DDE (difenildicloroeteno).

Metabólitos são substâncias produzidas pelo metabolismo de um produto químico,

logo o DDE é um metabólito do DDT. O DDE pode ser também produzido pela degradação

do DDT sob condições alcalinas e por alguns insetos resistentes ao DDT. Em seres

humanos a maioria do DDT armazenado na gordura humana é efetivamente o DDE que é

proveniente da transformação prévia do DDT que se encontrava no ambiente.

O DDE não é biodegradável, sendo solúvel em gorduras, de modo que permanece

no organismo humano por um longo tempo.

Na comunidade cientifica haviam muitas desconfianças quanto ao DDT como

“inseticida perfeito” desde a sua primeira utilização. Já era de conhecimento da

comunidade cientifica que o DDT persistia no solo durante longos períodos e que poderia

se tornar magnificado na cadeia alimentar. A sociedade tornou-se ciente dos problemas

ambientais gerados pelo DDT em razão da publicação, do livro silent spring (Primavera do

silêncio). Chamado de “Elixir da morte” devido à redução da quantidade de alguns

pássaros, cuja ingestão do produto foi muito elevada. Esse livro estimulou o público a se

interessar pelo DDT e outros pesticidas.

Em 1973, a agência norte americana de proteção ambiental proibiu o uso de DDT,

com exceção dos indispensáveis para a saúde pública. A Suécia também adotou medidas

restritivas similares em 1989 e posteriormente na maioria dos países desenvolvidos. Em

países em desenvolvimento o DDT ainda e empregado para controlar doenças ou combater

insetos agrícolas. Nos países desenvolvidos as concentrações do DDT e DDE, diminuíram

no inicio dos anos 70, estando recentemente em grandes partes estável em níveis distintos

de zero.

3.3.1.4 Princípios de toxicologia Toxicologia é o estudo dos efeitos nocivos de substâncias estranhas sobre os seres

vivos. Essas substâncias podem ser tanto produtos químicos sintéticos quanto os de origem

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natural. Esses efeitos são determinados pala administração oral ou injeção da substância de

interesse em animais e observando-se a saúde desses animais e afetada.

Dados toxicológicos relacionados à nocividade de uma substância para um

organismo, como um pesticida organoclorado, ou um metal pesado, são coletados mais

facilmente determinando sua toxidade aguda, que é o inicio rápido de sintomas, incluindo

morte no limite extremo, que seguem à absorção de uma dose da substância.

Na toxicologia ambiental a maior preocupação e com a exposição em longo prazo, a

doses individuais baixas de uma substância química tóxica. Um composto químico pode

provocar tanto efeito agudo como crônico no mesmo organismo, mediante mecanismos

fisiológicos diferentes.

A dose administrada nos testes de toxicidade é geralmente expressa como massa do

composto, usualmente em miligramas, por unidade de peso corporal do animal testado,

habitualmente expressa em quilogramas. A toxicidade é inversamente proporcional ao

tamanho do indivíduo, ou seja, a toxidade de dada quantidade de uma substância

normalmente diminui à medida que o tamanho do individuo aumenta, daí a necessidade da

divisão pelo peso corporal.

Quando são levadas em consideração as diferenças no peso corporal, os valores de

toxidade obtidos de experimentos realizados em animais cobaias pequenos são transferíveis

aos seres humanos. Os indivíduos reagem diferentemente quando são afetados por um dado

composto químico, alguns são mais suscetíveis a doses mais baixas, enquanto que outros

requerem uma dose elevada para reagir.

O efeito buscado nos testes com animais para construir curvas em gráficos de dose-

resposta é a morte. A dose letal (LD) para 50 % da população de animais testados é

chamada de valor LD50 da substância. Quanto menor o valor do LD50 mais tóxico e a

substância química, haja vista que é requerida uma quantidade menor do composto químico

tóxico. A dose oral letal (LOD) é quando o produto químico é administrado por meio oral

aos animais testados em oposição à via dérmica ou a outras vias.

Todas as substâncias são tóxicas, dependendo da dosagem. A variação de valores de

LD50 e LOD50 para a toxicidade aguda de substâncias químicas e biológicas é enorme. Nas

curvas dose-resposta para algumas substâncias, existe uma dose abaixo da qual nenhum dos

animais é afetado; ela é chamada de dose limiar. A maior dose para qual não é observado

19

efeitos encontram-se ligeiramente abaixo e é chamado nível de efeitos não observáveis

(NOEL). A determinação do nível limiar ou NOEL é difícil porque quando são envolvidos

mais animais em uma pesquisa, a descoberta de alguns efeitos a doses mínimas não se

manifestam com um número menor de animais testados (Braga, 2008).

A avaliação de risco é uma análise que responde a vários questionamentos que

indicam o nível de periculosidade de determinada substância química que esteja disponível.

Para que se possa comprovar uma avaliação de risco de um produto químico, é necessário

conhecer:

1. Informação da avaliação de perigo e qual o tipo de toxicidade esperado para

o produto químico;

2. Informação quantitativa da dose- resposta relativa às varias formas possíveis

de exposição;

3. Estimativa da exposição humana potencial ao produto químico.

Normalmente as informações sobre a dosagem limiar ou o NOEL em casos de

exposições crônicas e feita em miligramas do produto por quilograma de peso corporal

diário. A ingestão diária aceitável máxima, (IDA), ou dose diária máxima, (DDM), e o

valor resultante da divisão de um NOEL obtido a partir da pesquisa de animais por um fator

de segurança, geralmente 100.

3.3.1.5 Outros tipos de inseticidas modernos Pesticidas a base de organofosforados apresentam uma vantagem sobre os

organoclorados, eles não persistem por longos períodos. Entretanto esses pesticidas

apresentam um efeito tóxico mais acentuado para os mamíferos do que os organoclorados.

Estes representam um grave risco para a saúde de pessoas que entrem em contato ou que

apliquem esse produto, haja vista que o contato desses produtos químicos, por qualquer

meio, seja ele por inalação, ingestão oral ou absorção através da pele, poderá causar

problemas à saúde.

Os organofosforados, assim como os organoclorados concentram-se nos tecidos

gordurosos, assim como os hidrocarbonetos clorados, entretanto eles se decompõem

rapidamente, por isso não é encontrado na cadeia alimentar. Os pesticidas organofosforados

contêm um átomo central de fósforo pentavalente ao qual estão ligados:

20

1. Um átomo de fósforo unido por dupla ligação com o átomo de oxigênio ou

enxofre;

2. Um átomo de fósforo unido por ligação simples com dois grupos metoxi ou

etoxi;

3. Um grupo R mais longo e mais complexo, conectado ao átomo de fósforo,

geralmente através de um átomo de oxigênio ou enxofre mediante uma ligação

simples.

As principais subclasses dos organofosforados estão representadas na Figura 70. A

decomposição rápida dos organofosforados se deve ao do oxigênio do ar alterar as ligações

P=S, transformando-as em P=O. Os inseticidas organofosforados têm terminação os ou fos

para caracterizarem a sua natureza.

Figura 70. Fórmulas estruturais dos inseticidas organoclorados

Fonte:

Nos insetos, os organofosforados agem inibindo as enzimas do sistema nervoso,

funcionando como veneno altamente tóxico. A molécula de inseticida interrompe a trans-

missão de impulsos entre as células nervosas, bloqueando a coordenação de processos que

são fundamentais dos organismos, provocando a morte.

21

Os inseticidas a base de carbamato tem ação similar a dos organosfosforados, se

diferenciando por ser um átomo de carbono, e não de fósforo que destroem as enzimas

nervosas.

Em 1951 os inseticidas baseados em carbamatos começaram a ser utilizado, este

provém do ácido carbâmico (H2NCOOH). Um dos hidrogênios ligado ao nitrogênio é

substituído por um grupo alquila, e o hidrogênio ligado ao oxigênio está substituído por um

grupo orgânico mais longo e complexo. Os carbamatos são similar aos organosfosforados

no que diz respeito ao tempo de duração no ambiente, isso porque eles reagem com o

oxigênio da água decompondo-se em produtos simples e não tóxicos.

Os pesticidas organofosforados e carbamatos apresentam um avanço sobre os

organoclorados, quanto à persistência e acumulação no ambiente, entretanto são mais

tóxicos para a saúde da sociedade e animais quando estão ativos.

Algumas plantas têm a capacidade de produzir moléculas que funcionam como

inseticidas para sua própria proteção. Essas moléculas já são alvos de estudos, pra que

possam ser isoladas e usadas no controle de insetos.

As piretrinas são pesticidas naturais que tem sido usada pelos seres humanos, onde

os compostos originais foram obtidos de flores de crisântemos. São classificadas como

inofensivos e assim como os organoclorados agem paralisando os insetos embora não os

matem. Uma das desvantagens deste composto é o fato de ele ser instável à luz solar, por

esse motivo, foi desenvolvido um inseticida sintético com base na piretrina estáveis ao ar

livre.

3.3.1.6 Herbicidas Os herbicidas são substâncias químicas que possuem a finalidade de controlar ou

matar plantas daninhas que se desenvolvem junto com outras culturas, além de serem

utilizados para eliminar plantas indesejáveis das margens e ferrovias e as vezes, para

desfolhar regiões inteiras.

No século 20 foram utilizados vários compostos inorgânicos com o objetivo de

eliminar ervas daninha. Os principais eram o arsenito de sódio, clorato de sódio e sulfato de

cobre. Os derivados orgânicos do arsênio substituíram seus compostos inorgânicos como

herbicidas, pois são menos tóxicos e não persistem no solo por longo tempo.

22

Uma classe de herbicidas modernos é a triazina, que é baseada em uma estrutura

aromática simétrica que apresenta alternância de átomos de carbono e nitrogênio em um

anel de seis membros. Um dos átomos de carbono esta ligado a um cloro, e os outros dois, a

grupos aminos, os quais consistem em átomos de nitrogênio unidos por ligações simples a

hidrogênios ou cadeias carbônicas.

O principal composto desse grupo é a atrazina (Figura 71), onde o grupo R2 é –NH-

CH2-CH3 e R3 é –NH-CH(CH3)2. A atrazina atua impedindo a fotossíntese na etapa

fotoquímica que começa a redução do dióxido de carbono atmosférico a carboidrato, assim

degradando rapidamente em metabólitos tóxicos as ervas daninhas, entretanto as plantas

maiores conseguem suportar esses efeitos. Contudo se a concentração de atrazina no solo

excede inibe o crescimento de plantas maiores. A atrazina é solúvel em água e é facilmente

adsorvida nos solos.

