Biorremediacao de Solo Argiloso Contaminado

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

DOUGLAS GUEDES FERREIRA

Biorremediao de Solo Argiloso Contaminado com Gasolina Aditivada com Diferentes Teores de Etanol

RIO DE JANEIRO

2010

DOUGLAS GUEDES FERREIRA

Biorremediao de Solo Argiloso Contaminado com Gasolina Aditivada com Diferentes Teores de Etanol

Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa de Ps-graduao em Tecnologia dos Processos Qumicos e Bioqumicos, Escola de Qumica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como requisito parcial para a obteno do Ttulo de mestre em Cincias

Orientao: Prof. Dra. Eliana Flvia Camporese Srvulo Prof. Dra. Denise Dias de Carvalho

RIO DE JANEIRO

2010

F383b Ferreira, Douglas Guedes

Biorremediao de Solo Argiloso Contaminado com Gasolina Aditivada com Diferentes Teores de Etanol/ Douglas Guedes Ferreira. - 2010

xx, 113 f.: il. Dissertao (Mestrado em Tecnologia dos Processos Qumicos e

Bioqumicos) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Qumica, Rio de Janeiro, 2010.

Orientadoras: Eliana Flvia Camporese Srvulo e Denise Dias de Carvalho. 1. Solo Argiloso. 2. Gasolina. 3. Biorremediao. Teses. I. Srvulo, Eliana

Flvia Camporese (Orient.). II. Carvalho, Denise Dias (Orient.). III. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Programa de Ps-graduao em Tecnologia dos Processos Qumicos e Bioqumicos, Escola de Qumica. IV. Ttulo.

CCD 363.7

AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer:

Deus pela sua iluminao e conforto at mesmo nos momentos mais difceis; Aos meus pais, em especial ao meu pai que hoje um exemplo de serenidade e

sabedoria que me permite encontrar o equilbrio mesmo nos momentos mais

turbulentos;

Professora Eliana que foi muito mais que uma orientadora durante toda a nossa convivncia, emprestando seus ombros e ouvidos como uma grande amiga e

ainda o colo confortvel de uma me amorosa;

Professora Denise pela colaborao; Dra Mrcia e toda a equipe do Laboratrio de Biocorroso e Biodegradao,

Instituto Nacional de Tecnologia (Ana, Luciana, Mariana, Miriam e Viviane), que

permitiram a realizao deste trabalho tanto pelo fornecimento do espao fsico

quanto pela ajuda na realizao dos ensaios;

equipe do Laboratrio de Microbiologia Industrial pela amizade e contribuio, principalmente a Juliana e Kally por compartilhar dos momentos de aflio;

equipe do Laboratrio de Tecnologia Ambiental pela colaborao na realizao desse trabalho, principalmente as tcnicas Suzana e Vernica;

equipe do Laboratrio de Geotecnia/COPPE pela colaborao na realizao desse trabalho, principalmente a Dra Alcione Chagas;

s minhas amigas de faculdade que me permitem compreender que mesmo com a vida atribulada ainda possvel manter os laos de amizade, em especial a

Aline, Andreza, Carol B., Carol K., Juliana, Patrcia e Tatiana;

minha amiga Fernanda por muitas vezes ser meus olhos, ouvidos e conscincia;

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) e PETRORAS pelo fornecimento de bolsa e todo o suporte financeiro para a

realizao desse trabalho;

E, todos aqueles que participaram de forma direta ou indireta para que eu alcanasse esse meu objetivo.

Qualquer coisa que voc fizer na

vida ser insignificante, mas muito

importante que voc o faa

Mahatma Ghandi

RESUMO

O solo um ecossistema rico em biodiversidade, entretanto as atividades

antrpicas ameaam a dinmica e at mesmo a permanncia das espcies de

microrganismos, animais e vegetais que compem esse bioma. O uso intensivo do

petrleo e seus derivados podem ser apontados como uma das origens dessa

ameaa ambiental. Dentre os derivados do petrleo, a gasolina se destaca pela

gerao de efeitos agressivos ao meio ambiente e sade humana. No caso da

gasolina brasileira ainda existe um agravante, pois a legislao nacional determina

que a gasolina comercial contenha 25% (v/v) de etanol. Essa adio aumenta a

solubilidade da gasolina em gua permitindo a maior difuso do contaminante, e, por

conseguinte aumentando a rea contaminada. Desse modo, h a necessidade de se

aplicar mtodos de tratamento nas reas afetadas pela contaminao. As opes de

tratamento incluem tcnicas fsico-qumicas e/ou biolgicas, contudo as tcnicas

biolgicas so, em geral apresentam custos inferiores s tcnicas fsico-qumicas e,

ainda, possuem maior aceitabilidade por parte da sociedade e agncias reguladoras.

Por isso, este estudo dividiu-se em duas partes, a primeira foi realizada em

microcosmos e teve por finalidade avaliar as condies nutricionais e de umidade na

biorremediao da gasolina em solo argiloso, bem como verificar se a variao no

percentual de etanol na gasolina interfere no processo de biorremediao. J a

segunda parte foi realizada em colunas cilndricas de 60 cm de comprimento e 10

cm de raio visando verificar a realizao do processo em diferentes profundidades

de solo. Os resultados obtidos na primeira etapa indicaram que o teor de etanol

testado (25%) no interfere no processo de biorremediao, por outro lado, o ajuste

do solo para 50 ppm de fsforo permitiu a remoo de mais 50% do contaminante

nos ensaios. Baseado nisso, verificou-se que o maior teor de umidade (40%)

colabora para a maior eficincia do processo. Na segunda etapa, o etanol tambm

no interferiu na biorremediao, entretanto permitiu que o contaminante atingisse o

fundo da coluna em um menor intervalo de tempo. A degradao do contaminante

foi irrisria no solo sem ajuste de nutrientes, enquanto que nos ensaios com ajuste

de 50 ppm de fsforo foi possvel remover cerca de 70% do contaminante. Esses

dados indicam que a biorremediao pode ser aplicada no tratamento de solos

contaminados com gasolina, que introduo de nutrientes crucial para isso, e

tambm pde-se observar que a presena do etanol no interfere nesse processo.

ABSTRACT

Soil is an ecosystem rich in biodiversity, however human activities threaten the

dynamic and even the permanence of microorganisms, animals and plants species

which compose this biome. The intensive use of oil and its derivatives are one of the

causes these environmental threats. Among the petroleum, gasoline promotes

harmful effects to the environment and human health. Additionally, the Brazilian

gasoline still has an aggravating, because the legislation provides that the

commercial gasoline contains 25% (v / v) ethanol. This addition increases the water

solubility of gasoline and allows greater diffusion of the contaminant, therefore

increases the contaminated area. So, its necessary to apply treatment methods in

the areas affected by contamination. Treatment options include physico-chemical

techniques and / or biological, but biological techniques have generally lower costs

than physico-chemical techniques, and also have greater acceptance by society and

regulator agency. Therefore, this study was divided into two parts, the first one was

performed in microcosms and aimed to evaluate the nutritional status and moisture

for gasoline bioremediation in clay soil and verify if the variation in the ethanol

percentage in gasoline interfere in bioremediation process. The second part was

performed in cylindrical columns with 60 cm long and 10 cm in radius in order to

verify the completion of the process in different soil depths. The results obtained in

the first stage indicated that the concentration of ethanol tested (25%) did not

interfere in bioremediation process, however, adjusting the soil to 50 ppm of

phosphorus allowed the removal of over 50% of the contaminant in the assays.

Based on that, it was found that the higher moisture content (40%) contributes to

greater efficiency. In the second stage, ethanol also did not interfere in

bioremediation, however allowed the contaminant to reach the bottom of the column

in a shorter time interval. The degradation of the contaminant was negligible in the

soil of nutrients without adjustment, while tests with adjustment of 50 ppm of

phosphorus was possible to remove about 70% of the contaminant. These data

indicate that bioremediation can be applied in the treatment of soils contaminated

with gasoline, the introduction of nutrients is crucial for this, and could also be

observed that the presence of ethanol does not interfere in this process.

LISTA DE FIGURAS

PGINA

Figura 1 Representao dos cinco horizontes de um solo completo 18 Figura 2 Classificao textural dos solos segundo departamento de agricultura dos Estados Unidos da Amrica, 1993

20

Figura 3 Distribuio dos argissolos e dos latossolos no territrio brasileiro

21

Figura 4 Processo de refino do petrleo e as reaes de transformao dos produtos da destilao

27

Figura 5 Principais fontes poluidoras do estado de So Paulo 32 Figura 6 Causas da poluio por postos de combustveis na cidade de So Paulo

33

Figuras 7 Principais combustveis contaminantes do solo no estado de So Paulo

33

Figura 8 Local de coleta do solo argiloso 43 Figura 9 Ilustrao do reator usado no ensaio de diversidade microbiana

52

Figura 10 Testes de percolao do contaminante feitos em coluna (mido: 20% de umidade; saturado: 40%)

53

Figura 11 Placa multipoo usada para a estimativa da concentrao de bactrias hidrocarbonoclsticas pela tcnica do nmero mais provvel

55

Figura 12 Ciclo usado na reao de PCR (polymerase chain reaction) para a identificao de culturas isoladas

57

Figura 13 - Avaliao da ecotoxicidade 60 Figura 14 - Constituio granulomtrica do solo argiloso utilizado 61 Figura 15 Teores finais de hdrocarbonetos totais do petrleo, expressos em valores mdios, para a biorremediao de latossolo contaminado com

10% (m/m) de gasolina em diferentes condies de etanol, fertilizante e

umidade.

69

Figura 16 Concentraes inicial e final de bactrias hidrocarbonoclsticas para biorremediao de solo contaminado com

gasolina nas diferentes condies ensaiadas usando solo mido.

73

Figura 17 Concentraes inicial e final de bactrias hidrocarbonoclsticas para biorremediao de solo contaminado com

gasolina nas diferentes condies ensaiadas usando solo saturado.

74

Figura 18 Comparao entre o percentual de remoo de HTP e a variao da concentrao de BHC nos ensaios do planejamento fatorial

(Quadros 5 e 6).

76

Figura 19 Percentual de mortalidade de minhocas nos ensaios do planejamento fatorial

79

Figura 20 Diagrama de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas na remoo de hidrocarbonetos totais do petrleo

82

Figura 21 Diagrama de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas para o crescimento das bactrias hidrocarbonoclsticas

82

Figura 22 Diagrama de Pareto mostrando a contribuio das variveis estudadas na mortalidade de minhocas (Eisenia fetida)

83

Figura 23 Grfico das Mdias relacionando a mortalidade de minhocas e a concentrao de fsforo, com base na umidade (mido-20%;

saturado-40%)

84

Figura 24 Teor de hidrocarbonetos totais do petrleo no ensaio EB-1 em diferentes profundidades ao longo de 60 dias

87


87

Figura 26 Teor de hidrocarbonetos totais do petrleo no ensaio EB-3 diferentes profundidades ao longo de 60 dias

88


88

Figura 28 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no

controle CEB-I em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo.

