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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
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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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