Figura 71. Atrazina Vendida comercialmente

Fonte:

3.3.1.7 PCBs (Bifenilas Policloradas) São compostos organoclorados que fazem parte de um grupo de produtos químicos

industriais, que serviu a sociedade moderna em varias aplicações, embora não sejam

pesticidas, mas de um milhão de toneladas foram produzidos desde a década de 50. Por

serem organoclorados, não se degradam com facilidade e bioacumulam nos seres vivos.

Este composto tem se tornado um dos principais contaminantes do solo, em razão de sua

toxicidade e a de seus contaminantes que são baseados em furanos.

23

O benzeno é um composto estável, contudo é explorado comercialmente, pois quando

é aquecido até uma elevada temperatura na presença do chumbo como catalisador para

formar bifenila, que é uma molécula na qual dois anéis benzenos encontram-se unidos por

ligações simples formadas entre dois carbonos que perderam seus átomos de hidrogênio.

A bifenila reage com o cloro em presença de cloreto férrico como catalisador, alguns

dos átomos de hidrogênio são substituídos por cloro. Os PCBs são resultantes dessas

reações, que ainda produzem mais de 200 congêneres. Um exemplo de uma molécula de

PCB é mostrado na Figura 72.

Figura 72. Molécula de PCB

Fonte:

Todos os PCBs são insolúveis em água e em meios hidrofóbicos, como substâncias

gordurosas ou oleosas. Eles são atrativos comercialmente, pois sua produção não demanda

um elevado custo e têm propriedades atrativas, seu uso industrial foi empregado como

fluidos refrigerantes em transformadores e condensadores elétricos, além de serem usados

como plastificantes e etc.

Os PCBs foram largamente utilizados pela indústria devido a sua ampla variedade de

aplicações, por este motivo e também por sua alta estabilidade, e disposição descuidadas

estes compostos se tornaram altamente poluidores que foram altamente difundidos e

persistentes. Alguns tipos de PCBs foram proibidos, pois suas disposições não podem ser

controladas

Os PCBs são persistentes, haja vista que não se degradam com facilidade na presença

de agentes químicos e biológicos. Devido a sua persistência e a elevada solubilidade em

tecidos gordurosos, os PCBs experimentam uma biomagnificação nas cadeias alimentares

A contaminação dos PCBs por furano são provenientes do forte aquecimento em

presença de oxigênio resultando na produção de pequenas quantidades de dibenzofuranos.

24

Este composto tem estrutura parecida com as dioxinas, diferenciando-se por possuírem um

oxigênio a menos no anel central. Os dibenzofuranos policlorados são geralmente

conhecido como PCDFs e possuem 135 congêneres.

A maioria dos PCBs comerciais está contaminada com PCDF em quantidades

mínimas, entretanto se os PCBs forem submetidos a altas temperaturas na presença de

oxigênio a transformação de PCBs para PCDFs eleva muito o nível de contaminação.

3.3.1.8 O efeito de dioxina, furanos e PCBs na

saúde dos seres humanos É cada vez mais crescente o interesse da sociedade em determinar a extensão em que

dioxinas, furanos e PCBs provocam reações tóxicas em seres humanos, por este motivo a

um profundo investimento em pesquisas. A toxicidade das dioxinas, furanos e PCBs

depende do tamanho e do padrão da substituição do cloro.

A maioria dos PCBs não é agudamente tóxica, entretanto em doses elevadas pode

afetar a reprodução, crescimento e desenvolvimento dos seres humanos. Pesquisas

desenvolvidas em áreas afetadas pela bioacumulação de PCBs mostraram que mães que

habitavam próximo a esses locais transferiram para seus filhos PCBs, o que acarretou no

retardo do crescimento, assim como afetou a memória das crianças.

Essas três substâncias são armazenadas no tecido adiposo, não sendo excretadas e

metabolizadas rapidamente, essa persistência é proveniente de sua estrutura, haja vista

somente alguns contêm átomos de hidrogênio em pares adjacentes de carbonos que possam

ser adicionados rapidamente em grupos hidroxilas, nas reações necessárias para sua

eliminação. Em oposição, compostos que contem poucos átomos de cloro apresentam

sempre um ou mais desses pares adjacentes de hidrogênios com tendências a serem

eliminados.

Muitos organismos, contem uma mistura de dioxinas, furanos e PCBs acumulados em

seus tecidos adiposos, com base nisso foi desenvolvido uma medida para toxicidade

liquida. Essa medida baseia-se na concentração desses organoclorados em termos de

quantidade equivalente de 2,3,7,8-TCDD, o qual se estivesse sozinho produziria o mesmo

efeito tóxico, e têm estabelecido um fator equivalente de toxicidade internacional (TEQ),

25

que classifica a toxicidade relativa de cada um dos congêneres de dioxinas, furanos e PCBs,

com respeito à do 2,3,7,8-TCDD, ao qual é arbitrariamente atribuído o valor de 1,0 (Baird

,2008).

Exemplo:

Considere um indivíduo que ingere 30 picogramas (pg) de 2,3,7,8-TCDD, 60 pg de

1,2,3,7,8-PCDF e 200 pg de OCDD. Dado que os fatores de TEQ dessas três substâncias

são respectivamente 1,0; 0,5; 0,001; a ingestão é equivalente a:

Resolução

30 pg x 1,0 + 60 pg x 0,5 + 200 pg x 0,001 = 33,2 pg

Logo essa pessoa ingeriu o equivalente a 32,2 pg de 2,3,7,8-TCDD.

A quantidade de 2,3,7,8-TCDD necessária para matar uma cobaia por quilo de peso

corporal e cerca de 1,0 µg o que o transforma no produto químico sintético mais tóxico.

Ainda não se tornou consenso entre a comunidade cientifica os riscos que as dioxinas,

furanos e PCBs trazem ao meio ambiente. De um lado estão os que pensam que os riscos

desses produtos químicos têm sido exagerados não tendo nenhum estudo comprovando o

efeito tóxico agudo. No outro extremo estão pessoas que destacam a biomagnificação

substancial e a alta toxicidade por molécula de tais substâncias, e sua presença em quase

todos os ambientes.

3.3.1.9 Hidrocarbonetos Aromáticos Polinucleares

(PAHs ou HPAs – sigla em português) São hidrocarbonetos formados por dois ou mais anéis benzênicos conectados por

meio de um par de carbonos que unem anéis condensados (Figura 73). Eles são formados

quando materiais que contém carbono são queimados de maneira incompleta. Estes

compostos possuem geometria planar e elevada estabilidade, alguns contém heteroátomos

formando um grande e heterogêneo grupo de compostos tóxicos.

26

Figura 73. Estrutura do PHAs

Os PAHs não possuem aplicação comercial, sendo encontrado como derivados

comerciais do alcatrão de hulha o único PHA que tem interesse comercial é o naftaleno que

é utilizado para eliminar insetos.

Os PHAs apesar de não possuírem interesse comercial são introduzidos no ambiente a

partir de numerosas fontes como os motores de exaustão à gasolina e os de combustão a

diesel, da fumaça de cigarro que contém alcatrão, além da fumaça da queima da madeira e

do carvão.

Apesar de constituírem-se apenas 0,1% aproximadamente de material particulado, sua

existência como poluente é preocupante, já que muitos HPAs são carcinógeno. O seu grau

carcinógeno e determinado pelas posições relativas no espaço do anel condensado.

3.3.1.10. Problemas selecionados de

química do solo

1) Defina solo e de que constituintes basicamente ele é formado ?

2) Assinale a alternativa correta que representa as interações entre ambientes que resultam

na formação do solo:

a) Extratosfera, atmosfera, litosfera

b) Crosta terrestre, lençol freático e troposfera

c) Litosfera, hidrosfera, atmosfera e biosfera.

d) Magma, hidrosfera, Litosfera e biosfera.

27

e) Nenhuma.

Resp.: C

3) Qual é a definição da expressão “Resíduos Tóxicos” e quais os principais tipos desses resíduos encontrados na natureza ?

4) Que fatores devem ser considerados na gestão de resíduos sólidos ?

5) Quanto a natureza, os resíduos tóxicos podem ser classificados de que forma ?

6) Segundo o livro, qual o composto químico mais tóxico existente atualmente ? Dê sua

fórmula química.

7) O que são Pesticidas ?

8) Explique o motivo pelo qual os pesticidas sintéticos são tão perigosos.

9) Conceitue Biomagnificação e como ela se dá.

Respostas: 1) Resp.: É um manto superficial formado por fragmentos de rochas minerais, água, ar,

seres vivos e seus detritos em decomposição. Sua composição aproximada é: 45% de

elementos minerais, 25% de ar, 25% de água e 5% de matéria orgânica.

2) Resp.: C

3) Resp.: São aqueles que podem ser nocivos, no presente e no futuro, à saúde dos seres

humanos, de outros organismos e ao meio ambiente. Os principais tipos mais encontrados

são metais pesados, pesticidas organoclorados, solventes orgânicos e Bifenilas Policloradas

(PCBs).

4) Resp.: A disposição a ser escolhida depende, entre outros fatores, da natureza dos

resíduos, das características do meio receptor, das leis vigentes e da aceitação da sociedade.

28

5) Resp.: Os resíduos tóxicos podem ser classificados como: - resíduos biomédicos, -

resíduos químicos, - inflamáveis, - corrosivos e - radioativos. Alguns resíduos são incluídos

em mais de uma categoria.

6) Resp.: Uma forma específica de dioxina, o TCDD (2, 3, 7, 8- tertraclorodibenzeno-p-

dioxina), é considerado como sendo provavelmente o composto químico mais tóxico

existente.

7) Resp.: Denomina-se de pesticidas todas as substâncias de origem natural ou sintética os

utilizadas no controle e/ou na eliminação/diminuição de pragas (insetos, ervas daninhas,

etc.), as quais trazem prejuízos na produção de alimento,ou transferem enfermidades aos

seres humanos e a outros organismos.

8) Resp.: Devido ao seu impacto sobre a saúde humana em virtude da acumulação desses

compostos químicos na cadeia alimentar, por essa razão muitos países excluíram ou

limitaram o seu uso.