90

Figura 29 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no controle CEB-II em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo

91

Figura 30 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no ensaio EB-1 em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo.

91


92


94

Figura 33 Variao da populao de bactrias hidrocarbonoclsticas no ensaio EB-4 em diferentes profundidades de solo ao longo do tempo

95

LISTA DE QUADROS

PGINA

Quadro 1 Distribuio de microrganismos em vrias profundidades do solo

22

Quadro 2 Fraes tpicas do petrleo 26 Quadro 3 - Componentes da gasolina identificados por Solid Phase Microextraction (SPME)

29

Quadro 4 Parmetros analisados para caracterizao do solo 46 Quadro 5 Quadro 5 Matriz do Planejamento Fatorial 22 em Solo com 20% de umidade

49

Quadro 6 Matriz do Planejamento Fatorial 22 em Solo com 40% de umidade

49

Quadro 7 Matriz dos ensaios controles realizados 50 Quadro 8 Matriz do Ensaio de Biorremediao em Coluna 52

Quadro 9 Concentrao final dos reagentes na reao de PCR 57 Quadro 10 Caractersticas fsico-qumicas do solo 64 Quadro 11 Caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas do solo corrigido

67

Quadro 12 Bactrias isoladas do solo in natura e de amostras dos ensaios de biorremediao

98

SUMRIO

PGINA

1. INTRODUO E OBJETIVOS 12 2. REVISO BIBLIOGRFICA 16 2.1. Solo 16

2.1.1. Formao do Solo 16

2.1.2. Caractersticas do Solo 18

2.1.3. Solo Brasileiro 21

2.1.4. Microbiologia do Solo 22

2.1.4.1. Fatores que Afetam a Microbiota do Solo 23

2.2. Petrleo e Derivados 25

2.2.1. Gasolina 28

2.2.2. Mistura Gasolina/lcool 30

2.3. Contaminao dos Solos 31

2.4. Tratamento de Solos Contaminados 34

2.4.1. Biorremediao 35

2.4.1.1. Fatores que Afetam a Biorremediao 37

2.4.1.2. Avaliao da toxicidade do solo 40

2.5. Ferramentas Estatsticas 41

3. MATERIAL E MTODOS 43 3.1. Solo 43

3.2. Combustveis 44

3.3. Fertilizante 44

3.4. Ajuste do pH do Solo 44

3.5. Preparo do Inculo 45

3.6. Detalhamento dos Ensaios de Biorremediao 46

3.6.1. Caracterizao do Solo 46

3.6.2. Ensaios de Biorremediao em Mocrocosmos 47

3.6.3. Avaliao da Biorremediao em Colunas 51

3.7. Anlises Quantitativas 54

3.7.1. Anlises Microbiolgicas 54

3.7.1.1. Quantificao das Bactrias Heterotrficas Cultivveis Totais 54

3.7.1.2. Quantificao das Bactrias Hidrocarbonoclsticas Cultivveis 54

3.7.1.3. Mtodos Moleculares 55

3.7.1.3.1. Extrao de DNA 56

3.7.1.3.2. PCR (polymerase chain reaction) 56

3.7.1.3.3. Seqenciamento das Culturas Isoladas 58

3.8. Anlises Fsico-Qumicas 58

3.8.1. pH (potencial de Hidrognio) 58

3.8.2. Teor de Umidade Total 58

3.8.3. Teor de Hidrocarbonetos Totais do Petrleo (TPH) 59

3.9. Anlise de Ecotoxicidade 59

3.9.1. Teste de mortalidade de Minhocas 59

3.10. Anlise Estatstica 60

4. RESULTADOS E DISCUSSO 61

4.1. Solo 61

4.2. Avaliao de Parmetros para a Biorremediao da Gasolina 67

4.2.1. Anlise Estatstica do Planejamento Fatorial 80

4.3. Ensaio de Biorremediao em Colunas 85

4.4. Isolamento e Identificao de Microrganismos 96

5. CONCLUSES 101 6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 104

Ferreira, D.G. Introduo e Objetivos

12

1. INTRODUO E OBJETIVOS

A superfcie do planeta Terra composta por trs camadas distintas, que so a

atmosfera, hidrosfera e litosfera. Essas camadas consistem, respectivamente, na

camada de ar que envolve a superfcie do planeta, e nos ecossistemas aquticos e

terrestres. Por sua vez, a associao dessas trs camadas permite a existncia de vida,

representada por seres humanos, animais, vegetais e microrganismos, que juntos

compem a biosfera (Oliveira, 2008).

A biosfera varia com o ambiente. Por exemplo, o solo um ecossistema rico em

biodiversidade, em grande parte composta por microrganismos. Por outro lado, a

dinmica dessas espcies microbianas autctones pode ser alterada artificialmente por

atividades antrpicas, principalmente, em conseqncia do desenvolvimento dos

centros urbanos e dos setores industriais. As atividades humanas tm provocado a

poluio do meio ambiente, de modo crescente e descontrolado, particularmente pela

circulao da elevada frota de veculos automotores.

Um levantamento realizado na cidade de So Paulo mostrou que os postos de

combustveis so as maiores fontes de poluio, sobretudo atravs de vazamentos em

tanques de armazenamento e em tubulaes (CETESB, 2005; CETESB, 2006). No

caso dos vazamentos nos tanques de armazenamento de combustveis, 72% dos

registros foram atribudos ao derramamento de gasolina, seguidos pelo leo diesel

(19%) e etanol combustvel (2%). Esses dados, obviamente, so decorrentes da grande

circulao de veculos nos grandes centros urbanos, da maior frota de veculos movidos

a gasolina, e do tempo de vida til dos tanques de armazenamento, de

aproximadamente 30 anos, j ter expirado (CETESB, 2005).

Os vazamentos de gasolina apresentam grande importncia, poisos

hidrocarbonetos que compem esse combustvel provocam impactos graves ao meio

ambiente e sade humana (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005).

A gasolina uma mistura complexa de hidrocarbonetos, que pode variar de

acordo com a composio do leo de origem e dos aditivos adicionados para a

comercializao. Em geral, os hidrocarbonetos que compem esse combustvel


13

apresentam cadeias de estrutura varivel que possuem de 4 a 12 tomos de carbono

(Harris, Whiticar & Eek, 1999). Dentre os hidrocarbonetos, destacam-se os compostos

aromticos volteis benzeno, tolueno, etilbenzeno e os ismeros orto-, para- e meta-

xileno (BTEX), pela sua elevada toxicidade sade humana atuando como, por

exemplo, depressores do sistema nervoso central, agentes mutagnicos e

carcinognicos. Alm disso, em relao aos demais hidrocarbonetos presentes na

gasolina, os BTEX apresentam maior solubilidade em gua, o que permite que, em

casos de vazamento, esses compostos possam no s ser nocivos as atividades no

solo, mas tambm comprometer a potabilidade das guas subterrneas (Corseuil &

Fernandes, 1999; Niven, 2005).

No caso da gasolina comercializada no territrio nacional, a presena de 25%

etanol (Art. 1, Resoluo CIMA, n37 de 27/06/2007) tem sido motivo de preocupao

para os rgos ambientais. Isto se deve a solubilidade do etanol em gua que, pelo

fenmeno de co-solvncia, poderia agir como uma ponte para a solubilizao dos

hidrocarbonetos. Dessa forma a presena do lcool permitiria que, em casos de

vazamento, o contaminante se alastrasse mais, atingido uma maior rea de solo e,

inclusive, que maiores concentraes alcanassem as guas subterrneas (Corseuil &

Fernandes, 1999; Niven, 2005).

Portanto, no caso de ocorrerem acidentes seja por vazamentos de tanques de

armazenamento de gasolina ou pelo seu transporte imprescindvel que sejam

definidas estratgias para a remediao da rea impactada, de modo a conter o

contaminante e tentar reconstituir a condio natural da rea afetada (Riser-Roberts,

1998).

Algumas tcnicas j foram desenvolvidas para o tratamento de reas

contaminadas por petrleo e seus derivados. Dentre essas, as tcnicas fsico-qumicas,

que envolvem o emprego de substncias qumicas e fatores fsicos como, por exemplo,

temperatura e presso, so de uso freqente devido grande eficincia e ao curto

perodo de tratamento. Porm, alm do alto custo, esses tratamentos apresentam

inconvenientes, como a gerao de grandes volumes de rejeitos contaminados (guas


14

e solventes), e risco de poluio atmosfrica atravs da volatilizao de alguns

compostos (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain & Ramzi, 2004).

Uma alternativa aos mtodos fsico-qumicos so os mtodos biolgicos que

consistem na aplicao de organismos vivos capazes de atuar na remoo do

contaminante. Os tratamentos biolgicos tambm apresentam grande eficincia, em

geral, so menos onerosos e possuem maior aceitabilidade por parte da sociedade e

agncias reguladoras. Entretanto, tambm possuem desvantagens como tempo maior,

a dependncia de condies ambientais e a especificidade do processo (Riser-Roberts,

1998; Iwamoto & Nasu, 2001; Khan, Husain & Ramzi, 2004).

A biorremediao um exemplo de tratamento biolgico que se baseia na

capacidade dos microrganismos de modificar ou decompor o contaminante. Essa

tcnica, diferentemente das tcnicas fsico-qumicas, pode permitir como benefcio

mximo a mineralizao do contaminante (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain & Ramzi,

2004).

Nos solos, a biorremediao da rea contaminada, pode ser efetuada pela ao

dos microrganismos autctones que, dependendo do caso, pode ser estimulada pela

introduo de nutrientes (bioestimulao). Alm disso, quando a concentrao de

microrganismos baixa ou a microbiota nativa no capaz de degradar os compostos

xenobiticos, pode ser feita a introduo no solo de microrganismos com potencial

degradador (bioaumento), a fim de aumentar a remoo do contaminante (Bento et al.,

2005; Olaniram, Pillay & Pillay, 2006; Serrano et al., 2007; Stucki et al., 2007).

