Biorremediação de solo contaminado por hidrocarbonetos de petróleo
Publicado em 06 de junho de 2010 por Felipe Calaça
Introdução
Yeung et al. (1997) demonstra que contaminações de solo com hidrocarbonetos de petróleo tornaram-se um problema mundial na metade dos anos 80. Com o crescente número de descobertas de casos de vazamentos, essas contaminações têm sido alvo de inúmeras pesquisas e constitui um desafio para os profissionais que atuam no saneamento ambiental, em função da complexidade dos fenômenos geoquímicos e bioquímicos que são catalisados a partir de sua inserção no subsolo.
Quando esse contaminante atinge o solo, seus componentes separam-se em três fases: dissolvida, líquida e gasosa. Uma pequena fração dos componentes da mistura se dissolve na água do lençol freático, a segunda porção é retida nos espaços porosos do solo na sua forma líquida pura como saturação residual e outra parte dos contaminantes passíveis de evaporação dão origem à contaminação atmosférica (NADIM et al., 1999). Portanto, uma vez estabelecida à contaminação, esta poderá atuar em três níveis diferentes: solo, água subterrânea e atmosfera. Com isso, a tarefa de avaliação da extensão, dinâmica, concentração das contaminações, análise de riscos e possíveis estratégias de remediação tornam-se complexa.
Várias técnicas de remediação vêm sendo aplicadas e estudadas, sendo a biorremediação uma das mais promissoras (BERNOTH et al., 2000). A degradação biológica de compostos orgânicos, como os derivados de petróleo, é efetivamente alcançada somente quando são estabelecidas condições ambientais favoráveis, tais como concentração de nutrientes (nitrogênio, fósforo e potássio), umidade, pH, temperatura e aeração. Além desses fatores, segundo BENTO et al. (2005), o conhecimento a respeito da concentração e do tipo do óleo contaminante, da densidade populacional de microrganismos degradadores e do seu potencial para a biodegradação são fundamentais para a eficácia do processo de biodegradação.
Revisão da literatura
Os problemas gerados pela contaminação do solo por hidrocarbonetos totais de petróleo (TPH) são vários. Sanches (1998) aponta três problemas principais: existência de riscos à segurança das propriedades e das pessoas, riscos à saúde pública e dos ecossistemas e restrições ao desenvolvimento imobiliário e urbano. De acordo com Gibotti (1999), a ocorrência de vazamentos de hidrocarbonetos configura perigo constante de incêndio ou explosão nos locais atingidos. Vapores de gasolina podem explodir sem ignição prévia ao atingirem concentrações da ordem de 14.000 ppm no ar, quando a mistura de combustível mais comburente é suficiente para que haja combustão espontânea. Além disso, alguns dos compostos orgânicos presentes na composição da gasolina e do óleo diesel são cientificamente comprovados como carcinogênicos.
Além destes problemas, é importante ressaltar que a recuperação de áreas contaminadas é uma tarefa complexa e bastante demorada, e em alguns casos não se consegue atingir os limites permitidos pela legislação ou pelos órgãos ambientais (MANCINI, 2002). Atualmente, existe uma preocupação e conscientização da sociedade em relação à qualidade ambiental, a população vem tornando-se mais crítica, conseqüentemente atuações cada vez maiores das autoridades acontecem. Desta forma, em função da crescente demanda em relação ao gerenciamento de áreas contaminadas, avanços significativos ocorreram nas últimas décadas nos estudos que visavam à recuperação ambiental (SPILBORGHS, 1997). Por isso, diversas tecnologias de remediação têm sido desenvolvidas e consolidadas principalmente pelos países desenvolvidos.
O Brasil, hoje mais preocupado com seus locais contaminados, começa a desenvolver suas próprias tecnologias e também a adaptar as tecnologias já estabelecidas às nossas condições ambientais. O Estado de São Paulo, em função de sua intensa industrialização, apresenta uma situação mais crítica em relação a esta questão. Desta forma, a CETESB tem desenvolvido manuais e adaptado legislações, principalmente normas Holandesas (CETESB, 1996), tendo em vista o controle das áreas suspeitas de contaminação e comprovadamente contaminadas. Muitas opções ou combinações de opções estão disponíveis para restaurar a qualidade do solo. A seleção de tecnologias a serem utilizadas baseia-se fundamentalmente no conhecimento das características físico-químicas do contaminante, volume vazado, tempo de vazamento, caracterização geológica e hidrogeológica do local, análise do meio físico superficial e subterrâneo e extensão da pluma contaminante (SPILBORGHS, 1997).