9) Resp.: É o aumento da concentração de um produto químico ao longo da cadeia

alimentar. Esse aumento na concentração do produto químico ao longo da cadeia alimentar

é resultado de uma seqüencia de etapas de bioacumulação que ocorrem ao longo da cadeia.

Problemas para a fixação do conhecimento

10) Discreva brevemente sobre as PCBs (Bifenilas Policloradas).

11) Comente sobre algumas características dos PCBs, quanto a sua solubilidade, aspecto

econômico e aplicações industriais.

12) Qual a definição para HPAs ? Como são produzidos naturalmente ? Qual geometria e

estabilidade ? Se possuem heteroátomos e se são tóxicos.

13) Qual a nomenclatura química para o DDT, quem o criou, que ano e quais substâncias

tóxicas e persistentes o DDT substituiu.

29

14) Comente brevemente sobre Toxicologia.

15) Qual a principal vantagem dos inseticidas organofosforados e carbamatos em relação

aos organoclorados ? E qual sua desvantagem ?

30

Fonte: Adaptado de http://www.microscopesblog.com/2009/10/bioremediation.html

PROF. DR. HERONIDES ADONIAS DANTAS FILHO

PROFª.DRª KELLY DAS GRAÇAS FERNANDES DANTAS

31

4.1. - O futuro da química ambiental, a

química verde

e acordo com Prado (2003) a química tem uma grande participação nos dias

atuais com os inúmeros produtos fundamentais à humanidade. A sua presença

pode ser destacada desde diversos combustíveis aos mais complexos

medicamentos. Porém, a produção química também gera inúmeros inconvenientes, como a

formação de subprodutos tóxicos e a contaminação do ambiente e do próprio homem

expostos a estes xenobióticos. A preocupação com estes inconvenientes pode ser

claramente observada, pois nos últimos anos, cresce continuamente a pressão sobre as

indústrias químicas, tanto através da sociedade civil, como das autoridades governamentais,

no sentido de aprimorar o desenvolvimento de processos, que sejam cada vez menos

prejudiciais ao meio ambiente. Dentro da problemática industrial vigente, um dos principais

problemas que se destaca é o grande volume de efluentes tóxicos produzidos por vários

processos químicos.

A emissão de contaminantes pode ser minimizada através de diversos caminhos, tais

como o emprego de reagentes alternativos apropriados, o aumento da seletividade para

maximizar o uso dos materiais de partida, a utilização de catalisadores para facilitar a

separação do produto final da mistura, bem como a reciclagem dos reagentes e

catalisadores empregados no processo. Dentre as áreas de pesquisa enfocadas para estas

finalidades, têm-se destacado muito nos últimos anos a preparação de catalisadores sólidos,

com o firme propósito da remoção de contaminantes dispersos em efluentes, bem como na

catálise de reações químicas com o objetivo da maximização das reações e redução da

formação de subprodutos indesejáveis durante o processo reacional.

A emergência da química verde na educação e na pesquisa está sendo suportada por

sociedades científicas, governos e indústrias. Os princípios da prática química guiada pela

preocupação com a qualidade de vida e com o meio ambiente formam os doze princípios da

química verde: 1) prevenção é melhor prevenir a formação de subprodutos do que tratá-los

D

32

posteriormente; 2) economia de átomos, os métodos sintéticos devem ser desenvolvidos

para maximizar a incorporação dos átomos dos reagentes nos produtos finais desejados; 3)

sínteses com compostos de menor toxicidade, sempre que possível deve-se substituir

compostos de alta toxicidade por compostos de menor toxicidade nas reações químicas; 4)

desenvolvimento de compostos seguros, os produtos químicos deverão ser desenvolvidos

para possuir a função desejada, apresentando a menor toxicidade possível; 5) diminuição de

solventes e auxiliares, a utilização de substâncias auxiliares (solventes, agentes de

separação, etc.) deverá ser evitada quando possível, ou usadas inócuas no processo; 6)

eficiência energética, os métodos sintéticos deverão ser conduzidos sempre que possível à

pressão e temperatura ambientes, para diminuir a energia gasta durante um processo

químico que representa um impacto econômico e ambiental; 7) uso de substâncias

recicladas, os produtos e subprodutos de processos químicos deverão ser reutilizados

sempre que possível; 8) redução de derivativos, a derivatização (uso de reagentes

bloqueadores, de proteção ou desproteção, modificadores temporários) deverá ser

minimizada ou evitada quando possível, pois estes passos reacionais requerem reagentes

adicionais e, conseqüentemente, podem produzir subprodutos indesejáveis; 9) catálise, a

aplicação de catalisadores para aumentar a velocidade e o rendimento dos processos

químicos; 10) desenvolvimento de compostos para degradação, produtos químicos deverão

ser desenvolvidos para a degradação inócua de produtos tóxicos, para não persistirem no

ambiente; 11) análise em tempo real para a prevenção da poluição, as metodologias

analíticas precisam ser desenvolvidas para permitirem o monitoramento do processo em

tempo real, para controlar a formação de compostos tóxicos; 12) química segura para a

prevenção de acidentes, as substâncias usadas nos processos químicos deverão ser

escolhidas para minimizar acidentes em potencial, tais como explosões e incêndios

A química verde surgiu na década de 90 e Paul T. Anastas foi o criador do termo no

ano de 1992, e de seu co-autor John C. Warner como menciona em seu recente livro Green

Chemistry: Theory and Practice (Química Verde: teoria e prática), lançado em 1998 pela

Oxford University Press: "Química Verde consiste na utilização de um conjunto de

princípios que reduzem ou eliminam o uso ou a geração de substâncias perigosas durante o

planejamento, manufatura e aplicação de produtos químicos".

33

A Química Verde envolve o planejamento e replanejamento de sínteses químicas e

produtos químicos objetivando evitar a poluição e conseqüentemente resolve problemas

ambientais. Dessa maneira, pesquisas são planejadas com base em estudos sobre a

poluição, e seus efeitos sobre os seres vivos.

Parte-se do princípio de que processos químicos prejudiciais (mesmo parcialmente)

ao ambiente podem sempre ser substituídos por processos alternativos, não-poluentes. Para

atingir esse objetivo torna-se necessária a colaboração entre pesquisadores acadêmicos, que

planejam o processo desde o seu início e o grupo industrial que o financia e desenvolve.

Incorporado aos preceitos da química verde um novo conceito também é utilizado o

do ciclo de vida do produto.

Segundo Ribeiro (2003) esta preocupação com a chamada “sustentabilidade

industrial” tem feito surgir a abordagem de enfoque sobre o produto que, como o próprio

nome indica, preconiza que se realize a avaliação ambiental não mais tendo como objeto de

análise o processo, mas sim o produto, ou melhor, a função à qual este produto se propõe a

cumprir. Esta mudança de paradigma pressupõe que os produtos se destinam a satisfazer

determinada necessidade, por meio do cumprimento de uma função. Para que esta seja

realizada é necessário que exista o chamado ciclo de vida do produto, ou seja, uma cadeia

de processos e atividades que se estendem desde as etapas de extração dos necessários

recursos naturais até a manufatura, transporte, uso e descarte após o uso do produto.

Esta abordagem, conhecida como “do berço ao túmulo”, tem sido considerada a nova

tendência de orientação de políticas e práticas ambientais e tem, na metodologia conhecida

como Análise de Ciclo de Vida (ACV), sua principal ferramenta. Esta visão é apresentada

por diversos autores internacionais, embora no Brasil ainda seja pouco difundida.

No Brasil a ACV tem sido, há algum tempo, tema de pesquisa de algumas

instituições, sendo a maioria, senão a totalidade dos estudos publicados, oriundos de

universidades.

De modo a satisfazer suas necessidades o ser humano desenvolve uma série de

instalações e estruturas produtivas (cidades, fábricas, cultivos, etc.), ao qual conjunto se

denomina meio antrópico. Para seu funcionamento, este interage com o meio natural de três

formas (SILVA, 2001): consumindo recursos naturais, emitindo rejeitos e transformando o

34

espaço. A metodologia de ACV trata dos dois primeiros casos: os fluxos de matéria e

energia entre os meios natural e antrópico.

Desta forma, define-se a ACV como (ABNT, 2001): “uma técnica para avaliar

aspectos ambientais e impactos potenciais associados a um produto mediante:

- a compilação de um inventário de entradas e saídas pertinentes de um sistema do

produto;

- a avaliação dos impactos ambientais potenciais associados a essas entradas e saídas;

- “a interpretação dos resultados das fases de análises de inventário e de avaliação de

impactos em relação aos objetivos do estudo”.

Cabe dizer que por “sistema de produto” entende-se o conjunto dos processos que

realiza a função do produto (ABNT, 2001), ou seja, os processos que, segundo o modelo

definido para o estudo, compõe o ciclo de vida do produto em questão.

Segundo o uso que se faz, podemos dividir as aplicações da ACV basicamente em

duas grandes vertentes:

1. Identificação de oportunidades de melhoria de desempenho: busca, por meio da

ACV, a origem das principais contribuições aos impactos ambientais potenciais de um ciclo

de vida de produto. Uma vez que se sabe o quanto cada etapa contribui, pode-se proceder a

ações de planejamento direcionadas à minimização dos aspectos, e

2. Comparação ambiental entre produtos de função equivalente: uma vez levantados

os aspectos ambientais de um ciclo de vida, pode-se compará-lo a outro, podendo ser esta

comparação tanto stricto sensu, entre produtos distintos e de mesma função disponíveis no

mercado, como a comparação de um produto específico com um padrão determinado para

aquele tipo de produto, como feito no caso dos rótulos e declarações ambientais. A idéia

neste caso é realizar a avaliação de quais os aspectos ambientais mais significativos, e

geralmente quais os potenciais impactos respectivos, de diferentes formas de cumprir uma

determinada função.

4.2. - Biotecnologia aplicada na

preservação ambiental

35

biotecnologia ambiental é definida como o estudo e o uso de seres vivos, parte

destes o seus análogos moleculares para destruir compostos prejudiciais ao meio

ambiente. A biotecnologia ambiental é, por tanto, uma disciplina

multidisciplinar que reúne tanto as ciências de engenharia como as das ciências básicas.

A biotecnologia ambiental se refere a aplicação dos processos biológicos modernos

para a proteção e restauração da qualidade do ambiente.