A aplicao da biorremediao no tratamento de ecossistemas contaminados com

gasolina j foi alvo de alguns estudos (Corseuil et al., 1996; Phelps & Young, 1999;

Yerushalmi, Manuel & Guiot, 1999; Barbaro & Barker, 2000; Kao & Wang, 2000;

Solano-Serena et al., 2000; Rahman et al., 2002; Silva & Alvarez, 2002; Landmeyer &

Bradley, 2003; Ghazali et al., 2004; Nardi et al., 2005; Tiburtius, Peralta-Zamora &

Emmel, 2005; Baldwin, Nakatsu & Nies, 2007; Dou et al., 2007). No entanto, poucos

trabalhos deram nfase ao papel e aos efeitos da presena de lcool em associao a

adio de fertilizante no processo. As informaes disponveis na literatura indicam que

a presena de lcool na gasolina resulta no aumento dos danos ao ambiente e interfere


15

negativamente na atividade microbiana (Corseuil et al., 1996; sterreicher-Cunha et al.,

2004; Niven, 2005; sterreicher-Cunha et al., 2007; sterreicher-Cunha et al., 2009).

Ademais, no h registros sobre os efeitos da variao da concentrao de etanol na

gasolina, tampouco registros relacionados interferncia das condies nutricionais ou

de umidade. Nesse contexto, e considerando a relevncia da contaminao dos solos

urbanos com combustveis, fundamental conhecer as possveis implicaes da

interao do contaminante com o ecossistema.

Este estudo teve como objetivo principal a avaliao do processo de

biorremediao da gasolina, aditivada ou no com etanol anidro, em solo argiloso, em

funo da condio nutricional, da umidade do solo e da profundidade do solo. Para

tanto, foram delineados os seguintes objetivos especficos:

Caracterizar o solo quanto aos seus aspectos fsico-qumicos e microbiolgicos; Realizar ensaios em microcosmos, baseados em um planejamento fatorial, para

verificar a significncia da umidade, da concentrao de etanol na gasolina e do

bioestmulo no processo de biorremediao da gasolina;

Determinar o efeito da adio e da concentrao de etanol (0, 12,5 e 25%) gasolina no processo de biorremediao, atravs do planejamento fatorial;

Estimar a influncia da condio nutricional do solo na degradao dos hidrocarbonetos do petrleo pelo ajuste da concentrao de fsforo para 25 e 50

ppm, atravs do planejamento fatorial;

Avaliar a toxicidade do solo aps a biorremediao, nos ensaios de microcosmos, utilizando aneldeos da espcie Eisenia fetida;

Realizar ensaios em colunas para avaliar o efeito da concentrao de etanol na gasolina e da umidade do solo na percolao do contaminante no solo;

Ferreira, D.G. Reviso Bibliogrfica

16

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. Solo

Segundo a Pedologia*, o solo pode ser definido como um corpo natural

resultante da ao conjunta de vrios processos pedogenticos quer biolgicos quer

ambientais, que se constituem nos fatores de formao do solo (Jenny, 1994;

Oliveira, 2008).

2.1.1. Formao do Solo

Em geral, a formao e a evoluo do solo ocorrem atravs da ao de quatro

fatores de formao: material de origem; clima; relevo; e seres vivos (Oliveira, 2008).

O solo tem sua origem nas rochas presentes na litosfera, do grego, lithos, que

significa pedra, basicamente formada por trs grandes grupos de rochas:

magmticas; metamrficas; e sedimentares (Oliveira, 2008).

As rochas magmticas so resultado do resfriamento e da consolidao do

magma, enquanto que as rochas sedimentares se originam da compactao dos

sedimentos. J, a formao das rochas metamrficas ocorre a partir da ao da

temperatura e da presso atmosfrica sobre as rochas sedimentares e magmticas

(Amaral & Leinz, 2001).

Esses trs tipos de rocha apresentam composio elementar semelhante, em

geral, compostos por: oxignio (62,6%), silcio (22,1%), alumnio (6,5%), sdio

(2,6%), ferro (1,9%), clcio (1,9%), magnsio (1,4%) e potssio (1%) (Oliveira,

2008).

Na superfcie, as rochas ficam expostas a uma srie de fatores ambientais -

biticos (ao dos seres vivos) e abiticos (ao de interaes qumicas e de

agentes climticos) - que provocam o desgaste e o enfraquecimento das rochas.

Esse fenmeno denominado intemperismo, e pode ser classificado como qumico,

fsico ou biolgico de acordo com o seu agente promotor (Gordon & Dorn, 2005;

Turkington, Phillips & Campbell, 2005; Oliveira, 2008). Ademais, o grau de

intemperismo possibilita a formao de diferentes tipos de solo.

* Pedologia cincia que estuda o solo.


17

Na formao do solo, o clima e o relevo agem de maneira integrada, e

interferem diretamente na ocorrncia e na velocidade dos fenmenos, uma vez que

esto relacionados a dinmica e ao escoamento da gua no solo, a incidncia da

radiao solar na sua superfcie, e conseqentemente, na temperatura do solo

(Oliveira, 2008). Como a radiao solar atinge apenas a superfcie do solo, nela

onde ocorrem as maiores variaes de temperatura. Entretanto, com o aumento da

profundidade, a temperatura tende a diminuir at um ponto de isotermia, que em

solos da regio intertropical ocorre a partir da faixa entre 50 e 100 cm (Oliveira,

2008).

Os seres vivos flora, fauna e microbiota colaboram diretamente no processo

de formao do solo, seja em sua superfcie ou em seu interior. Particularmente, a

microbiota nativa atravs dos microrganismos autotrficos atuam desde os estgios

iniciais do intemperismo, com a secreo de produtos do seu metabolismo capazes

de dissolver sais e outros nutrientes inorgnicos da rocha matriz. A esfoliao das

rochas por esses agentes qumicos promove o acmulo de partculas sobre a rocha

matriz, que formam a camada superficial do solo. Ao longo do tempo, essa camada

superficial se expande e a matria orgnica presente, oriunda principalmente dos

microrganismos, viabiliza que outros seres possam se desenvolver. Assim,

microrganismos heterotrficos, animais e vegetais, do continuidade ao processo de

formao e evoluo do solo.

A evoluo do solo tambm est envolvida no aumento da espessura dessa

camada superficial, afastando cada vez mais a rocha matriz da superfcie do solo. E

entre a superfcie do solo e a rocha matriz so formadas camadas de solo

denominadas de horizontes que diferem, entre si, em composio e em grau de

intemperismo (Oliveira, 2008). O nmero de horizontes varia com o tipo e o estgio

de evoluo do solo, uma vez que o processo evolutivo do solo ininterrupto e,

portanto, estando em constante transformao e sujeito a ao dos fatores de

formao (Oliveira, 2008).

Genericamente, um solo com o seu processo de formao concludo apresenta

cinco diferentes horizontes (O, A, B, C e R), como mostra a Figura 1 (EMBRAPA,

1988). Ressalta-se que a separao entre os horizontes no abrupta, mas sim

gradativa. Assim, possvel observar regies intermedirias que apresentam

caractersticas mistas tanto na camada superior quanto na inferior.


18

Em paralelo s aes naturais, as atividades antrpicas, tais como a

agricultura, o desmatamento, o reflorestamento, as construes e a poluio

tambm esto envolvidas no processo de transformao e evoluo do solo

(Oliveira, 2008).

Fonte: Adaptao de http://www.dct.uminho.pt/pnpg/gloss/gifs/perfil_ampl.jpg; Oliveira (2008).

Figura 1 Representao dos cinco horizontes de um solo completo.

2.1.2. Caractersticas do Solo

O solo se divide basicamente em trs fases: lquida (gua e soluo do solo),

gasosa (vapor dgua, CO2, O2, NH3 e outros gases) e slida (partculas de solo e

seres vivos). As fases lquida e gasosa so complementares e ocupam os espaos

vazios formados entre os slidos (Prevedello, 1996).

A gua ao penetrar no solo dissolve alguns dos componentes qumicos nele

presentes, formando uma soluo constituda de diferentes ons como, por exemplo,

NO3-, H2PO4-, SO42-, Cl-, Na+, K+, Ca2+, H+ e NH4+. Essa soluo recebe o nome de

soluo do solo. A composio qumica da soluo do solo, bem como o grau de

intemperismo conferem ao solo diferentes caractersticas, principalmente

relacionadas consistncia, textura, porosidade, permeabilidade e colorao

(Oliveira, 2008).


19

A consistncia o aspecto ttil que o solo assume baseado nas interaes das

partculas (foras de coeso) entre si e com a soluo do solo (foras de adeso).

Por isso, a consistncia pode variar de acordo com a umidade, composio qumica

e tamanho das partculas do solo (Lodi, 2007).

O tamanho das partculas de solo tambm interfere na textura do solo, sendo

as principais partculas quelas com tamanho inferior a 2 mm (areia, silte e argila).

No solo, essas partculas se arranjam formando espaos vazios, que se constituem

nos poros do solo. O tamanho dos poros varivel, distinguindo-se em macro e

microporos. Os macroporos so importantes para a aerao e infiltrao da gua no

solo, j os microporos esto relacionados com o armazenamento da gua no solo.

Para os poros de tamanhos intermedirios, atribui-se a conduo dos gases e da

gua no solo (Oliveira, 2008).

A proporo das partculas de areia, silte e argila adotada para classificao

dos solos em trs grandes grupos: arenoso, siltuoso e argiloso. No entanto, classes

intermedirias tambm podem ser encontradas como ilustra a Figura 2

(Departamento de Agricultura dos EUA, 1993).

Na escala textural, as partculas de areia so as maiores (2,0 a 0,05 mm) e se

compem, principalmente, por materiais resistentes ao intemperismo como, por

exemplo, quartzo e dixido de titnio (TiO2). Em geral, essas partculas apresentam

superfcie especfica reduzida e fracas interaes de coeso e adeso. Por conta do

seu tamanho e das interaes qumicas, os solos com alto teor de areia apresentam

alta permeabilidade e porosidade (CETESB, 2001; Oliveira, 2008).

J as partculas de silte, com dimetro entre 0,05 e 0,002 mm, so constitudas

tanto por materiais resistentes (dixido de titnio e quartzo), quanto por materiais

sensveis ao intemperismo (feldspatos, micas, anfiblios e outros minerais

primrios). As partculas de silte apresentam fortes interaes entre si, o que faz

com que, em comparao com as partculas de areia, apresentem menor

permeabilidade e maior capacidade de reteno de gua (CETESB, 2001; Oliveira,

2008).


20

Fonte: http://media-2.web.britannica.com/eb-media/21/24021-004-3F055051.gif;

(Departamento de Agricultura dos EUA, 1993).

Figura 2 Classificao textural dos solos.