A respeito da estruturação de projetos de remediação, existe uma grande disponibilidade de textos publicados, por exemplo: USEPA (1990, 1991), Nyer (1992), Fetter (1993), Norris (1994), Boulding (1995), Spilborghs (1997), Palma e Zuquette (1998) e Clu-in (2004).
Quanto à biorremediação, conforme Hoffman e Viedt (1998), o objeto principal não é a diminuição da concentração abaixo dos valores limites, mas sim a redução do potencial de risco de maneira eficaz e com custos economicamente viáveis. A biodegradação de compostos orgânicos, especialmente a de TPH, é amplamente descrita na literatura, sendo a degradação aeróbica a mais comum (KONING, 2002; FRITSCHE, 1999; COOKSON, 1995). O tratamento biológico de solos contaminados tem como fundamento à capacidade dos microrganismos de transformar contaminantes orgânicos, no caso ideal, em CO2, água e biomassa, sendo essa transformação chamada de mineralização. Também existe a possibilidade de uma degradação parcial, onde o contaminante tóxico não é degradado por completo. Em alguns casos, os metabólitos são de mais fácil degradação do que a substância original, em outros casos, acontece uma transformação em metabólitos de maior toxicidade (SCHLEGEL, 1985; PHILLIPS et al., 2000).
Koning (2002) ressalta a importância dos fatores ambientais abióticos, tais como a textura do solo, o teor de oxigênio, a umidade, a temperatura, o teor de nutrientes e o pH, para o sucesso da biorremediação. Os solos são caracterizados por uma alta variação de suas propriedades físicas e químicas, tanto na distribuição horizontal quanto vertical. Elektorowicz (1993) destaca a importância da textura e da porosidade do solo para o sucesso da biorremediação, já que os mesmos influenciam diretamente a densidade e a permeabilidade e assim no comportamento dos gases e da água no solo. Solos arenosos podem ser tratados mais facilmente do que solos com frações mais finas. A textura também influencia a capacidade de retenção dos contaminantes, uma vez que solos argilosos são capazes de reter, através de adsorção, mais contaminantes do que solos arenosos (SCHEFFER et al., 1998).
A temperatura influencia tanto nas propriedades físicas dos contaminantes contidos no solo, quanto na atividade biológica dos microrganismos. De acordo com Koning (2002), são as temperaturas mais altas, a princípio, as mais vantajosas, já que a solubilidade dos contaminantes e a biodisponibilidade dos compostos orgânicos aumentam. A umidade do solo influencia diretamente as suas propriedades físicas, como a capacidade de areação, a compatibilidade, a plasticidade e a consistência, influenciando assim a sua aptidão para biorremediação (SCHEFFER, 1998; BLUME, 1992). Devido aos altos custos para a inserção dos nutrientes e à disponibilidade natural dos mesmos no solo a ser tratado, a necessidade da aplicação de nutrientes é avaliada com bastante cuidado. O ajuste e a manutenção do pH durante o processo de biorremediação é importante, já que a maioria dos microrganismos desenvolvem-se melhor com pH 7,0. Hoffman& Viedt (1998) reportam que na literatura um pH na faixa de 5,5 - 8,5 é dado como ótimo para a biodegradação de TPH em solos.
Os microrganismos mais comumente usados para metabolizar compostos aromáticos são bactérias dos gêneros Achromobacter, Acinetobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Bacillus, Beijerinckia, Corynebacterium, Flavobacterium, Moraxella, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas, Vibrio e Xantobacter (Barbieri, 1997).
Conclusão
Para avaliar as possibilidades de biorremediação do solo, deve ser feita uma caracterização prévia do solo a ser tratado, englobando os parâmetros químicos de interesse, as propriedades físicas e biológicas do solo. Nos casos de contaminação com concentrações elevadas ou na existência de fatores desfavoráveis a uma remediação, tais como solo fino ou teor de metais pesados elevados, deve ser executado um ensaio em escala piloto. Pelos trabalhos anteriormente mencionados, pode-se afirmar que microrganismos que degradam hidrocarbonetos têm sido isolados de todos os tipos de ambientes nos quais foram pesquisados, parecendo provável que qualquer ambiente possa ter ao menos uma pequena população destes organismos (BAZYLINSKI et al., 1989) e que esta população aumenta após a adição destes compostos no solo (PINHOLT et al., 1979). Assim, a proporção de microrganismo hidrocarbonoclásticos dentro da comunidade microbiana depende do grau de exposição do ambiente ao poluente, mas ao mesmo tempo comprova a eficiência e amplo espectro de uso da biorremediação.