O uso de microorganismos em processos ambientais é realizado desde o século XIX.

Até o final de 1950 e início de 1960, quando se descobriu a estrutura e função dos ácidos

nucléicos, se pode distinguir entre biotecnologia antiga tradicional e a biotecnologia da

segunda geração, a qual, em parte, faz uso da tecnologia do DNA recombinante.

Atualmente, a principal aplicação da biotecnologia ambiental é limpar a poluição

causada pelo homem. A limpeza da água residual foi uma das primeiras aplicações, seguida

pela purificação do ar e gases de despejo mediante o uso de biofiltros.

Cada vez mais, companhias industriais estão desenvolvendo processos na área de

prevenção, com a finalidade de reduzir o impacto ambiental como resposta a tendência

internacional ao desenvolvimento de uma sociedade sustentável. A biotecnologia pode

ajudar a produzir novos produtos que tenham menos impacto ambiental como as fontes

alternativas de energia que são fontes renováveis e possuem sustentabilidade como

exemplo o biogás e o biodiesel.

Em resumo, A biotecnologia pode ser utilizada para avaliar o estado dos

ecossistemas, transformar contaminantes em substâncias não tóxicas, gerar materiais

biodegradáveis a partir de recursos renováveis e desenvolver processos de manufatura e

manejo de despejos ambientalmente seguros.

A biodespoluição é considerada um avanço da biotecnologia, que propiciou o

surgimento das chamadas "tecnologias inovativas de tratamento", que são tecnologias de

processo aplicadas ao tratamento de resíduos orgânicos, no estado sólido ou líquido, que

terão suas propriedades físico-químicas alteradas, o que propicia sua adequação para

lançamento aos corpos receptores, respeitando a legislação vigente e bem como a sua

adequação as normas de qualidade ambiental (ISO 14000).

A

36

Eutrofização é um processo natural e gradativo de fertilização das águas superficiais,

com conseqüente aumento da produtividade biológica, que, entretanto, pode ser fortemente

acelerado pelas atividades humanas.

Para o controle do processo de eutrofização, diversos países têm promulgado

recomendações e políticas que visam à redução do aporte de nutrientes nos corpos hídricos.

Uma das mais importantes medidas de controle é a remoção desses nutrientes durante o

tratamento dos esgotos. Essa operação era realizada, até a década de 70, Com a aplicação

de produtos químicos, o que tornava o processo bastante caro. Entretanto, o

desenvolvimento de processos mais baratos, que possibilitassem a remoção de nutrientes

dos esgotos pela rota biológica era uma necessidade para enfrentar o crescimento do

problema de eutrofização. Essa tecnologia vem sendo utilizada na recuperação do lago

Paranoá em Brasília, em caráter pioneiro na América Latina.

Um exemplo de eutrofização no Brasil foi o que ocorreu no lago Paranoá em Brasília.

O lago Paranoá foi formado em 1959, junto com a construção de Brasília, para servir como

moldura paisagística para a nova cidade e propiciar alternativas de lazer e recreação para

seus habitantes.

A cidade, planejada para abrigar cerca de 500 mil habitantes, superou todas suas

expectativas de crescimento. Milhares de pessoas, atraídas pela possibilidade de melhores

condições de vida, vieram para a região nas décadas de 60 e 70, fazendo com que a cidade

alcançasse hoje quase 2 milhões de habitantes.

Como geralmente acontecem as estruturas de esgotamento sanitário, concebidas na

época de sua construção, não acompanharam esse crescimento, e fizeram com que o lago

Paranoá se tornasse receptor de esgotos sem tratamento. Esse fato, aliado a incapacidade

das duas antigas estações de tratamento de esgotos, erguidas nas margens do lago, em

remover nutrientes como o fósforo e o nitrogênio e a falta de cuidado com o uso do solo na

bacia, levaram o lago Paranoá a um acelerado processo de eutrofização, contaminação de

suas águas e assoreamento (Altafin et al., 1995).

Desde 1993, duas novas estações de tratamento de esgotos, utilizando processo

biológico para remoção de nitrogênio e fósforo chamado Phoredox, estão em

funcionamento, trazendo significante melhoria na qualidade de suas águas.

37

A remoção biológica de nitrogênio no tratamento de esgotos através do processo

Phoredox é obtida por meio de duas rotas (Figura 74). A primeira está relacionada com a

assimilação para o crescimento da biomassa e corresponde a não mais de 30 %. A segunda

é obtida por uma série de reações bioquímicas que transformam o nitrogênio amoniacal em

nitrogênio gasoso, que é liberado para a atmosfera.

Figura 74. Processo Phoredox Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/aresidua/brasil/ii-012.pdf

Essas reações são processadas por microorganismos específicos, que colocados em

determinadas condições ambientais, são capazes de executar essas transformações,

conforme descrito abaixo.

Nitrificação - Conversão de NH4+ para NO2

- efetuado pelas bactérias Nitrosomonas

sp., e deste para NO3-, pelas bactérias Nitrobacter sp.

Desnitrificação - Na ausência de oxigênio, as bactérias facultativas utilizam o NO3-

como aceptor de elétrons, convertendo-o em N2 gasoso.

Diferentemente do nitrogênio, não existe forma gasosa de fósforo.

Consequentemente, o fósforo precisa ser convertido à forma sólida para, então, ser

removido do sistema.

A assimilação biológica de fósforo para o crescimento bacteriano e aumento da

biomassa não necessita absorver mais que 2% desse elemento. Entretanto, sob

determinadas circunstâncias, certas bactérias, como a Acinetobacter sp., podem acumular

fósforo no interior de sua célula, através do fenômeno chamado "luxury uptake", chegando

a cerca de quatro vezes mais que suas necessidades nutricionais. Para tanto, é necessário

38

que esses microorganismos passem por alternância de condições ambientais com respeito a

presença e ausência de oxigenação.

Em condições anaeróbias, esses microorganismos são capazes de transportar

substratos simples (ácidos orgânicos voláteis) para dentro de sua célula e estocá-los, usando

como fonte de energia as reações bioquímicas ATP-ADP, liberando fosfato para o meio.

Essa capacidade lhes permite uma competitiva vantagem para seu crescimento, necessária

para sua sobrevivência, em virtude de sua baixa taxa de reprodução nas condições normais

do processo. A fase anaeróbia serve ainda para gerar os substratos simples que, junto com

os existentes no esgoto afluente, permitirão o desencadeamento do processo. Em condições

aeróbias, os substratos estocados no interior do microorganismo são então consumidos e, o

fósforo, assimilado e estocado na forma de grânulos de polifosfato em seu interior.

Assim, o processo Phoredox prevê três distintos ambientes operacionais.

O primeiro estágio é anaeróbio, onde entra o esgoto afluente (prédecantado) e a

recirculação do lodo dos decantadores secundários. Nessa fase, as P-bactérias transportam e

estocam o substrato sem a presença de oxigênio. No segundo estágio, em ambiente anóxico

(sem oxigênio livre, mas com oxigênio combinado na forma de nitrato), ocorre a

desnitrificação, recebendo a recirculação da zona aerada, rica em nitratos, para que seja

convertido em nitrogênio gasoso.

O último estágio, aeróbio, ocorre a nitrificação, cujo nitrato formado será recirculado

para a zona anóxica, além da assimilação e estocagem do fósforo pelos microorganismos.

Esse processo consegue atingir remoções acima de 90 % de nutrientes e vem

conseguindo modificar o estado trófico do lago Paranoá.

Bernhardt (1982) propôs uma conexão entre o uso desejado pela comunidade de um

determinado reservatório e o nível de trofia máximo que ele poderia atingir. O lago Paranoá

é principalmente usado para lazer e esportes aquáticos, o que requer um estado mesotrófico.

Existem diversos parâmetros que podem ser utilizados para classificar um lago no

nível trófico. Um dos mais usados é o fósforo, pela sua facilidade de modelagem através de

um balanço de massa.

Alguns estudos da Organização Européia para a Cooperação Econômica e

Desenvolvimento - OECD apontaram que, para águas de lagos temperados, concentrações

de fósforo na ordem de 27 mg/m3 teriam 65 % de probabilidade de ser um lago mesotrófico

39

(Bernhardt, 1982). Por outro lado, o Centro Pan-americano para Engenharia Sanitária e

Ciências do Meio Ambiente _ CEPIS tem proposto para lagos tropicais, que concentrações

de fósforo de 40 mg/m3 teriam 70 % de chance de atingir esse estado (Sallas, 1991). Isso é

devido ao fato de que a maior temperatura da água e a radiação solar permitem uma maior

absorção de nutrientes, um mais rápido metabolismo dos microorganismos e uma maior

velocidade de sedimentação, o que acarreta aumento na capacidade de retenção do fósforo

no reservatório.

Conhecendo-se os usos que foram propostos para o lago e a concentração de fósforo

que manteria o estado trófico adequado àqueles usos, podemos estimar a carga máxima

tolerável que poderia ser lançada em suas águas. É importante salientar que devem ser

consideradas todas as fontes pontuais e difusas, como as descargas de esgotos, as galerias

de águas pluviais, os tributários, o escoamento superficial e outros que cheguem de alguma

maneira àquelas águas.

O monitoramento limnológico do lago Paranoá é feito em 11 pontos, distribuídos nas

cinco áreas (braços) do lago. As amostras são coletadas quinzenalmente, a um metro de

profundidade, e mensalmente com perfis verticais em 5 pontos. Os dados dos tributários

são medidos mensalmente e usados para o cálculo das cargas afluentes.

O efluente das estações de tratamento é analisado diariamente. As fontes difusas,

ligações clandestinas e descargas de águas pluviais são estimadas, de acordo com Anjos

(1991).

Por intermédio de um amplo programa de esgotamento sanitário da bacia do lago

Paranoá e da construção das novas estações de tratamento de esgotos com remoção

biológica de nutrientes, foi possível reduzir o aporte de fósforo ao lago de 519 kg/d, em

1989, para 128 kg/d, em 1998. Consequentemente, as concentrações de fósforo e clorofila

mostraram significantes reduções. Pereira e Cavalcanti (1996) mostraram também

significativas melhorias em outros parâmetros como oxigênio dissolvido, nitrogênio e

transparência da água.