Comparativamente, a argila a partcula de menor tamanho, com dimetro

inferior a 0,002 mm, e, portanto, grande superfcie especfica (CETESB, 2001;

Oliveira, 2008). Tambm apresentam carga inica pela presena xidos de ferro e

de alumnio. Em relao areia e ao silte, a argila a que possui a maior

capacidade de interagir com ons e reter gua.

Os solos podem apresentar diversas coloraes que dependem da proporo

dos compostos qumicos neles presentes. Por exemplo, a existncia de altas

concentraes de xidos de ferro e/ou alumnio no solo confere a ele coloraes que

variam do amarelo ao vermelho. J xidos de mangans causam o enegrecimento

do solo, enquanto o carbonato de clcio gera o seu branqueamento. Por outro lado,

a presena de material orgnico confere ao solo uma colorao mais escura

(EMBRAPA, 1999). Considerando que a concentrao dos compostos qumicos

varia no solo, este pode apresentar diferentes matizes (EMBRAPA, 1999; Oliveira,

2008).

Clay Argila Sand Areia Silt Silte Loam Franco Percent - Percentual


21

2.1.3. Solo Brasileiro

No Brasil h predomnio de duas classes de solos argilosos - Latossolos e os

Argissolos (Oliveira, 2008) - cuja distribuio pode ser observada na Figura 3. Essas

duas classes de solo se subdividem em diversos tipos que se distinguem quanto as

constituies qumica, granulomtrica e estrutural. As denominaes desses solos,

normalmente, esto relacionadas a estrutura, colorao e textura, como, por

exemplo, Argissolo amarelo distrfico arnico (EMBRAPA, 1999).

Fonte: Adaptao de http://www.dcs.ufla.br/Cerrados

Figura 3 Distribuio dos Argissolos e dos Latossolos no territrio brasileiro.

Os Latossolos ocupam mais de 50% da extenso do territrio nacional e

caracterizam-se pelo avanado estgio de intemperismo e reduzida reserva de

nutrientes. Enquanto que os Argissolos recobrem pouco mais de 30% do solo

nacional, e se caracterizam pela presena de uma camada mineral subsuperficial

com caracterstica franco-arenosa imediatamente abaixo ao horizonte A (Santos et

al., 2006).

ArgissoloLatossoloArgissoloLatossoloArgissoloLatossolo


22

2.1.4. Microbiologia do Solo

Em geral, o solo um ecossistema composto por um elevado nmero de

organismos, com predominncia de microrganismos em termos quantitativos e em

diversidade de espcies (Moreira & Siqueira, 2006). A microbiota autctone dos

solos engloba seres procariotos (Archaeas e Bactrias) e eucariotos (Fungos,

Microalgas e Protozorios).

A atividade biolgica mais intensa na camada superficial do solo (at cerca de

20 cm de profundidade), pois nessa camada encontra-se um maior acmulo de

nutrientes, que resultam da deposio de materiais vegetais e animais (Madigan,

Martinko & Parker, 2004; Moreira & Siqueira, 2006). A variao qualitativa e

quantitativa das populaes microbianas encontradas nas diferentes camadas de

solo pode ser observada no Quadro 1.

Os microrganismos tm papel de destaque no processo de formao do solo.

No entanto, uma vez o solo formado, os microrganismos continuam participando

ativamente de fenmenos como decomposio de matria orgnica, produo de

hmus, ciclagem de nutrientes e de energia, decomposio de compostos

xenobiticos e no controle biolgico de pragas e doenas (Riser-Roberts, 1998;

Madigan, Martinko & Parker, 2004). Em geral, essas atividades so realizadas pela

interao das diferentes espcies microbianas em comunidades, o que torna o solo

um ecossistema rico em biodiversidade. Todavia, a biodiversidade pouco

Quadro 1 Distribuio de microrganismos em vrias profundidades do solo

Profundidade Microrganismos por grama de solo

Bactrias Aerbicas

Bactrias Anaerbicas Actinomicetos Fungos Algas*

3-8 7,8 x 106 2,0 x 106 2,1 x 106 1,2 x 105 2,5 x 104

20-25 1,8 x 106 3,8 x 105 2, 5 x 105 5,0 x 104 5 x 103

35-40 4,72 x 105 9,8 x 104 4,9 x 104 1,4 x 104 5 x 102

65-75 1,0 x 102 1 x 103 5 x 103 6 x 103 1 x 102

135-145 1,0 x 101 4 x 102 - 3 x 102 - *Inclui as cianobactrias

Fonte: Moreira & Siqueira (2006).


23

conhecida devido a uma srie de limitaes metodolgicas, tais como, a

heterogeneidade espacial, a adeso dos microrganismos na matriz do solo ou nos

tecidos vegetais, a similaridade morfolgica dos microrganismos, as ambigidades

nas chaves taxonmicas e a dificuldade do cultivo in vitro de vrias espcies pela

impossibilidade de se reproduzir as condies nutricionais e ambientais de cada

micronicho (Hill et al., 2000; Kirk et al., 2004). Alm da importncia de conhecer as

espcies que compem a biodiversidade do solo h tambm um grande interesse no

potencial biotecnolgico dessas espcies, principalmente naquelas capazes de

degradar compostos xenobiticos.

Os estudos iniciais foram feitos baseados em mtodos fenotpicos que, devido

pequena quantidade de microrganismos cultivveis e semelhana na estrutura e

na composio celular, mostraram-se pouco representativos (Hill et al., 2000; Kirk et

al., 2004). Todavia, os avanos tecnolgicos e cientficos permitiram que atualmente

diversas metodologias possam ser aplicadas para o estudo da dinmica e da

biodiversidade dos mais variados ecossistemas, baseadas nas caractersticas dos

microrganismos, quer fenotpicas quer genotpicas (Hill et al., 2000; Kirk et al., 2004;

Leckie, 2005; Liu et al., 2006). Como exemplos, as tcnicas moleculares, que

embora apresentem algumas desvantagens para estudos da biodiversidade em

solos, ainda so mais fidedignas e representativas do que as tcnicas baseadas em

cultivos in vitro (Wolk, Mitchell & Patel, 2001; Kirk et al., 2004).

Alguns autores j conseguiram mostrar que, no solo, h uma grande e intensa

dinmica populacional microbiana estimulada por diversos fatores ambientais, como

estresse nutricional, variaes de pH, distribuio de gases, quantidade de gua e

variaes de temperatura (Degens et al., 2001; Insam, 2001; Moreira & Siqueira,

2006).

2.1.4.1. Fatores que Afetam a Microbiota do Solo

Em geral, o solo contm uma ampla diversidade de compostos orgnicos e

inorgnicos, cujas concentraes variam de acordo com o tipo e as caractersticas

do solo. Naturalmente, a matria orgnica presente no solo origina-se de resduos

de plantas, animais e microrganismos, no entanto em alguns casos de contaminao

tambm podem ser encontrados compostos xenoiticos.


24

No solo, a matria orgnica formada basicamente por resduos de plantas,

animais e microrganismos e, em casos de contaminao, por compostos

xenobiticos. A distribuio da matria orgnica varia, e sua degradao depende

das propriedades qumicas, fsicas e biolgicas dos micro-habitats, bem como da

disponibilidade desses compostos degradao (Moreira & Siqueira, 2006). A baixa

concentrao de nutrientes no solo pode ser um fator limitante para o metabolismo

microbiano, interferindo na sntese de energia, na diviso celular, na mobilidade e

at nas relaes simbiticas (Moreira & Siqueira, 2006).

Alm da disponibilidade de nutrientes, o pH um dos fatores essenciais para a

atividade microbiana. A maioria dos solos apresenta valor de pH na faixa entre 4,0 e

8,5. Os horizontes superficiais dos solos, em regies de clima mido, tendem a ser

mais cidos devido lixiviao dos compostos formados pela decomposio da

matria orgnica. Por outro lado, em regies de clima seco, o solo tende a

apresentar um carter alcalino (Moreira & Siqueira, 2006).

A diversidade metablica dos microrganismos permite que fungos e bactrias

apresentem pH timo desde extremamente cido at extremamente bsico. No

entanto, de forma genrica, o pH ideal para o metabolismo fngico ligeiramente

cido, em torno de 5,0, enquanto que as bactrias so mais adaptadas a valores

prximos a neutralidade, variando de 6 a 8 (Madigan, Martinko & Parker, 2004).

No solo, as variaes de pH podem afetar a fisiologia dos microrganismos

autctones por: desnaturao de protenas estruturais e enzimas, desestabilizao

da membrana e canais de troca inica, disponibilidade de ons, e aumento da

toxicidade de alguns compostos inicos, principalmente queles contendo alumnio,

ferro e mangans (Moreira & Siqueira, 2006).

Outra limitao para o metabolismo microbiano a disponibilidade de oxignio.

A disponibilidade de oxignio est diretamente relacionada com a umidade do solo

posto que os gases ocupam os espaos no ocupados pela gua, o que por sua vez

contribui para a sua solubilizao na soluo do solo. A solubilizao do oxignio

um dos pontos crticos, no caso dos solos mais midos, pois a solubilidade dos

gases em gua geralmente baixa e depende do tipo de gs, da temperatura, da

concentrao de sais e da presso local (Moreira & Siqueira, 2006).


25

A disponibilidade de oxignio determina o tipo de metabolismo que ir ocorrer

no solo. O metabolismo aerbico mais vantajoso, pois resulta na mineralizao da

matria orgnica e na gerao de maior quantidade de energia. No entanto,

considerando a baixa disponibilidade de oxignio no solo, o metabolismo anaerbio

poder ser o mais recorrente (Moreira & Siqueira, 2006). Neste caso, haver

predomnio dos microrganismos anaerbios e facultativos se desenvolvendo em

condio de anaerobiose, cujo metabolismo mais lento, e pode levar formao

de compostos nocivos como gs sulfdrico, nitrito, etc.

Ademais, independentemente do tipo de metabolismo, a velocidade das

reaes metablicas dependente da temperatura. O solo com cobertura vegetal

pode ser considerado um isolante trmico. Nos 5 cm superficiais, a temperatura

varia de 15 a 18C, mas com o aumento da profundidade tende reduzir de 1 a 2C a

partir dos 30 cm de profundidade, at atingir um ponto de isotermia.

Em geral, a temperatura tima para a atividade de microrganismos mesfilos se

situa na faixa entre 25 e 30C, embora ainda sejam capazes de manter o seu

metabolismo ativo em temperaturas um pouco acima ou abaixo dessa faixa de modo

mais lento (Madigan, Martinko & Parker, 2004; Moreira & Siqueira, 2006).