Yeung et al. (1997) demonstra que contaminações de solo com hidrocarbonetos de petróleo tornaram-se um problema mundial na metade dos anos 80. Com o crescente número de descobertas de casos de vazamentos, essas contaminações têm sido alvo de inúmeras pesquisas e constitui um desafio para os profissionais que atuam no saneamento ambiental, em função da complexidade dos fenômenos geoquímicos e bioquímicos que são catalisados a partir de sua inserção no subsolo.
Quando esse contaminante atinge o solo, seus componentes separam-se em três fases: dissolvida, líquida e gasosa. Uma pequena fração dos componentes da mistura se dissolve na água do lençol freático, a segunda porção é retida nos espaços porosos do solo na sua forma líquida pura como saturação residual e outra parte dos contaminantes passíveis de evaporação dão origem à contaminação atmosférica (NADIM et al., 1999). Portanto, uma vez estabelecida à contaminação, esta poderá atuar em três níveis diferentes: solo, água subterrânea e atmosfera. Com isso, a tarefa de avaliação da extensão, dinâmica, concentração das contaminações, análise de riscos e possíveis estratégias de remediação tornam-se complexa.
Várias técnicas de remediação vêm sendo aplicadas e estudadas, sendo a biorremediação uma das mais promissoras (BERNOTH et al., 2000). A degradação biológica de compostos orgânicos, como os derivados de petróleo, é efetivamente alcançada somente quando são estabelecidas condições ambientais favoráveis, tais como concentração de nutrientes (nitrogênio, fósforo e potássio), umidade, pH, temperatura e aeração. Além desses fatores, segundo BENTO et al. (2005), o conhecimento a respeito da concentração e do tipo do óleo contaminante, da densidade populacional de microrganismos degradadores e do seu potencial para a biodegradação são fundamentais para a eficácia do processo de biodegradação.
Revisão da literatura
Os problemas gerados pela contaminação do solo por hidrocarbonetos totais de petróleo (TPH) são vários. Sanches (1998) aponta três problemas principais: existência de riscos à segurança das propriedades e das pessoas, riscos à saúde pública e dos ecossistemas e restrições ao desenvolvimento imobiliário e urbano. De acordo com Gibotti (1999), a ocorrência de vazamentos de hidrocarbonetos configura perigo constante de incêndio ou explosão nos locais atingidos. Vapores de gasolina podem explodir sem ignição prévia ao atingirem concentrações da ordem de 14.000 ppm no ar, quando a mistura de combustível mais comburente é suficiente para que haja combustão espontânea. Além disso, alguns dos compostos orgânicos presentes na composição da gasolina e do óleo diesel são cientificamente comprovados como carcinogênicos.
Além destes problemas, é importante ressaltar que a recuperação de áreas contaminadas é uma tarefa complexa e bastante demorada, e em alguns casos não se consegue atingir os limites permitidos pela legislação ou pelos órgãos ambientais (MANCINI, 2002). Atualmente, existe uma preocupação e conscientização da sociedade em relação à qualidade ambiental, a população vem tornando-se mais crítica, conseqüentemente atuações cada vez maiores das autoridades acontecem. Desta forma, em função da crescente demanda em relação ao gerenciamento de áreas contaminadas, avanços significativos ocorreram nas últimas décadas nos estudos que visavam à recuperação ambiental (SPILBORGHS, 1997). Por isso, diversas tecnologias de remediação têm sido desenvolvidas e consolidadas principalmente pelos países desenvolvidos.
O Brasil, hoje mais preocupado com seus locais contaminados, começa a desenvolver suas próprias tecnologias e também a adaptar as tecnologias já estabelecidas às nossas condições ambientais. O Estado de São Paulo, em função de sua intensa industrialização, apresenta uma situação mais crítica em relação a esta questão. Desta forma, a CETESB tem desenvolvido manuais e adaptado legislações, principalmente normas Holandesas (CETESB, 1996), tendo em vista o controle das áreas suspeitas de contaminação e comprovadamente contaminadas. Muitas opções ou combinações de opções estão disponíveis para restaurar a qualidade do solo. A seleção de tecnologias a serem utilizadas baseia-se fundamentalmente no conhecimento das características físico-químicas do contaminante, volume vazado, tempo de vazamento, caracterização geológica e hidrogeológica do local, análise do meio físico superficial e subterrâneo e extensão da pluma contaminante (SPILBORGHS, 1997).