Em termos de balneabilidade, apenas 65 % do lago era considerado próprio para

contato primário, em 1990. Atualmente, 95 % estão apropriados para lazer e recreação,

restando hoje às áreas próximas às estações de tratamento, que são interditadas por razões

de segurança.

40

As condições de balneabilidade do lago são avaliadas semanalmente, através de 40

pontos distribuídos por todo o lago, preferencialmente nas margens de maior acesso de

público. A análise é baseada na determinação das concentrações de coliformes fecais e os

pontos são classificados de acordo com a Resolução CONAMA 020/86.

4.2.1. - Biorremediação de ambientes

contaminados A biorremediação (uso de sistemas biológicos para a redução da poluição do ar ou

dos sistemas aquáticos e terrestres) se está enfocando também para o solo e os resíduos

sólidos, tratamentos de águas domésticas e industriais, águas processadas e de consumo

humano, ar e gases de despejo, o que está provocando que surjam muitas inquietudes e

interrogações devido ao escasso conhecimento das interações dos organismos entre sí, e

com o solo. Os sistemas biológicos utilizados são microorganismos e plantas.

A descontaminação de sítios já sujeitos à contaminação pode ser obtida por técnicas

de remediação e restauração. Usualmente estas técnicas consomem montantes

astronômicos, como os 7 bilhões gastos devido à contaminação por metais pesados.

Tecnologias avançadas tais como o uso de sistemas biológicos de tratamento para

reduzir ou destruir resíduos perigosos são vistas como uma opção para a tecnologia de

descontaminação. Um dos campos mais promissores da biotecnologia que visa o emprego

dos microrganismos direciona-se para a remediação de locais contaminados devido ao uso

de agroquímicos. Uma vez que microrganismos presentes em solos são capazes de degradar

e mineralizar pesticidas pode-se desenvolver remediação biológica ou biorremediação de

sítios contaminados empregando-se microrganismos selecionados.

O princípio da chamada biorrestauração pode ser considerado simples, pois bactérias

e fungos que se desenvolvem no solo poluído transformam hidrocarbonetos em gás

carbônico, água e sais minerais. Logo, a biorrestauração consiste em facilitar a degradação

microbiana, reunindo todos os elementos indispensáveis para seu desenvolvimento, os

nutrientes (nitrogênio, fósforo, etc.) e oxigênio, uma das técnicas para fornecimento de

oxigênio é a "bio-venting", que faz o ar circular no solo por meio de poços de injeção, que

41

arejam a terra, pode-se também injetar no solo poluído uma solução aquosa contendo sais

nutritivos.

Existem microrganismos que se mostram eficazes em solos, outros são mais

indicados para tratar efluentes industriais contendo metais pesados ou nitratos.

A biorremediação tem por objetivo inocular o solo com microrganismos com

capacidade de metabolizar os resíduos tóxicos presentes no ambiente. A biorremediação

vem sendo desenvolvida com o objetivo de explorar a diversidade genética e a versatilidade

metabólica microbiana para a transformação de contaminantes em produtos menos tóxicos

que podem ser integrados nos ciclos biogeoquímicos naturais. Estudos baseados no uso de

microrganismos para degradar compostos químicos são descritos freqüentemente na

literatura, bem como a degradação total ou parcial de pesticidas por populações

microbianas naturais presentes em solos.

De forma simplificada, a Biorremediação consiste no uso de microorganismos

naturais como bactérias, fungos e leveduras para degradar substâncias, muitas vezes

perigosas para os seres humanos, transformando-as em substâncias com pouca ou nenhuma

toxicidade, principalmente dióxido de carbono e água. Os microorganismos, da mesma

forma que os seres humanos, comem e digerem substâncias orgânicas, das quais obtêm

nutrientes e energia. Depois de degradar os contaminantes (combustíveis, solventes,

petróleo, etc.), a população de microorganismos volta aos níveis normais, uma vez que se

esgota sua fonte de alimentos.

Os microorganismos devem estar ativos e saudáveis para poderem desempenhar sua

tarefa de remediação. As medidas biocorretivas visam aumentar a população microbiana

criando condições ambientais propícias para o seu desenvolvimento. A medida biocorretiva

a ser adotada dependerá de vários fatores, dentre eles os tipos de microorganismos

presentes, as condições do local como pH, água no solo, quantidade de nitrogênio, potássio,

fosfato, a quantidade e a toxicidade dos contaminantes. Diferentes microorganismos

degradam diferentes substâncias e alguns sobrevivem em condições extremamente

adversas. As medidas biocorretivas podem ser aplicadas em condições aeróbicas ou

anaeróbicas. Em condições aeróbicas, os microorganismos se desenvolvem usando o

oxigênio que, em quantidade suficiente, transforma grande quantidade de contaminantes em

óxido de carbono e água. Em condições anaeróbicas, a atividade biológica acontece na

42

ausência de oxigênio, de tal forma que os microorganismos decompõem os compostos

orgânicos do solo para liberar a energia que necessitam. Este processo de degradação é

muito mais lento que o aeróbico. As medidas biocorretivas podem ser usadas para

descontaminação de solo e água e são classificadas em duas grandes categorias: in situ e ex

situ. No caso das medidas in situ, o tratamento da terra contaminada ou da água subterrânea

é feito no próprio local. As medidas biocorretivas ex situ consistem em escavar o solo

contaminado ou extrair a água subterrânea por bomba para aplicar o tratamento em outro

local.

Com as técnicas in situ não é necessário escavar o solo contaminado, logo, são mais

econômicas e liberam menos contaminantes para o ambiente. Não obstante, podem

demandar mais tempo de tratamento que as técnicas ex situ, são mais difíceis de manejar e

são mais eficazes em solos permeáveis como os arenosos. As técnicas aeróbicas in situ

variam em função da forma como ocorre a aeração. Podemos citar dois desses métodos:

bioaeração e injeção de peróxido de hidrogênio.

Bioaeração: Os sistemas de bioaeração introduzem ar da atmosfera no solo, acima do

lençol freático, por meio de poços de injeção situados nos locais contaminados. A

quantidade, a localização e a profundidade dos poços dependem de muitos fatores

geológicos, físicos e químicos. Usa-se um ventilador para forçar a entrada de ar no solo

através dos poços de injeção. O ar flui pelo solo, levando o oxigênio até os

microorganismos. Pelos poços de injeção se podem introduzir também nutrientes, como

nitrogênio e fósforo, para acelerar o crescimento da população microbiana.

Injeção de peróxido de hidrogênio: Por esta técnica o oxigênio é entregue através da

injeção de água oxigenada no solo contaminado. Por se tratar de introdução de uma

substância química - peróxido de hidrogênio - no solo, que pode se infiltrar e atingir águas

subterrâneas, este processo somente é utilizado em locais onde a água subterrânea já está

contaminada.

As técnicas ex situ produzem resultados mais rápidos, são mais fáceis de controlar e

apresentam uma maior versatilidade para o tratamento de grande número de contaminantes

e tipos de solo. Todavia, requerem a remoção do solo contaminado antes da biorremediação

acontecer, o que impreterivelmente eleva o custo do tratamento.

43

O grau de Biodegradação depende principalmente da toxicidade, da concentração

inicial de contaminantes, das propriedades do solo contaminado e do tipo de tratamento

aplicado. Os contaminantes passíveis de Biodegradação são compostos orgânicos não

halogenados, voláteis e semi-voláteis, petróleo bruto, combustíveis e solventes. A eficácia

das medidas Biocorretivas é limitada em locais com alta concentração de metais,

compostos orgânicos altamente clorados e sais inorgânicos, pois esses compostos são

bastante tóxicos para os microorganismos.

Isolamento, caracterização e identificação dos microrganismos com habilidade ou

atividade enzimática metabolizadora dos materiais químicos potencialmente tóxicos é

essencial para utilizá-los em biorremediação como medida mitigadora nos problemas

decorrentes do uso irracional de agroquímicos.

Tentativas para se aplicar processos de biorremediação em solos contaminados, por

simples adição destes ao solo, por meio de um processo conhecido como bioaumento ou

bioampliação não vem alcançando o sucesso esperado. A incorporação de nutrientes ao

solo ou outra manipulação da área denominada de bioestimulação, para promover o

crescimento microbiano tem resultado em sucesso limitado (US Geological Survey).

O enfoque utilizado é desenvolver um sistema de liberação de microrganismos como

os empregados para a liberação de fármacos em medicamentos, como um modelo para ser

aplicado em processos de biorremediação. Por meio do emprego de conhecimentos de

tecnologia farmacêutica, pretende-se incorporar os microrganismos de interesse aos

sistemas de liberação, que podem liberar microrganismos para biorremediar solos. Sistemas

de liberação controlada ou sustentada podem ser desenhados para uso no solo. Neste

sentido, microcápsulas, uso de matrizes poliméricas como derivados de alginato, amido ou

celulose estão sendo adaptados.

Os sistemas biológicos têm a habilidade de crescer e multiplicar com maior ou menor

intensidade dependendo das suas características inerentes e das condições impostas pelo

ambiente. A produção de alimentos se dá por meio da prática da agricultura e da pecuária e

o rendimento desta produção enfrenta a concorrência de outros sistemas biológicos

vegetais, animais, microbianos ou parasitários. Desta forma, o processo de modernizacão

da agricultura, nos anos 60, introduziu o emprego de novas variedades mais produtivas e

dependentes de adubos químicos, uso intensivo de herbicidas, bactericidas, fungicidas,

44

acaricidas, parasiticidas, inseticidas, enfim pesticidas e máquinas agrícolas a fim de se

aumentar os índices de produtividade. O emprego destes agentes químicos resultou em

aumento da produtividade, mas por outro lado trouxe conseqüências adversas ao homem,

visto serem estes agentes nocivos ao homem e ao ambiente.

A prática mundial do uso de agroquímicos por longos períodos, muitas vezes

indiscriminada e abusiva, vem trazendo preocupações à autoridades públicas e aos

envolvidos com saúde pública e sustentabilidade dos recursos naturais, em conseqüência da

contaminação ambiental. O Brasil tem uma diversidade imensa de sistemas ecológicos

únicos e sensíveis, alguns dos quais submetidos à agricultura intensiva.

Os resultados de inúmeros trabalhos têm revelado a presença de níveis alarmantes de

agroquímicos e seus produtos de degradação em solos e águas superficiais e subterrâneas.