A diminuio da temperatura reduz a atividade microbiana, principalmente, pelo

enfraquecimento das ligaes entre as protenas, o que compromete a fluidez da

membrana celular e, por conseguinte, a entrada de nutrientes e sada dos produtos

do metabolismo. Por outro lado, o aumento da temperatura provoca a desnaturao

das protenas celulares (enzimas) inviabilizando as reaes metablicas (Madigan,

Martinko & Parker, 2004; Moreira & Siqueira, 2006).

2.2. Petrleo e Derivados

O petrleo um combustvel fssil composto predominantemente por uma

mistura complexa de hidrocarbonetos distinguindo-se em: parafnicos normais,

parafnicos ramificados, parafinicos cclicos (naftnicos), aromticos, e resinas e

asfaltenos (Corra, 2003; Thomas, 2004).

No estado lquido, o petrleo uma substncia oleosa, inflamvel, menos

densa que a gua, com cheiro caracterstico e cor variando entre o negro e o


26

castanho-claro. Apesar de sua composio qumica variar em funo do

reservatrio, os diferentes tipos de petrleo apresentam semelhanas na anlise

elementar, sendo constitudos (%m/m) de: carbono (83-87); hidrognio (11-14);

enxofre (0,06-8); nitrognio (0,11-1,7); oxignio (0,1-2); e metais (at 0,3).

Como mostrado no Quadro 2, os derivados de petrleo so obtidos atravs de

destilao do petrleo em fraes de diferentes pontos de ebulio.

Quadro 2 Fraes tpicas do petrleo

Frao Temperatura de Ebulio (oC) Composio

aproximadamente Aplicaes

Gs residual Gs Liquefeito de Petrleo GLP

At 40 C1 C2 C3 C4 gs combustvel engarrafado, uso

domstico e industrial.

Gasolina 40 175 C5 C10 combustvel de automveis,

solvente.

Querosene 175 235 C11 C12 iluminao, combustvel de

avies a jato.

Gasleo leve 235 305 C13 C17 diesel, fornos.

Gasleo pesado 305 400 C18 C25 combustvel, matria-prima para

lubrificantes

Lubrificantes 400 510 C26 C38 leos lubrificantes.

Resduo Acima de 510 C38+ asfalto, piche,

impermeabilizantes.

Fonte: Thomas, 2004

Aps a destilao, as fraes so submetidas a alguns processos qumicos de

sntese, como a alquilao e a reforma cataltica, e de craqueamento, conforme

apresentado na Figura 4. Os processos qumicos tm por objetivo modificar as

fraes sem interesse econmico para gerar produtos de alto valor agregado como

combustveis veiculares, na forma de querosene de aviao, gasolina, leo diesel, e

combustveis industriais, como propano e butano, e ainda na fabricao de

borrachas, lubrificantes e asfalto (Thomas, 2004).

Dentre os combustveis derivados do petrleo, a gasolina a mais importante

dentro dos centros urbanos, uma vez que grande parte dos veculos que circulam

nas cidades movido gasolina.


27

Fonte: Adaptao de http://www.galpenergia.com

Figura 4 Processo de refino do petrleo e as reaes de transformao dos produtos da

destilao.


28

2.2.1. Gasolina

A gasolina, um dos principais derivados do petrleo utilizados no cotidiano dos

habitantes das cidades, basicamente composta por hidrocarbonetos que possuem

uma cadeia carbnica relativamente pequena, quando comparada aos

hidrocarbonetos constituintes do leo bruto e do leo diesel.

Os hidrocarbonetos da gasolina diferem entre si quanto ao tamanho (com 4 a

12 tomos de carbono) e estrutura das cadeias, que se distinguem em: abertas,

cclicas e aromticas. As variaes de tamanho e estrutura da cadeia definem as

propriedades fsico-qumicas e, portanto, a qualidade do combustvel. No Quadro 3

esto discriminados alguns dos diferentes hidrocarbonetos constituintes da gasolina.

As duas caractersticas de maior interesse no uso da gasolina como

combustvel so o ponto de ebulio e o ndice de auto-detonao (ou octanagem)

dos hidrocarbonetos nela presentes. O primeiro pode variar desde temperaturas

ambientes, em torno de 30C, at temperaturas elevadas, acima dos 200C.

Enquanto que o segundo varia de 40 a 101, estando, em geral, prximo a 85. Como

o ndice de auto-detonao relativamente baixo, pode-se elev-lo pela introduo

de substncias com maior poder de detonao, denominadas aditivos (Cruz, 2003).

No Brasil, desde a dcada de 1970, a gasolina aditivada com etanol anidro

em substituio ao chumbo tetraetila, com o intuito de reduzir a emisso de

poluentes e aumentar a qualidade do combustvel (Corseuil & Fernandes, 1999;

Niven, 2005). Atualmente, toda a gasolina comercializada em territrio nacional

recebe a adio de 25% de etanol anidro, por determinao da legislao (CIMA,

n37; Lei 10.203/2001).

A gasolina um combustvel relativamente estvel capaz de preservar as suas

caractersticas por at seis meses se estocada em condies apropriadas. A

deteriorao do combustvel ocorre quando h a precipitao de compostos

formados pela reao entre os hidrocarbonetos insaturados e ons de cobre, que

constituem os reservatrios de combustvel (Hamilton, 1995).


29

Quadro 3 Componentes da gasolina identificados por Solid

Phase Microextraction (SPME)

Nome Qumico

Propano 2,2-dimetilhexano

Isobutano Tolueno

n-Butano 2,3,4-trimetilpentano

trans-2-buteno 3-metilheptano

cis-2-buteno 2-metilheptano

3-metil-1-buteno n-octano

Isopentano 2,4,4-trimetilhexano

1-penteno 2,2-dimetilheptano

2-metil-1-buteno Etilbenzeno

2-metil-1,3-butadieno p-xileno

n-pentano m-xileno

Trans-2-penteno 3,3,4- trimetilhexano

2-metil-2-buteno o-xileno

2-metil-1,2-butadieno 2,2,4-trimetilheptano

3,3-dimetilbutano n-nonano

Ciclopentano 3,3,5-trimetilheptano

3-metil-1-penteno n-propilmenzeno

2,3-dimetilbutano 2,3,4-trimetilheptano

2-metilpentano 1,3,5-trimetilbenzeno

3-metilpentano 1,2,4-trimetilbenzeno

n-hexano n-decano

Metilciclopentano Metilpropilbenzeno

2,2-dimetilpentano Dimetilbenzeno

Benzeno n-undecano

Ciclohexano 1,2,4,5-tetrametilbenzeno

2,3-dimetilpentano 1,2,3,4-tetrametilbenzeno

3-metilhexano 1,2,4-trimetil-5-etilbenzeno

3-etilpentano 1,2,3,4-trimetiletilbenzeno

n-heptano n-dodecano

2,2,4-trimetilpentano Naftaleno

Metilciclohexano Metilnaftaleno Fonte: Harris, Whiticar & Eek, 1999.


30

Alguns dos hidrocarbonetos constituintes da gasolina apresentam baixos

pontos de ebulio, podendo passar para a fase gasosa temperatura ambiente.

Alm da perda de parte do combustvel, a volatilizao gera poluio atmosfrica.

Os hidrocarbonetos volteis mais importantes so conhecidos pela sigla BTEX, que

o acrnimo de benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (Corseuil & Fernandes,

1999; Niven, 2005).

Os compostos BTEX so nocivos sade humana pelo seu potencial

mutagnico e carcinognico. Esses compostos penetram pela mucosa nasal,

atingindo o sistema nervoso central (SNC) e a medula ssea vermelha. A curto

prazo, a exposio a altas concentraes causa enjos, alucinaes e perda de

conscincia, e a longo prazo pode provocar leucemia e leses irreparveis ao SNC,

fgado e rins (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005; Durmusoglu, Taspinar &

Karademir, 2010).

A transferncia dos BTEX para a fase gasosa pode ser potencializada pela

presena de alcois. Nesse caso, a gasolina brasileira pelo seu contedo de etanol

aumenta as chances de volatilizao desses compostos e, conseqentemente,

aumenta os danos sade humana (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005).

2.2.2. Mistura Gasolina/lcool

Desde o incio do emprego de gasolina como combustvel automotor houve

adio de compostos com o propsito de elevar a sua octanagem. Inicialmente,

utilizavam-se compostos altamente agressivos ao meio ambiente como o chumbo

tetra-etila. Com os avanos tecnolgicos e a ampliao da conscincia ambiental,

foram desenvolvidas novas formas para aumento da octanagem.

Atualmente, em vrios pases e no Brasil, o chumbo tetra-etila no mais

aplicado. Em substituio adiciona-se o etanol, que individualmente apresenta um

ndice de octanagem de 110. A adio de etanol gasolina permite a

comercializao do combustvel com ndices de octanagem entre 87 e 95 (Santos &

Peixoto, 2008).

O uso da mistura etanol e gasolina ao invs da gasolina pura tambm contribui

para a reduo na emisso de poluentes. Isto porque alm da queima de menor


31

quantidade do combustvel fssil que gera vrios compostos, muitos dos quais

poluentes como o monxido de carbono (CO) e xidos de enxofre (SOx) e nitrognio

(NOx), a combusto do etanol completa com formao de CO2 e gua.

Em decorrncia dos grandes impactos ambientais pelo uso de combustveis

fsseis, somados a impossibilidade da sua renovao, vrias pesquisas esto sendo

desenvolvidas para a otimizao de processos de obteno de biocombustveis. O

etanol combustvel uma alternativa tcnica e economicamente vivel em uso

desde a dcada de 1970 (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005; Santos &

Peixoto, 2008).

Comercialmente, o etanol usado como combustvel e como aditivo da gasolina

produzido pela fermentao alcolica do caldo da cana-de-acar. Em geral, a

fermentao do caldo da cana realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae.

O mosto fermentado destilado e comercializado na forma hidratada (92,6%, v/v)

quando usado como combustvel, ou na sua forma anidra (99,3% v/v) quando usado

como aditivo da gasolina.

Cabe enfatizar que apesar das vantagens citadas para a adio de etanol

gasolina, isto pode trazer conseqncias srias ao meio ambiente. O etanol, alm de

aumentar a capacidade de volatilizao dos BTEX, pode aumentar a solubilidade

dos hidrocarbonetos da gasolina em gua. Logo, em caso de derrames, ir ocorrer

maior difuso do contaminante na rea impactada, com grande risco de atingir as

guas subterrneas (Corseuil & Fernandes, 1999; Niven, 2005).