A respeito da estruturação de projetos de remediação, existe uma grande disponibilidade de textos publicados, por exemplo: USEPA (1990, 1991), Nyer (1992), Fetter (1993), Norris (1994), Boulding (1995), Spilborghs (1997), Palma e Zuquette (1998) e Clu-in (2004).
Quanto à biorremediação, conforme Hoffman e Viedt (1998), o objeto principal não é a diminuição da concentração abaixo dos valores limites, mas sim a redução do potencial de risco de maneira eficaz e com custos economicamente viáveis. A biodegradação de compostos orgânicos, especialmente a de TPH, é amplamente descrita na literatura, sendo a degradação aeróbica a mais comum (KONING, 2002; FRITSCHE, 1999; COOKSON, 1995). O tratamento biológico de solos contaminados tem como fundamento à capacidade dos microrganismos de transformar contaminantes orgânicos, no caso ideal, em CO2, água e biomassa, sendo essa transformação chamada de mineralização. Também existe a possibilidade de uma degradação parcial, onde o contaminante tóxico não é degradado por completo. Em alguns casos, os metabólitos são de mais fácil degradação do que a substância original, em outros casos, acontece uma transformação em metabólitos de maior toxicidade (SCHLEGEL, 1985; PHILLIPS et al., 2000).
Koning (2002) ressalta a importância dos fatores ambientais abióticos, tais como a textura do solo, o teor de oxigênio, a umidade, a temperatura, o teor de nutrientes e o pH, para o sucesso da biorremediação. Os solos são caracterizados por uma alta variação de suas propriedades físicas e químicas, tanto na distribuição horizontal quanto vertical. Elektorowicz (1993) destaca a importância da textura e da porosidade do solo para o sucesso da biorremediação, já que os mesmos influenciam diretamente a densidade e a permeabilidade e assim no comportamento dos gases e da água no solo. Solos arenosos podem ser tratados mais facilmente do que solos com frações mais finas. A textura também influencia a capacidade de retenção dos contaminantes, uma vez que solos argilosos são capazes de reter, através de adsorção, mais contaminantes do que solos arenosos (SCHEFFER et al., 1998).
A temperatura influencia tanto nas propriedades físicas dos contaminantes contidos no solo, quanto na atividade biológica dos microrganismos. De acordo com Koning (2002), são as temperaturas mais altas, a princípio, as mais vantajosas, já que a solubilidade dos contaminantes e a biodisponibilidade dos compostos orgânicos aumentam. A umidade do solo influencia diretamente as suas propriedades físicas, como a capacidade de areação, a compatibilidade, a plasticidade e a consistência, influenciando assim a sua aptidão para biorremediação (SCHEFFER, 1998; BLUME, 1992). Devido aos altos custos para a inserção dos nutrientes e à disponibilidade natural dos mesmos no solo a ser tratado, a necessidade da aplicação de nutrientes é avaliada com bastante cuidado. O ajuste e a manutenção do pH durante o processo de biorremediação é importante, já que a maioria dos microrganismos desenvolvem-se melhor com pH 7,0. Hoffman& Viedt (1998) reportam que na literatura um pH na faixa de 5,5 - 8,5 é dado como ótimo para a biodegradação de TPH em solos.
Os microrganismos mais comumente usados para metabolizar compostos aromáticos são bactérias dos gêneros Achromobacter, Acinetobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Bacillus, Beijerinckia, Corynebacterium, Flavobacterium, Moraxella, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas, Vibrio e Xantobacter (Barbieri, 1997).
Conclusão
Para avaliar as possibilidades de biorremediação do solo, deve ser feita uma caracterização prévia do solo a ser tratado, englobando os parâmetros químicos de interesse, as propriedades físicas e biológicas do solo. Nos casos de contaminação com concentrações elevadas ou na existência de fatores desfavoráveis a uma remediação, tais como solo fino ou teor de metais pesados elevados, deve ser executado um ensaio em escala piloto. Pelos trabalhos anteriormente mencionados, pode-se afirmar que microrganismos que degradam hidrocarbonetos têm sido isolados de todos os tipos de ambientes nos quais foram pesquisados, parecendo provável que qualquer ambiente possa ter ao menos uma pequena população destes organismos (BAZYLINSKI et al., 1989) e que esta população aumenta após a adição destes compostos no solo (PINHOLT et al., 1979). Assim, a proporção de microrganismo hidrocarbonoclásticos dentro da comunidade microbiana depende do grau de exposição do ambiente ao poluente, mas ao mesmo tempo comprova a eficiência e amplo espectro de uso da biorremediação.