Os relatos iniciaram-se nos anos 70 e desde então, com o aprimoramento das técnicas

analíticas com maior acuidade e sensibilidade, mostraram por exemplo que em 1988, mais

da metade dos estados americanos possuía águas subterrâneas contaminadas (Parsons &

Witt, 1989). O uso indiscriminado de agroquímicos levou a contaminação dos solos onde

índices acima de 5000 ppm de atrazina, 3000 ppm de clorpirifos, 3900 ppm de diuron,

1900ppm de parathion foram descritos na literatura (Winterlin et al., 1989.).

A detecção de contaminação ambiental por agroquímicos exige o estabelecimento de

políticas ambientais severas que controlem o uso indiscriminado e abusivo destes agentes, o

desenvolvimento de técnicas de descontaminação dos sítios contaminados e o emprego de

técnicas alternativas de plantio.

Os herbicidas triazínicos vem sendo empregados na agricultura para o controle de

ervas daninhas, devido a capacidade destes compostos orgânicos em inibir a fotossíntese.

Dentre eles destacam-se a atrazina, simazina, propazina e ametrina. A atrazina em uso há

mais de 30 anos, representa 12 % (mais de 40 000 toneladas/ano) de todos os pesticidas

empregados nos Estados Unidos em culturas de milho, sorgo, cana e abacaxi como também

é largamente empregada nos Estados centrais e moderadamente em Estados do leste. O

Brasil com as culturas da cana e milho na liderança empregam também elevadas

quantidades de herbicidas triazínicos. Das 150 000 toneladas/ano dos pesticidas

consumidos, cerca de 30 %, são herbicidas; somente a cultura de cana de açúcar, vem

45

consumindo acima de 20 000 toneladas, que representa em torno de 13 % do total de

pesticidas.

A atrazina é um contaminante potencial da água em virtude de suas características:

alto potencial de escoamento, elevada persistência em solos, hidrólise lenta, baixa pressão

de vapor, solubilidade baixa para moderada em água, absorção moderada à matéria

orgânica e argila. De fato, a presença de atrazina em águas subterrâneas americanas é cerca

de 10 a 20 vezes mais frequente do que o contaminante segundo na lista (Hallberg, 1989).

A maioria dos compostos orgânicos, xenobióticos, tais como agroquímicos em geral,

não se perpetuam no ambiente pois podem ser biodegradados pela ação de organismos

vivos presentes na natureza, que atacam a estrutura molecular destes compostos orgânicos.

Os microrganismos pela sua capacidade degradadora, participam de forma significativa na

eliminação ou redução acentuada dos níveis de pesticidas empregados na agropecuária. No

entanto, dependendo da natureza quali e quantitativa do composto empregado e das

características gerais do solo ocorrem acúmulos a índices considerados tóxicos.

A molécula de atrazina formada por um anel aromático heterocíclico clorado e N-

alquilado não é facilmente biodegradada. Alguns microorganismos têm demonstrado

habilidade de biodegradar parcial ou totalmente a molécula levando a formação de NH3 e

CO2.

A degradação parcial da molécula de atrazina por fungos tais como Aspergillus

fumigatus e Rhizopus stolonifer foram relatados, embora a maioria das ações microbianas

relatadas, recaem sobre bactérias do gênero Rhodococcus, Nocardia, Bacillus e

principalmente Pseudomonas, um gênero bastante versátil também com habilidade para

degradar 2,4-D (Behki & Khan, 1986; Behki et al., 1993; Levanon, 1993). A mineralização

completa da atrazina por um único microrganismo não é comum, mas consórcios

empregando 2 ou mais espécies diferentes são capazes de mineralizar atrazina (Rasodevich

et al., 1995).

O isolamento e seleção de linhagens microbianas capazes de biodegradar atrazina é

um trabalho bastante atraente e de interesse nacional quando se utiliza solos tropicais

submetidos à agricultura intensiva.

As amostras de solo são coletadas da região afetada. Os pontos de coleta das amostras

são definidos através da superposição de diversos mapas geológicos de acordo com as

46

características e propriedades do solo da região, com cobertura vegetal (Cerdeira et al,

1998). Após tratamento, as suspensões são plaqueadas revelando populações diversas de

microrganismos. Os microrganismos isolados são testados em sua habilidade para

metabolizar atrazina. Para monitorar a degradação de atrazina os microrganismos são

incubados em meio líquido contendo como única fonte de carbono ou carbono e nitrogênio

a atrazina na concentração de 10ug/mL. Após um período de incubação variado, as

amostras são analisadas em seu conteúdo residual de atrazina por CLAE (cromatografia

líquida de alta eficiência). Na Figura 75 é ilustrada a biodegradação do herbicida.

Como ocorre no meio científico, no qual muitos desenvolvimentos tecnológicos

nascem de modo aleatório, um acidente industrial de grande repercussão no País

possibilitou nos últimos anos a criação de uma tecnologia de biorremediação de solos

genuinamente brasileira. Para combater o vazamento de 4 milhões de litros de petróleo na

Refinaria Presidente Getúlio Vargas (Repar), em Araucária-PR, ocorrido em 16 de julho de

2000, a Petrobrás conseguiu criar uma técnica própria de descontaminação de

hidrocarbonetos baseada na fomentação de microrganismos degradadores presentes no

próprio solo (http://www.quimica.com.br/revista/qd404/ambiente1.htm).

O segundo maior derramamento de petróleo do País, ocorrido na Repar em 2000, está

na fase final de remediação utilizando bactérias e fungos como despoluidores.

O projeto biorremediador, na verdade, é um dos polimentos finais da remediação em

curso e visa remover “apenas” 96 mil litros de petróleo retidos no solo de uma área de 15

hectares, entre o local do vazamento e o Rio Barigüi, afluente do Iguaçu.

O grosso do derramamento, considerado o maior ocorrido em rio no Brasil, foi

removido fisicamente em três meses. Para começar, dos 4 milhões de litros, cerca de 20%

(570 mil) evaporou nos primeiros dias. Nos três meses seguintes, por volta de 1,3 milhão de

litros foi retirado dos rios Barigüi e Iguaçu, e em suas margens, ao longo de 65 km, com

mantas absorventes e barreiras flutuantes para conter o avanço da mancha.

Dos 2,7 milhões retidos na área interna da Petrobrás, a maior parte foi recuperada de

imediato por bombas a vácuo e manualmente por uma equipe de 2.700 pessoas. Restaram

132 mil litros de petróleo no solo, dos quais quase todos os 36 mil em fase livre foram

removidos pelo lençol freático superior (a menos de 1 metro da superfície) por meio de um

sistema de canalização que arrasta o óleo do fluxo subterrâneo para separadores. Portanto,

47

apenas os 96 mil litros restantes desse óleo, agregados no solo da floresta nativa local,

inspiraram o emprego da biorremediação (Figura 76).

Figura 75. Biodegradação da atrazina

Fonte: http://www.scielo.br/pdf/babt/v53n2/30.pdf

48

O acaso no desenvolvimento da biorremediação, porém, tem a ver apenas com a

forma pela qual a estatal do petróleo resolveu dominar a tecnologia, ou seja, para sanear o

grave acidente que atingiu o Rio Iguaçu. Isso porque, antes de iniciar o processo

microbiológico em várias áreas contaminadas pelo vazamento, a empresa já operava com a

biorremediação para tratar parte dos resíduos oleosos gerados pela estação de tratamento de

efluentes da refinaria. Em conjunto a uma área imensa de landfarming, desde meados da

década de 90 a Repar mantém seis terrenos monitorados para as colônias de fungos e

bactérias acelerarem a degradação dos resíduos.

Figura 76. Locais de biorremediação de solo contaminado por óleo - caso Repar

Fonte: Petrobrás, 2003

http://www.quimica.com.br/revista/qd404/ambiente1.htm

Atualmente uma série de tecnologias inovadoras tem demonstrado o uso dos

microorganismos na remediação de solos contaminados com diversos tipos de poluentes,

incluindo metais pesados (As, Hg, Pb etc.), pesticidas e outros contaminantes orgânicos e

inorgânicos.

49

4.2.2. - Fitorremediação de ambientes

contaminados O uso do termo fitorremediação aplica-se à utilização de sistemas vegetais (árvores,

arbustos, plantas rasteiras e aquáticas) e de sua microbiota com o fim de remover, degradar

ou isolar substâncias tóxicas do ambiente. As substâncias xenobióticas geradas pelas

diversas atividades humanas incluem compostos inorgânicos, elementos químicos

radioativos, hidrocarbonetos derivados do petróleo, pesticidas, herbicidas, explosivos,

solventes clorados e resíduos orgânicos industriais. Os métodos químicos e físicos

tradicionais de tratamento do solo e da água, como extração com solvente, oxidoredução e

incineração são bastante dispendiosos e oferecem riscos de contaminação secundária, pois o

material contaminado tem que ser transportado ao local de tratamento. Por essas razões, em

anos recentes, passou-se a dar preferência a métodos in situ, os quais são mais econômicos

e perturbam menos o ambiente.

A fitorremediação, como qualquer outra tecnologia, apresenta várias vantagens e

desvantagens que devem ser levadas em conta quando for aplicada (Cunningham et al,

1996; Glass, 1998). Se o baixo custo é uma vantagem, o tempo para que se observem os

resultados pode ser longo, pois depende do ciclo vital da planta. Além disso, a concentração

do poluente e a presença de outras toxinas devem estar dentro dos limites de tolerância da

planta. Outra limitação é que as plantas usadas com o propósito de minimizar a poluição

ambiental podem entrar na cadeia alimentar e resultaram consequências indesejáveis.

O papel das raízes no processo de atenuação da poluição é fundamental, pois seja

qual for o destino da substância xenobiótica na planta ou no solo, a sua absorção ou a

liberação de moléculas ativas (enzimas, por exemplo) pelas raízes é a primeira etapa no

curso dos eventos. Pouco se conhece sobre a função específica das plantas na

descontaminação do solo, porque a maioria dos estudos, até o momento, foram conduzidos

com plantas íntegras, no campo. O contato da planta com os microorganismos na região da

rizosfera e outras variáveis experimentais no campo dificulta a análise dos resultados.

Nesse contexto, a cultura de tecidos, em particular a cultura de raízes, pode ajudar a

esclarecer muitos aspectos do metabolismo vegetal ainda desconhecida (Figura 77).