2.3. Contaminao dos Solos

comum a aplicao de conceitos errneos no que concerne a contaminao

dos solos. H uma tendncia a aplicar os conceitos de poluio e contaminao

como sinnimos. Contudo, segundo Nass (2002) a poluio um termo abrangente,

que consiste em qualquer alterao causada por atividades antrpicas que

provoquem danos ao meio ambiente. Por outro lado, a contaminao mais

restritiva e se refere exclusivamente introduo de compostos nocivos sade

humana e ao ambiente (Nass, 2002). Portanto, acidentes ambientais envolvendo

petrleo e seus derivados, so considerados como contaminantes.


32

Segundo o relatrio da Companhia Ambiental do Estado de So Paulo

(CETESB, 2006), os postos de combustveis so as principais fontes de

contaminao dos solos, como mostra a Figura 5.

Postodecombustvel

74%

Indstria15%

Comrcial6%

Resduo4%

Acidentes1%

Desconhecida0%

Fonte: CETESB (2006).

Figura 5 Principais Fontes de Contaminao do Estado de So Paulo.

Os acidentes relacionados aos postos de combustveis tm inmeras causas,

conforme ilustra a Figura 6. Nesses acidentes, o combustvel mais recorrente foi a

gasolina, como pode ser observado na Figura 7 (CETESB, 2005). E, esses dados,

possivelmente, so decorrentes da maior frota de veculos movidos a gasolina e do

maior potencial corrosivo desse combustvel em relao aos demais.

A maioria desses acidentes ocorreu pela deteriorao dos tanques de

armazenamento de combustveis, pois a validade desses reservatrios de no

mximo 30 anos e grande parte dos postos de combustveis foi construdos na

dcada de 1970. E, a fim de evitar esses danos ambientais a legislao se tornou

mais restritiva em relao construo dos reservatrios de combustveis.

Atualmente a construo e a instalao dos reservatrios de combustveis

devem seguir as orientaes da resoluo CONAMA no 273, que prev, inclusive,

que o postos de revenda de combustveis obrigatoriamente sejam licenciados e

fiscalizados periodicamente pelas agncias reguladoras. Alm de determinar que os

reservatrios possuam diversos mecanismos para evitar vazamentos, como parede


33

dupla (NBR 13785) com a parte externa no metlica, vlvulas de controle e cmara

de conteno

.

PassivoAmbiental

18%

Extravazamento8%

Bomba4%

Tanque33%

Tubulao17%

CaixaSeparadora

1%

Descarte6%

Outros5%

NoIdentificada

1%

TubulaesdoTanque4%

PostosDesativados

3%


Figura 6 Causas da poluio por postos de combustveis na cidade de So Paulo.

Gasolina72%

lcool2%

Diesel19%

GNV2%

Resduo2%

leoLubrificante

1%

NoIdentificado

2%


Figura 7 Principais Combustveis Contaminantes do Solo no Estado de So Paulo.


34

No entanto, mesmo com o aumento das medidas para evitar os acidentes, a

sua ocorrncia em alguns casos inevitvel, sendo necessria a realizao de

aes corretivas que possam, inicialmente, impedir a propagao do dano, e

posteriormente restabelecer o equilbrio da rea afetada, bem como as suas

condies naturais (Dias & Mello, 1998).

2.4. Tratamento de Solos Contaminados com Hidrocarbonetos

O tratamento das reas contaminadas envolve a identificao da fonte de

contaminao e da extenso da rea atingida, o conhecimento das caractersticas

da rea e dos contaminantes envolvidos, e informaes quanto legislao

aplicvel (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain & Ramzi, 2004).

As diversas tcnicas para o tratamento de reas impactadas com compostos

xenobiticos se dividem em processos fsico-qumicos e processos biolgicos. Em

alguns casos, inclusive, pode ser feita a combinao de duas ou mais tcnicas a fim

de se obter o melhor resultado possvel.

Independente do processo em que o tratamento conduzido, a remediao

pode ocorrer no local onde o processo ser conduzido (in situ), ou pode ser feita a

remoo do material contaminado para uma rea externa onde o tratamento ser

efetuado (ex situ). Sendo que na maioria dos casos de tratamento ex situ o material

removido devolvido ao local de origem (Riser-Roberts, 1998; Khan, Husain &

Ramzi, 2004).

A principal vantagem do tratamento in situ que o material contaminado no

precisa ser transportado, o que reduz os custos. Porm, tem como desvantagens a

necessidade de adequao das condies do local contaminado e o elevado tempo

necessrio para que ocorra a descontaminao. Por outro lado, as tecnologias ex

situ so realizadas em menor prazo uma vez que permitem estabelecer as

condies ideais para a atividade microbiana. Entretanto, faz-se necessria a prvia

remoo do material contaminante, implicando na escavao do local contaminado e

o transporte de todo o material coletado at a rea de tratamento (Baptista, 2003).

Existem diversas tcnicas fsico-qumicas para a remediao das reas

contaminadas, mas no que concerne s reas contaminadas com gasolina


35

destacam-se o tratamento trmico que consiste no aquecimento do solo transferindo o contaminante para a fase gasosa, a extrao de vapores por um sistema de suco vcuo instalado em poos no local contaminado e o air

stripping que se baseia na injeo de ar na rea contaminada, favorecendo a

transferncia dos compostos volteis para a fase gasosa que em seguida so

coletados por um sistema de coleta de gases. (Riser-Roberts, 1998; Iwamoto &

Nasu, 2001; Baird, 2002; Khan, Husain & Ramzi, 2004).

Essas trs tcnicas so potencialmente eficientes na remoo dos

contaminantes volteis, contudo se no forem instalados equipamentos de captao

dos compostos volteis gerados pode haver a promoo da poluio atmosfrica

pela transferncia do contaminante para a atmosfera.

Uma estratgia interessante para o tratamento de reas contaminadas com

eficincia equivalente aos mtodos fsico-qumicos, em geral, de menor custo e

maior aceitabilidade pelos rgos ambientais e pela sociedade so os processos

biolgicos. Esses se baseiam no uso de seres vivos para a remoo do

contaminante. No caso do organismo aplicado para a remoo do contaminante ser

uma planta, o processo denominado fitorremediao, j quando so utilizados

microrganismos o processo recebe o nome de biorremediao (Riser-Roberts, 1998;

Iwamoto & Nasu, 2001; Khan, Husain & Ramzi, 2004).

2.4.1. Biorremediao

O conceito de biorremediao pode sofrer pequenas alteraes de acordo com

o autor, no entanto de uma forma geral um processo que se baseia em reaes

qumicas realizadas por microrganismos, em condies aerbias e/ou anaerbias,

sobre compostos estranhos ao ambiente natural. Essa ao microbiana capaz de

modificar ou decompor o composto original em formas mais simples, atxicas ou

menos txicas, sendo a mineralizao do contaminante o benefcio mximo

alcanado nesse processo (Riser-Roberts, 1998; DelArco, 1999; Semple, Reid &

Fermor, 2001)

Esse processo pode ocorrer naturalmente pela ao dos microrganismos

autctones, processo denominado atenuao natural. No entanto, em geral, os solos

apresentam limitaes nutricionais que submetem os microrganismos a condies


36

estarvantes, o que reduz a eficcia da biorremediao por atenuao natural.

Nesses casos o solo pode receber a introduo de nutrientes, como fontes de

nitrognio e fsforo que ao estimular o metabolismo microbiano, contribuiro para o

aumento das chances de sucesso do tratamento, e principalmente oxignio para

favorecer a atividade dos microrganismos aerbicos. A estimulao dos

microrganismos pela introduo de fontes nutricionais denominada bioestimulao

(Serrano et al., 2007; Stucki et al., 2007).

Contudo, em algumas situaes a melhora nas condies nutricionais do solo

no suficiente para atingir os resultados esperados. Por exemplo, quando

inexistem microrganismos hbeis em atuar na modificao e decomposio dos

compostos xenobiticos ou seu nmero muito baixo. Ento, torna-se necessrio

realizar a introduo de microrganismos endgenos, processo conhecido como

bioaumento (Bento et al., 2005; Olaniram, Pillay & Pillay, 2006; Serrano et al., 2007;

Stucki et al., 2007).

Existem diversas tecnologias de biorremediao, sendo o bioslurry, biosparging

e o bioslurping as mais adequadas no tratamento em casos de contaminao com

gasolina. Essas trs metodologias se baseiam na introduo de nutrientes para a

estimulao do metabolismo microbiano, variando em relao a forma de conduo

do processo e os nutrientes aplicados.

O bioslurry uma tecnologia ex situ que utiliza um reator contendo o material a

ser tratado misturado a uma grande quantidade de gua acrescida de nutrientes,

formando uma espcie de pasta, e no caso do tratamento de volteis h tambm um

sistema de introduo e captao de gases acoplado ao reator (Banerji et al., 1995).

Por outro lado o biosparging uma tecnologia in situ que consiste na unio de

duas metodologias, o bioventing (introduo de oxignio para a estimulao do

metabolismo aerbio) e o air sparging (introduo de ar no solo para a remoo dos

compostos volteis), dessa forma essa metodologia permite, atravs da injeo de

fontes de nutrientes e oxignio no solo, a remoo dos contaminantes volteis e no

volteis (EPA, 1994).

Assim como o biosparging, o bioslurping tambm uma tecnologia in situ

baseada na associao do bioventing com metodologias de extrao dos vapores,


37

que pode ser aplicada na remoo do contaminante de guas subterrneas e dos

compostos volteis do solo.

As tcnicas acima apresentadas viabilizam a recuperao da rea

contaminada, entretanto, sempre que h o envolvimento de microrganismos

necessrio o monitoramento e a avaliao de uma srie de fatores limitantes que

interferem no metabolismo microbiano e, por conseguinte, na eficincia e eficcia do

processo (Riser-Roberts, 1998; Iwamoto & Nasu, 2001; Khan, Husain & Ramzi,

2004). Em geral, a avaliao do processo de biorremediao feita pelo

monitoramento da concentrao do contaminante e/ou pela estimativa dos

microrganismos envolvidos na biodegradao. O monitoramento dos

microrganismos pode ser feito diretamente por tcnicas de contagem microbiana, ou

de forma indireta atravs de tcnicas baseadas na atividade metablica.

A quantificao do nmero de microrganismos no solo, geralmente, feita por

diluies seriadas semeadas em meios de cultura especficos, onde podem ser

feitas a contagem de unidades formadoras de colnias (UFC), ou a estimao do

nmero mais provvel de clulas (NMP) presentes em conhecida quantidade de

amostra (Balba, Al-Awadhi & Al-Daher, 1998).

2.4.1.1. Fatores que Afetam a Biorremediao

O nmero de microrganismos e a diversidade de espcies so fatores

primordiais para a eficcia do tratamento por biorremediao da rea impactada.