50

As raízes geneticamente transformadas pela Agrobacterium rhizogenes (denominada

`hairy roots' devido ao seu aspecto peculiar caracterizado pela presença de pêlos

radiculares) são excelentes sistemas modelos que possibilitam selecionar plantas tolerantes

aos diversos tipos de poluentes (inorgânicos e orgânicos) e determinar o papel exclusivo da

matriz radicular na absorção e subseqüente metabolismo dos compostos xenobióticos.

Figura 77. Raízes geneticamente transformadas: (A) formação de raízes sobre os explantes

de cenoura após infecção com a A. rhizogenes; (B) explantes controles, inoculados apenas

com água destilada estéril Fonte: http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio11/fito.pdf

É possível induzir a formação de raízes transformadas em inúmeras espécies vegetais

seguindo-se um simples protocolo de infecção de plantas íntegras ou tecidos vegetais com a

A. rhizogenes. As culturas de raízes originadas por meio desse procedimento têm sido

usadas principalmente em estudos relacionados com o metabolismo secundário, sendo que,

nos últimos 15 anos, essas culturas serviram como instrumentos valiosos na elucidação das

etapas enzimáticas das rotas metabólicas de vários produtos naturais bioativos, bem como

na sua regulação. Entretanto, a aplicação das raízes transformadas não se restringe à

produção de compostos secundários, pois o sistema pode ser aplicado para incrementar a

biomassa radicular em espécies recalcitrantes, para a produção de proteínas vegetais

(enzimas e lectinas comercialmente importantes), para a regeneração de plantas com

características fenotípicas singulares (por exemplo, plantas ornamentais) e, mais

recentemente, fitorremediação. As culturas de raízes transformadas podem contribuir para a

51

pesquisa e o desenvolvimento dos métodos de fitotransformação, fitoestimulação,

rizofiltração e fitoextração.

Com relação à suscetibilidade das plantas à A. rhizogenes, pensava-se, há alguns

anos, que, dentro das angiospermas, apenas as dicotiledôneas eram passíveis de

transformação, enquanto as monocotiledôneas estavam excluídas do seu espectro de ação.

Entretanto, uma melhor compreensão do mecanismo de infecção (Hooykaas &

Beijersbergen, 1994) conduziu à construção de cepas supervirulentas de Agrobacterium

(Hood et al., 1993) e ao uso de protocolos de transformação genética mais eficientes.

Assim, descobriu-se que não apenas as monocotiledôneas são suscetíveis à infecção pela A.

rhizogenes, mas também as gimnospermas (Wilmink et al., 1992, Tzafira et al., 1996). As

raízes transformadas podem ser obtidas também por bombardeamento de material vegetal

com um plasmídeo que contenha os genes rol da A. rhizogenes (Kodama et al., 1993).

4.3.3. - Biofiltros, plásticos biodegradáveis As fontes de emissões de poluentes primários e dos componentes secundários podem

ser as mais variadas possíveis. A emissão de gases tóxicos por veículos automotores é a

maior fonte de poluição atmosférica. Nas cidades, esses veículos são responsáveis por 40%

da poluição do ar, porque emitem gases como o monóxido e o dióxido de carbono, o óxido

de nitrogênio, o dióxido de enxofre, derivados de hidrocarbonetos e chumbo. As refinarias

de petróleo, indústrias químicas e siderúrgicas, fábricas de papel e cimento emitem enxofre,

chumbo e outros metais pesados, e diversos resíduos sólidos.

A identificação de uma fonte de poluição atmosférica, depende, dos padrões adotados

para definir os agentes poluidores e seus efeitos sobre homens, animais, vegetais ou

materiais outros, assim como dos critérios para medir os poluentes e seus efeitos. Essas

alterações provocam no homem distúrbios respiratórios, alergias, lesões degenerativas no

sistema nervoso, e em órgãos vitais, e câncer.

Em cidades muito poluídas, esses distúrbios agravam-se no inverno com a inversão

térmica, quando uma camada de ar frio forma uma redoma na alta atmosfera, aprisionando

o ar quente e impedindo a dispersão dos poluentes. Sem indicar a que nível estamos

interessados a conversar a qualidade do ar, é impossível controlar as fontes de poluição.

52

Outros fatores a considerar são de natureza social (pressão de grupos), ambientais

(sinergismos ou antagonismos) e mesmo pessoal como suscetibilidade de indivíduos ou

grupos, e vários outros.

Dentre os processos biológicos de tratamento de odores, os biofiltros, em suas mais

diversas configurações, apresentam alta eficiência. O processo se utiliza da ação de

microorganismos presentes no meio filtrante que metabolizam os compostos odorantes,

orgânicos voláteis e contaminantes inorgânicos. A partir do monitoramento e controle das

propriedades dos gases de entrada e do crescimento biológico do meio, ocorre uma rápida e

completa biodegradação dos poluentes e gases odorantes com excelente relação custo x

benefício.

A tecnologia pode ser adotada em estações de tratamento de efluentes, elevatórias de

esgotos, indústrias químicas, gráficas, de borracha, farmacêutica, petroquímica, de

alimentos, de bebidas, de plásticos e pintura, entre outras.

Os biofiltros são mais efetivos no tratamento de contaminantes simples ou de

misturas complexas com concentração total de carbonos de 1500 ppmv ou menos, casos em

que a eficiência de remoção é da ordem de 99 % ou mais.

Valores típicos de contato são de 10 a 40 segundos para sistemas de baixa

concentração e entre 20 e 90 segundos para tratamentos de altas concentrações.

O sucesso na implementação dos processos de biofiltragem de odores exige a

compreensão completa dos processos biológico, físico e químico da planta a ser tratada. Em

tais situações, testes laboratoriais e de campo seguidos de modelagem piloto são utilizados

no sentido de prover informações detalhadas ao projeto.

Conforme a descrição apresentada na Figura 78, à eliminação de odores e poluentes

gasosos nos biofiltros é resultado de combinações complexas de diferentes fenômenos

físicos, químicos e biológicos. Os contaminantes e nutrientes necessários ao crescimento

devem estar presentes no meio a ser tratado. Os vapores poluentes e oxigênio são

transportados aos biofiltros por convicção forçada, o que gera a interface de transferência

de massa - o equilíbrio é atingido de tal forma que a resistência à transferência da fase

gasosa é anulada. Na próxima etapa, os contaminantes gasosos dissolvidos no meio podem

ser assimilados pelas células - biofilme -, sejam eles odorantes ou poluentes.

53

No biofilme, simultaneamente, ocorre difusão e biodegradação dos poluentes,

resultando em crescimento e morte das células e produção de CO2 e H2O - as reações

biológicas ocorrem envolvendo a oxidação aeróbia dos poluentes na presença de células

que são suas degradadoras.

Os poluentes e o oxigênio são biocatalizados em CO2, calor e biomassa. Deve ser

frisado que para cada mistura de gases poluentes e suas respectivas concentrações aplica-se

um meio filtrante selecionado em laboratório, de modo a prover adequada seletividade das

células à mistura de gases poluentes a ser tratada.

Figura 78. Eliminação de odores e poluentes gasosos nos biofiltros

Fonte: http://www.quimica.com.br/index.php?sessao=reportagem&id=575&codigo_revis=414

Não há tecnologia para tratamento de gases poluentes que seja efetiva,

economicamente viável e aplicável para todo tipo de processo industrial e comercial, a

escolha depende das taxas de fluxo dos gases contaminantes e concentrações.

A técnica dos biofiltros tem muitas vantagens. No entanto, pode ser imprópria em

casos onde estão presentes altas concentrações de compostos orgânicos ou de baixa

54

degradabilidade. De modo geral, a biofiltragem é vantajosa para taxas de gases na faixa

entre 250 a 50.000 m³/h e concentração de poluentes até 5 g/m³.

Recentemente surgiu um grande interesse pelo desenvolvimento de biofilmes

comestíveis ou degradáveis biologicamente, principalmente devido à demanda por

alimentos de alta qualidade, às preocupações ambientais sobre o descarte das materiais não

renováveis das embalagens para alimentos e às oportunidades para criar novos mercados às

matérias-primas formadoras de filme, derivadas de produtos agrícolas. Biofilme é um filme

fino preparado de materiais biológicos, que age como barreira a elementos externos e,

conseqüentemente, pode proteger o produto e aumentar a sua vida de prateleira. Algumas

possíveis propriedades funcionais dos filmes incluem retardar a migração de umidade, o

transporte de gases (O2, CO2), a migração de óleo ou gordura, o transporte de solutos,

oferecer uma integridade estrutural adicional aos alimentos, podendo também reter

compostos aromáticos e carregar aditivos alimentícios ou componentes com atividade anti-

bacteriana ou anti-fúngica, com liberação controlada sobre o produto onde foi aplicado.

Os biofilmes são geralmente produzidos com materiais biológicos, como

polissacarídios, proteínas, lipídios e derivados. Glúten de trigo é um termo geral para as

proteínas insolúveis em água da farinha de trigo, suas características de coesão e

elasticidade produzem integridade e facilitam a formação de filme. O filme protéico mais

comumente utilizado, entretanto, é o colágeno, que é normalmente empregado como

cobertura de carnes processadas. A gelatina é uma proteína derivada do colágeno. A

celulose acetato fitalato (CAP) é um polímero comumente utilizado como cobertura em

medicamentos (comprimidos) destinados a ser processados no intestino, sendo conhecido

como cobertura entérica, por apresentar resistência às condições de pH ácido.

Os biofilmes possuem potencial para controlar a perda de umidade e para controlar

também a troca de oxigênio, etileno e dióxido de carbono dos tecidos de frutas; dessa

forma, poderiam controlar a respiração do produto e aumentar sua vida de prateleira,

funcionando como uma alternativa ao tratamento por atmosfera controlada (Avena-

Bustillos e Krochta, 1993), alternativa essa que está sendo empregada na preservação de

frutas e hortaliças, porém que apresenta alguns inconvenientes incluindo custos de

processo. Trabalhos recentes estão explorando o potencial das coberturas comestíveis de

superfície para manter e estender a qualidade e a vida útil de produtos frescos e reduzir a

55

quantidade de embalagens descartáveis não-biodegradáveis, incluindo as coberturas

aplicadas em frutas, como bananas (Banks, 1984), frutas cítricas (Hagenmaier & Baker,

1993), maçãs (Banks et al., 1997), mangas (Carrilo-Lopez et al., 2000) , peras (Amarante,

1998), abacates (Johnston & Banks, 1998), morangos (Garçía et al., 1998) e goiabas

(Oliveira & Cereda, 1999). As coberturas semi-permeáveis apresentaram influência na

fisiologia das frutas, no atraso do amadurecimento e no metabolismo pós-colheita.

Produtos fabricados a partir de plásticos vêm sendo largamente utilizados desde

meados dos anos 50 do século passado. O número de aplicações para esses produtos

continuou a crescer enquanto a ciência produzia resinas e blendas de resinas que

aprimoravam suas propriedades, assim como as tecnologias para o processo dessas resinas

em produtos e o seu uso. Algumas das características gerais dos plásticos que os tornam

atrativos para a maioria dos usos comuns a que estão associados, incluindo embalagens, são

a sua força e resistência, durabilidade e longa vida, baixo peso, excelente barreira contra

água e gases, resistência à maioria dos agentes químicos, excelente processabilidade e

baixo custo. Essas propriedades, que fazem do plástico o material de escolha para várias

aplicações, são também um problema ao final da vida útil desses produtos, especialmente o

uso único em produtos como sacolas e outras formas de embalagem. A sua inércia inerente

permite que persistam no ambiente e o seu baixo custo fazem com que sejam altamente

descartáveis.

Os plásticos, apesar de presentes por toda parte, não são o principal componente dos

fluxos de resíduos municipais. Um estudo recente na Califórnia constatou que 9,6% dos

resíduos em aterros sanitários eram plásticos, e que apenas uma fração disso era

representada por materiais de embalagem. Resíduos de papel, materiais orgânicos e

resíduos de construção juntos representavam por quase ¾ do total de resíduos. Apesar de

tudo, produtos plásticos descartados têm aparência desagradável e causam outros

problemas quanto ingeridos pela vida selvagem ou quando, na forma de sacolas, formam

uma barreira entre o ambiente e o lixo que contém, e limitam a capacidade do material em

biodegradar.

Plásticos oferecidos como degradáveis ou biodegradáveis estão comercialmente

disponíveis há mais de 20 anos. Foram desenvolvidos especificamente para lidar com a

questão da persistência de produtos plásticos descartados no ambiente, sejam descartados

56

em aterros sanitários, locais de compostagem ou, de forma inapropriada, como lixo nos

oceanos e cursos d'água. Os primeiros produtos eram baseados nas resinas plásticas

tradicionais - por exemplo, polietileno - que eram misturados com uma quantidade

inexpressiva de amido. Na presença de água, os produtos feitos a partir desses materiais

desintegravam em pequenos pedaços da resina, e o amido então biodegradava. Nos Estados

Unidos, em particular, esses materiais foram duramente criticados, já que a base plástica

não biodegradava; simplesmente desintegrava em pequenos pedaços que não podiam ser

percebidos. A Comissão de Comércio Federal dos EUA forçou os produtores a remover o

apelo degradável, e esses produtos, em sua maioria, saíram do mercado. Ainda existem

companhias que oferecem produtos aparentemente similares, mas é importante que se

entenda como eles desempenham.

Os novos produtos hidrobiodegradáveis, que são geralmente baseados em moléculas

de ocorrência natural, quimicamente modificadas, como os amidos, também apresentam o

mesmo problema de desempenho na presença de água que as antigas blendas de amido,

apesar de estar de certa forma sendo tratado pela nova tecnologia.

Os plásticos oxi-biodegradáveis - ou OPB's - não sofrem esse problema, já que não

são afetados pela água; entretanto, existe outro aspecto a ser considerado. Os OPB's não

biodegradam tão rápido quanto alguns dos produtos hidrobiodegradáveis, apesar disso não

ser geralmente uma questão/problema prático. Além disso, a taxa de degradação dos OPB's

é relacionada com a temperatura ambiente. Apesar de ser de certa forma controlada, são

necessárias temperaturas acima de 40 °C, (como é comum em aterros sanitários) instalações

de compostagem controlada, e luz solar direta para a obtenção de taxas de degradação

comercialmente expressivas.

O Plástico Biodegradável é um plástico degradável no qual a degradação resulta da

ação de microorganismos de ocorrência natural, tais como bactérias, fungos e algas.

Os plásticos Oxi-biodegradáveis (OBP's) são plásticos que retornam ao ecossistema

através de um processo de 2 estágios. A maioria dos plásticos comumente usados para

aplicações únicas como embalagens, por exemplo, são poliolefinas - cadeias entrelaçadas e

cruzadas de hidrocarbonetos simples. Essas cadeias possuem pesos moleculares muito altos

(centenas de milhares) versus pesos moleculares de 18 para a água e 44 para o CO2. Outros

produtos familiares à base de hidrocarbonetos são os combustíveis, como a gasolina e o

57

óleo diesel. Uma propriedade dos hidrocarbonetos é a insolubilidade em água e também o

fato de que não são passíveis de serem umedecidos por água.

Vários estados brasileiros proíbem o uso das sacolas plásticas em supermercados.

No estado do Pará foi sancionada a Lei Nº 7537 de 05/07/2011 que dispõe sobre a

utilização de sacolas plásticas no âmbito do Estado do Pará e dá outras providências.

Art. 1º. Torna obrigatória a utilização de plástico oxi-biodegradável nas embalagens

de caráter transitório distribuídas pelos estabelecimentos comerciais no âmbito do Estado

do Pará.

Parágrafo único. Entende-se por embalagem plástica oxi-biodegradável aquela que

apresente degradação inicial por oxidação acelerada por luz e calor, e posterior capacidade

de ser biodegradada por microorganismos e que os resíduos finais não sejam eco-tóxicos.

Quando se fala em biodegradação, isto se refere ao processo pelo qual os

microorganismos utilizam o material em questão como uma fonte de energia ou alimento.

Enquanto a cadeia de hidrocarbonetos das poliolefinas é uma excelente fonte de energia,

existem dois problemas práticos. Primeiro, os microorganismos comumente associados aos

processos biológicos “trabalham” em meios aquosos. Já que os hidrocarbonetos não são

passíveis de serem umedecidos por água, não podem ser acessados por esses

microorganismos.

Segundo, as cadeias poliméricas são muito grandes para serem ingeridas por

microorganismos, e não contêm qualquer oxigênio. Para que aconteça a biodegradação,

essas cadeias poliméricas precisam ser reduzidas, passíveis de serem umedecidas por água

e incorporar oxigênio em sua estrutura. É sabido que as poliolefinas reagem muito

lentamente com o oxigênio atmosférico, e que o processo oxidativo “quebra” a cadeia

polimérica em fragmentos menores passíveis de serem umedecidos por água. Nas

poliolefinas tradicionais, essa reação é muito lenta para levar à biodegradação em um

período de tempo significativo. Os OBP's contêm aditivos que catalisam ou aceleram essa

reação oxidativa sob condições específicas. Essas condições são tais que o produto plástico

não degrada até que seja necessário, mantendo assim sua funcionalidade como material de

embalagem. Além disso, a água não é necessária à reação oxidativa e dela não participa.

Isso significa que os produtos fabricados com OBP's não são afetados pela presença de

58

água até que sejam oxidados, diferentemente dos produtos baseados em amido ou

hidrobiodegradáveis, que precisam da água para iniciar a degradação.

A capacidade dos plásticos oxi-biodegradáveis em degradar (requisito 1 acima) e

biodegradar (requisito 2 acima) foi demonstrada em laboratório e em situações reais de

compostagem, aterros sanitários e lixões. A ausência de efeitos ecotoxicológicos adversos

(requisito 3 acima) também foi demonstrada e estes não apresentam nenhum impacto

negativo na qualidade do produto em uma situação de compostagem (Doty, 2005).

Problemas selecionados 1- Quais são os caminhos que podem ser utilizados para minimizar os efeitos da

emissão de contaminantes?

2- Quem foi o criador do termo química verde ?

3- O que a química verde envolve e qual seu objetivo ?

4- Defina o termo biotecnologia ambiental ?

5- O que é biorremediação ?

6- Qual o objetivo da biorrestauração ?

7- Cite algumas substâncias xenobióticas geradas pelas diversas atividades humanas ?

8- Onde pode ser utilizado o processo de biofiltros?

Gabarito:

1) Resp: o emprego de reagentes alternativos apropriados, o aumento da seletividade para maximizar o uso dos materiais de partida, a utilização de catalisadores para facilitar a separação do produto final da mistura, bem como a reciclagem dos reagentes e catalisadores empregados no processo.

2) Resp: Paul T. Anastas

59

3) Resp: A Química Verde envolve o planejamento e replanejamento de sínteses químicas e produtos químicos objetivando evitar a poluição e conseqüentemente resolve problemas ambientais. Dessa maneira, pesquisas são planejadas com base em estudos sobre a poluição, e seus efeitos sobre os seres vivos. 4) Resp: biotecnologia ambiental é definida como o estudo e o uso de seres vivos, parte destes os seus análogos moleculares para destruir compostos prejudiciais ao meio ambiente. 5) Resp: uso de sistemas biológicos para a redução da poluição do ar ou dos sistemas aquáticos e terrestres. 6) Resp: biorrestauração consiste em facilitar a degradação microbiana, reunindo todos os elementos indispensáveis para seu desenvolvimento, os nutrientes (nitrogênio, fósforo, etc.) e oxigênio. 7) Resp: compostos inorgânicos, elementos químicos radioativos, hidrocarbonetos derivados do petróleo, pesticidas, herbicidas, explosivos, solventes clorados e resíduos orgânicos industriais. 8) Resp: em estações de tratamento de efluentes, elevatórias de esgotos, indústrias químicas, gráficas, de borracha, farmacêutica, petroquímica, de alimentos, de bebidas, de plásticos e pintura, entre outras.

Perguntas para a fixação do conhecimento

1- Cite os dozes princípios da química verde ?

2- Em que consiste o termo química verde ?

3- Como a biotecnologia pode ser utilizada no meio ambiente ?

4- Quais são as técnicas que podem ser utilizadas para a descontaminação de sítios já sujeitos a descontaminação ?

5- Em que consiste a biorrestauração ?

6- O que é fitorremediação?

7- De que se utiliza o processo de biofiltros?

60

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