Sabe-se que quanto maior for a versatilidade enzimtica e o nmero de clulas

metabolicamente ativas, maior ser a eficincia da degradao do contaminante.

A diversidade microbiana do solo ainda pouco conhecida, no entanto alguns

gneros bacterianos apresentam destaque no que concerne biorremediao de

compostos xenobiticos, principalmente queles derivados de combustveis fsseis.

As espcies dos gneros Nocardia, Pseudomonas, Micrococcus e Bacillus j

so amplamente difundidas pela capacidade de degradar hidrocarbonetos presentes

em combustveis derivados do petrleo (Solano-Serena et al., 2000; Ghazali et al.,

2004; Silva & Alvarez, 2004; Dou et al., 2007). Mas, embora as bactrias tenham

papel de destaque, os demais grupos microbianos (fungos, actinobactrias e


38

cianobactrias) tambm j foram descritos pelo seu potencial para a biodegradao

de derivados do petrleo (Reddy, 1995; Alvarez, 2003; Gallego et al., 2006;

Mancera-Lopez et al., 2007).

Em geral, a composio qumica dos contaminantes heterognea e altamente

complexa. Dessa forma improvvel a existncia de um nico microrganismo, que

naturalmente, seja capaz de decompor todas as substncias qumicas presentes.

Por isso, em processos de biorremediao comum o emprego de consrcios

microbianos para obter um melhor resultado final (Ghazali et al., 2004).

Os microrganismos com a capacidade de utilizar petrleo e seus derivados

como fontes de carbono e energia so chamados de hidrocarbonoclsticos. Essa

populao microbiana possui em seu material gentico, os genes especficos para a

produo das enzimas que atuam no processo de biodegradao.

possvel encontrar essas espcies em ambientes sem histrico de

contaminao. Nesse caso, a sua deteco pode ser dificultada pela predominncia

de outras populaes mais adaptadas ao ambiente natural. Contudo, em casos de

contaminao pode haver a seleo e aumento das populaes tolerantes e com

potencial para a degradao ao contaminante (Hamme, Sigh & Ward, 2003; Ollivier

& Magot, 2005).

Entretanto, importante ressaltar que o aumento da populao com potencial

degradador s ocorre se o solo apresentar condies favorveis para isso (Semple,

Reid & Fermor, 2001). A biorremediao de solos pode ser afetada por diferentes

fatores como a concentrao de oxignio dissolvido, pH, temperatura, presena de

metablitos txicos, potencial de oxi-reduo, disponibilidade de nutrientes e

umidade (Rodriguez, 2006). Por exemplo, em alguns casos, o solo pode conter um

grande teor de matria orgnica que se encontra humificada e, portanto, no

disponvel para o consumo imediato. Essa caracterstica permite que as fontes de

carbono sejam lanadas paulatinamente no solo funcionando como um mecanismo

de controle da dinmica populacional (Moreira & Siqueira, 2006).

No ambiente natural, resduos de plantas e animais mortos so fontes de

carbono disponveis para a pronta assimilao pelos microrganismos autctones.

Em contrapartida, em situaes de contaminao o xenobitico pode interagir com a

matriz do solo e tornar-se indisponvel para a biodegradao (Alexander, 1999).


39

Alm da fonte de carbono, outros elementos nutricionais so limitantes para o

desenvolvimento dos microrganismos, em especial fontes de nitrognio e fsforo,

cujas concentraes devem ser convenientemente ajustadas. Esses elementos so

fundamentais para as funes vitais dos microrganismos como na sntese de

material gentico (RNA e DNA) e protenas, e para a gerao de energia (ATP)

(Rogers et al., 1993).

A presena de oxignio, que atua como doador de eltrons, estimula o

metabolismo aerbico, permitindo a gerao de maior quantidade de energia para as

clulas. No entanto, na sua ausncia outros compostos podem substitu-lo como, por

exemplo, NO-3, SO4-2, Mn+4 e Fe+3, estabelecendo uma condio de anaerobiose

(Madigan, Martinko & Parker, 2004).

A presena de gua e sua disponibilidade, assim como os nutrientes tambm

so fundamentais, j que esto diretamente relacionadas homeostase e ao

transporte de nutrientes atravs da membrana celular. Com exceo dos perodos

de chuva ou irrigao, os solos contm quantidades de gua insuficientes para

suportar o pleno funcionamento do metabolismo microbiano, pois normalmente a

gua drenada at atingir o lenol fretico (Moreira & Siqueira, 2006).

Nos solos, a temperatura na camada superior, onde se concentra o maior

nmero de microrganismos, praticamente no varia, estando prxima da

temperatura ambiente do local. Por isso, os microrganismos so predominantemente

mesfilos (Madigan, Martinko & Parker, 2004).

A concentrao do on hidrognio no solo outro parmetro de relevncia que

deve ser considerado. Em geral, em solos cidos predominam fungos, enquanto que

em solos neutros predominam bactrias. O pH tambm afeta o potencial de oxi-

reduo (Eh), que pode ainda ser influenciado pela temperatura, presso e

compostos presentes. A coexistncia de microrganismos aerbios, facultativos e

anaerbios na mesma amostra de solo indica que podem haver micronichos

prximos com diferentes valores de Eh (DEsposito, 1999).


40

2.4.1.2 Avaliao da toxicidade do solo

Independente da tcnica de remediao aplicada necessrio que antes de se

determinar a concluso do tratamento seja feita uma avaliao adequada da

toxicidade dos compostos residuais, pois ao longo da degradao pode haver a

formao de compostos to ou mais nocivos que o composto original, o que ir

provocar efeitos ainda mais danosos ao ambiente (Balba et al., 1998; Riser-Roberts,

1998; Phillips et al., 2000; Niven, 2005).

Bioensaios de ecotoxicidade so metodologias analticas que permitem

caracterizar a toxicidade de efluentes e substncias qumicas em geral sobre o meio

ambiente a partir da exposio de organismos vivos (bioindicadores) a estas

substncias e da observao e quantificao dos efeitos txicos das mesmas sobre

aqueles organismos. Em funo da elevada sensibilidade dos bioindicadores a

efeitos txicos em seu ambiente, estas valiosas ferramentas de anlise ambiental,

apenas recentemente introduzidas no Brasil, j vm sendo utilizadas extensivamente

e com timos resultados em pases desenvolvidos.

No caso de solos, os testes para essa avaliao podem ser baseados no uso

de seres vivos como sementes de vegetais, organismos invertebrados ou algas, ou

ainda kits comerciais baseados na bioluminescncia e na mutao de culturas

microbianas padro (Amadi, Dickson & Maate, 1993; Xu & Johnson, 1995;

Chaineau, Morel & Outdot, 1997; Balba et al., 1998; Ratte, Hammers-Wirtz &

Cleuvers, 2003; Ogboghodo et al., 2004; Labud, Garcia & Hernandez, 2007; Silva et

al., 2009).

A atividade enzimtica pode ser utilizada para descrever os efeitos de

compostos txicos sobre a populao microbiolgica do solo. No caso da

biorremediao, comum o teste da atividade desidrogensica, uma vez que a

maioria das reaes de oxidao biolgica de compostos orgnicos um processo

de desidrogenao (Ratsep, 1991). O composto qumico mais usado nessa anlise

o cloreto-2,3,5-trifeniltetrazlico (TTC) que age como aceptor final de eltrons de

enzimas desidrogensicas, sendo reduzido a trifenilformazan (TPF) de cor vermelha,

cuja intensidade diretamente proporcional atividade microbiana, e pode ser

determinada por espectrofotometria (Bitton & Koopman, 1992; Gong et al., 1997).


41

As minhocas tambm tm sido empregadas como bioindicadores. As espcies

recomendadas pelo padro OECD (1984) e ASTM (1995) so Eisenia fetida e

Eisenia andrei, facilmente cultivveis em laboratrio. Os efeitos usados para

diagnstico podem ser o crescimento, comportamento, reproduo e processos

fisiolgicos, bem como, observaes de mudanas patolgicas externas como leso

ou dureza. H tambm o teste de fuga de minhocas que, em muitos casos, pode ser

um indicador mais sensvel para avaliar compostos txicos no solo, para nvel de

estresse baixo dos organismos (Kapanen & Itavaara, 2001).

A fitotoxicidade pode ser determinada pela germinao das sementes,

alongamento das raizes e crescimento de mudas. Muitos estudos tm demonstrado

e eficincia de espcies como pepino e agrio (Helfrich et al., 1998), alface e soja

(Gundersson et al., 1997) em testes de toxicidade.

Knoke et al. (1999) avaliaram a toxicidade de solo contaminado com

hidrocarbonetos do petrleo aps a utilizao de tcnicas de biorremediao como

bioestmulo e bioaumento. Foram avaliados ensaios com adio de nutrientes como

fsforo e/ou bioumento com Pseudomonas sp UG30, com capacidade de degradar

compostos xenobiticos. Aps os ensaios de biodegradao, observaram que os

testes feitos com minhoca e com a germinao de alface, a adio de fsforo ao

solo aumentou a toxicidade enquanto que os testes com o bioaumento houve

reduo da toxicidade, sugerindo que dependendo da tcnica de biorremediao

utilizada a toxicidade pode aumentar ou diminuir.

2.5. Ferramentas Estatsticas

No mbito da pesquisa cientfica busca-se continuamente a melhor forma de

obter o mximo de informaes com o mnimo de experimentos, o que reduz os

custos dos estudos. E, uma das formas de se organizar experimentos nesse

contexto a aplicao de ferramentas estatsticas, como o planejamento fatorial

(Barros-Neto, Scarminio & Burns, 2007).

O planejamento fatorial pode ser aplicado quando h diversos fatores que

interagem entre si e podem interferir na realizao de um processo, esses fatores na

linguagem estatstica so conhecidos como variveis independentes. E, os valores

atribudos a esses fatores so denominados nveis.


42

Essa ferramenta estatstica permite a combinao das diversas variveis

independentes, inclusive em diferentes nveis. Tal fato permite analisar os resultados

integrados e os fatores que influenciam o processo. Em termos prticos, um

planejamento fatorial deve ser feito em 2 ou 3 nveis, pois o uso de mais nveis

aumentaria o nmero de experimentos, inviabilizando a sua aplicao (Calado &

Montgomery, 2003).

Uma vez organizados e realizados os experimentos, a interpretao estatstica

dos dados obtidos pode ser executada atravs de vrios critrios estatsticos de

significncia, como por exemplo, o Teste p, o Teste t e o modelo matemtico

proposto, atravs do coeficiente de correlao (Rodrigues & Iemma, 2005).

O Teste p fundamenta-se na probabilidade de se descartar os efeitos principais

e de interao da varivel em estudo, em um nvel de confiana pr-determinado. o

valor do nvel de confiana normalmente encontrado em trabalhos de 95%, no

entanto a sua determinao varia de acordo com a acurcia desejada.

No caso do Teste t de Student a sua anlise feita atravs dos efeitos

calculados (sejam eles positivos ou negativos), considerados significativos e

diferentes de zero, em um determinado nvel de confiana.

O coeficiente de correlao mede a aproximao entre os pontos experimentais

e uma curva qualquer. Quando este valor se aproxima de 1, tem-se um bom ajuste

dos pontos curva, indicando que o modelo proposto pode ser usado para a

previso de resultados dentro da faixa estudada.

Embora o planejamento experimental seja til, difcil identificar a influncia de

uma ou mais variveis sobre outra varivel de interesse. O sistema, inicialmente,

considerado com uma funo desconhecida que atua sobre as variveis de entrada

(os fatores) e produz como sada, as respostas observadas. Sendo assim, o intuito

principal do planejamento fatorial identificar a funo que represente de modo mais

fidedigno o processo (Rodrigues & Iemma, 2005; Barros-Neto, Scarminio & Burns,

2007).

Ferreira, D.G. Material e Mtodos

43

3. MATERIAL E MTODOS

3.1. Solo

Nesse trabalho foi utilizado um solo, coletado no municpio de Belford Roxo-RJ

no ms de dezembro de 2006, de uma rea urbana sem histrico de contaminao.

Esse solo caracterstico do estado do Rio de Janeiro e por isso foi estudado no

tratamento de biorremediao de solos contaminados com petrleo ou seus

derivados.

Logo aps a coleta, o solo foi peneirado grosseiramente para a retirada de

material como plantas, razes, pedras e gravetos. Em seguida, o solo foi quarteado,

com o intuito de homogeneizar o solo a ser utilizado nos ensaios de biorremediao,

de modo que as amostras de solo aplicadas nos diferentes ensaios possussem

caractersticas similares em relao a sua composio granulomtrica, fsico-

qumica e microbiolgica.

Todos os ensaios de biorremediao foram realizados com solo de um mesmo

lote, isto , de mesma procedncia e data. Para tanto, aps o quarteamento o solo

foi acondicionado em sacos plsticos de 10 kg cada, os quais foram armazenados

sob refrigerao a 51C, at o momento do uso.

Figura 8 Local de coleta do solo argiloso


44

3.2. Combustveis

Foram usados dois combustveis comerciais, gasolina automotiva e etanol

anidro, misturados em diferentes propores (100:0; 100:12,5; 100:25). Ambas as

amostras foram provenientes da Petrobras de modo a garantir a sua pureza, ou seja,

a ausncia de qualquer aditivo ou adulterao que pudesse interferir nos resultados

obtidos nesse estudo.

A gasolina e o etanol so combustveis estveis e no sofrem degradao

quando armazenados sobre refrigerao e em recipientes no metlicos. Portanto,

os combustveis utilizados nos ensaios de biorremediao foram coletadas do

mesmo local e data, e ao chegar no laboratrio foram armazenados em bombonas

de polietileno a 51C, at o momento do uso.

3.3. Fertilizante

Em algumas condies ensaiadas foi feita a adio de fontes de nutrientes,

atravs da aplicao do fertilizante comercial da marca ULTRAVERDE, com relao

Nitrognio:Fsforo:Potssio de 4:14:8. O ajuste da condio nutricional do solo foi

baseada no teor de fsforo presente no solo, podendo ser de 25 ou 50 ppm de

acordo com o ensaio.

3.4. Ajuste do pH do Solo

De um modo geral os solos argilosos possuem um carter cido, ento a fim de

favorecer o metabolismo bacteriano, elevando o pH a um valor prximo

neutralidade, foi realizada a calagem do solo com Carbonato de Clcio (CaCO3).

Para tanto foi adicionado 15 g de CaCO3 em cada quilo de solo utilizado antes da

realizao dos ensaios.


45

3.5. Preparo do Inculo

A fim de reduzir o tempo dos ensaios de biorremediao, a populao

microbiana autctone do solo foi aumentada atravs da introduo das culturas

endgenas previamente adaptadas ao contaminante (gasolina). Com esse propsito,

foi produzido um inculo em fase slida conforme metodologia desenvolvida por

Baptista (2007).

O preparo do inculo em fase slida foi conduzido em recipiente plstico

retangular (40 cm x 80 cm x 20 cm), onde foi distribudo aproximadamente 15 kg do

solo. Em seguida, esse solo recebeu ajuste da umidade (para aproximadamente

25%) e da condio nutricional para 50 ppm de fsforo. Esses ajustes foram feitos

pela solubilizao de 3,2 g de fertilizante por quilo de solo em gua e ento

aplicados paulatinamente no solo, ajustando a condio nutricional e de umidade

concomitantemente.

Aps uma semana o solo foi contaminado artificialmente uma nica vez com

5% (v/m) de gasolina automotiva sem adio de etanol. Aps a contaminao o

inculo foi incubado em local arejado com temperatura mdia de 30C por 21 dias,

atingindo nesse perodo uma quantidade de bactrias metabolicamente ativas e

adaptadas ao contaminante. Nesse nterim a umidade foi ajustada pela disperso de

gua destilada na superfcie do solo.

O monitoramento das populaes cultivveis de interesse (bactrias

heterotrficas totais e bactrias hidrocarbonoclsticas) foi feito atravs da

quantificao semanal de cultivos das amostras retiradas do sistema em meios

especficos (Item 3.7.1.).

Finalizadas as etapas de ativao do metabolismo das bactrias

hidrocarbonoclsticas (BHC) e sua adaptao aos hidrocarbonetos da gasolina,

amostras desse solo foram incorporadas aos ensaios de biorremediao na

proporo de 10%(m/m).


46

3.6. Detalhamento dos Ensaios de Biorremediao

Esse trabalho foi realizado em etapas seqenciais, na primeira foi feita a

caracterizao granulomtrica, fsico-qumica e microbiolgica do solo. Na segunda

foram realizados ensaios em microcosmos baseados em um planejamento fatorial

para definir a significncia da condio nutricional, da umidade e da concentrao de

etanol adicionada na gasolina no processo de biorremediao. E, na terceira foram

conduzidas algumas condies propostas pelo planejamento fatorial em colunas de

60 cm a fim de reproduzir condies mais prximas da realidade e estudar a

biorremediao e a percolao vertical da gasolina adicionada com 25% de etanol.

3.6.1. Caracterizao do solo

A caracterizao do solo foi feita baseada na sua granulometria, condio

nutricional, fsico-qumica e microbiolgica. No Quadro 4 podem ser observadas as

metodologias utilizadas nessa caracterizao.

Quadro 4 Parmetros analisados para caracterizao do solo Parmetro Metodologia

Granulometria ABNT-NBR 7181/84

Matria orgnica (mg/Kg), Nitrognio

e Fsforo Jaramillo, 1996

Cobre, Ferro, Mangans, Zinco,

Alumnio, Clcio, Magnsio, PotssioRaij et al., 2001

pH Baptista, 2007

Umidade Espectrmetro de

infravermelho

Bactrias Heterotrficas Totais

Cultivveis Pour plate

Bactrias Hidrocarbonoclsticas

Cultivveis Nmero Mais Provvel


47

A anlise granulomtrica foi realizada segundo a metodologia descrita na

norma ABNT-NBR 781/84. A determinao da condio nutricional do solo foi

baseada nas metodologias descritas por Jaramillo (1996) e por Raij et al. (2001). O

pH foi feito seguindo a metodologia descrita por Baptista (2007) e o teor de umidade

foi determinado atravs de um espectrmetro de infravermelho. E, as anlises

microbiolgicas foram feitas pela tcnica de pour plate para as bactricas

heterotrficas totais cultivveis e pela tcnica do nmero mais provvel para as

bactrias hidrocarbonoclsticas cultivveis.

A caracterizao granulomtrica (ABNT-NBR 781/84) e a dosagem de Cobre,

Ferro, Mangans, Zinco, Alumnio, Clcio, Magnsio e Potssio (Raij et al., 2001)

foram realizadas pelo Laboratrio de Geotecnia (COPPE/UFRJ). A dosagem de

matria orgnica, nitrognio e fsforo (Jaramillo, 1996) foram realizadas no

Laboratrio de Tecnologia Ambiental (Escola de Qumica/UFRJ). E a determinao

do pH e da umidade foram realizados no Laboratrio de Biocorroso e

Biodegradao (Instituto Nacional de Tecnologia).

3.6.2. Ensaios de Biorremediao em Microcosmos

Aps a sua caracterizao, esse solo foi usado como base para o estudo da

interferncia da umidade, da condio nutricional e da presena de etanol na

gasolina no processo de biorremediao. Para tanto, foram organizadas 12 ensaios

usando duas matrizes de planejamento fatorial completo de dois nveis e dois fatores

(22), conforme apresenta os Quadro 5 e 6.

A condio nutricional e a adio de etanol na gasolina foram definidos como

variveis independentes. E, nos Quadros 5 e 6 pode-se observar os fatores

(parmetros) e os nveis (valores mnimo, mximo e intermedirio) atribudos para

cada uma das variveis independentes.

Os nveis atribudos concentrao de fsforo (0; 25 e 50 ppm) foram

estabelecidos de acordo com a classificao de solo, em termos nutricionais,

segundo Jaramillo (1996) em pobre ou rico. Em relao ao teor de lcool adicionado

gasolina (0; 12,5 e 25%), os percentuais foram baseados na legislao brasileira,


48

que determina a adio de 25% de lcool na gasolina comercial (CIMA, n37; Lei

10.203/2001). E, as duas condies de umidade estudadas contemplaram uma

condio normal de solo mido (aproximadamente 20%) e outra saturada

(aproximadamente 40%).

Os valores mnimos e mximos estabelecidos para cada um dos fatores foram

combinados de forma a organizar todas as condies experimentais possveis, e

tambm foram realizadas duas rplicas do ponto central.

Alm de avaliar a condio nutricional e a presena de lcool, tambm foi

estudada o efeito da umidade no processo de biorremediao. Dessa forma, foram

estudados duas condies de umidade, uma com o solo apresentando um aspecto

mido (aproximadamente 20% de umidade) e outra com o solo visualmente

encharcado (cerca de 40% de umidade).

O aspecto visual que o solo apresenta est intimamente ligado sua

capacidade de reteno de gua (CRA), ou seja, a CRA consiste no mximo de

gua

Biorremediacao de Solo Argiloso Contaminado

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