TECNOLOGIAS DE BIORREMEDIAÇÃO

Principais Tecnologias de Biorremediação

• In Situ• Passiva ou Natural ( Atenuação Natural)• Bioestimulação• Bioventilação• Bioaumento• Barreiras Reativas Permeaveis (BRP)

• Ex Situ• LandFarming• Biopilhas ou Compostagem com Solo• Fitorremediação

Atenuação Natural Monitorada

• Combinação de processos FBQ visando reduzir os impactos tóxicos, concentração ou fluxo de compostos poluentes no meio ambiente contaminado.

• Exige Monitoramento detalhado

• O desafio mais significativo na biorremediação in situ é a introdução de reagentes, no ambiente sub-­‐superficial, necessários por microrganismos contaminantes a serem degradados. Assim esta técnica freuentemente confunde-­‐se com a Bioestimulação, pela simples adição de N + P ao meio.

O desafio mais significativo na biorremediação in situ é a introdução no ambiente abaixo da superfície dos reagentes necessários por microorganismos e misturando-­‐os com os contaminantes a serem degradados. A maior parte da metodologia geralmente associada com a biorremediação in situ pode ser atribuído à investigação e desenvolvimento pioneiro realizado por Richard L. Raymond e dom tecnologia nos anos 1970. Em meados da década de 1980, o potencial de biorremediação em situ foi amplamente aceita na indústria de remediação. Nos últimos anos, tem havido uma explosão de actividade em biorremediação agora que incorpora uma ampla variedade de processos no in situ meio Ambiente.A fonte permanente de debate entre os praticantes de biorremediação são os conceitos de bioestimulação e bioaumentação. Bioestimulação consiste na adição de nutrientes, como azoto e fósforo, bem como aceitadores de oxigénio e outro de electrões, para o ambiente microbiano para estimular a actividade dos microrganismos. Bioaumento envolve a adição de micróbios exógenos para o subsolo, onde os organismos capazes de degradar um contaminante específico são deficientes. Micróbios podem ser "semeados" de populações já presentes em um local e cultivadas em um reator acima do solo, ou estirpes especialmente cultivadas tendo conhecido capacidades para degradar um contaminante específico.

A maioria dos sistemas de biorremediação utilizam alguma forma de bioestimulação. No entanto, há uma resistência significativa na indústria de usar bioaumentação. Esta resistência resulta do princípio da ubiqüidade, que afirma que todos os microrganismos estão sempre presentes no ambiente de subsuperfície. Um outro argumento contra bioaumentação é que os organismos indígenas já presentes no local contaminado teria desenvolvido os sistemas de enzimas para degradar os contaminantes alvo. Além disso, a limitação de distribuir as culturas microbianas exógenos no subsolo e a questão de sobrevivência a longo prazo destas culturas cultivadas em laboratório em condições de campo também desencorajar bioaumentação. Bioaumentação pode desempenhar um papel proeminente na biorremediação, quando a liberação de organismos geneticamente modificados é permitido.

5.6.1 Critérios de Triagem para implementação In situAntes de conceber um sistema em biorremediação in situ, a viabilidade de biodegradação deve ser cuidadosamente avaliada. Esta avaliação deve incluir a facilidade ou dificuldade de degradar os contaminantes-­‐alvo, a capacidade de atingir mineralização total, e as condições ambientais necessárias para implementar o processo. Existem vários fatores que devem ser incorporadas a este processo de avaliação.

Fator de triagem: Biodegradabilidade ( T ½ )

Cadeia Hidrocarbonetos simples, C1–C15 Facil (F)Alcools, fenois, aminas FacilAcidos, esteres, amidas Facil

Hidrocarbonetos, C12–C20 Mod fácil (MF)Eters, Hidrocarb monoclorinated Mod FacilHidrocarbonetos, > C20 Mod Dificil ( MD)Hidrocarbonetos Multiclorados Mod Dificil

PAHs, PCBs, pesticidas Muito Dificil (MMD

Criterios de triagem para Biorem In situ

• Potencial de mineralização dos compostos: Uma revisão das principais rotas de biodegradação pertinentes proporcionará uma visão clara para verificar se contaminante pode ser utilizado como um substrato primário ou se as reações metabólicas necessárias podem se processar.

• Substrato especifico para atividade microbiana e outras condições: De primordial importância é a disponibilidade de carbono e de energia no ambiente contaminado. Analisar possíveis receptores de elétrons e da condição redox cuidadosamente. Além disto, investigar a presença de microrganismos capazes de degradar os contaminantes especificos, quantitativo/qualitativo. Contagem total em placa específicas em condições de laboratório e em ensaios in situ de respiração podem ser utilizados para realizar esta avaliação.

• A disponibilidade de nutrientes: Em geral, os níveis de concentração de apenas N e P são determinado.• Características hidrogeológicas do sítio: condutividade hidráulica, espessura da saturado zona, homogeneidade e profundidade do lençol de água são parâmetros que devem ser tidos em conta na concepção do sistema. Distribuição e transporte de agregado nutrientes e receptores de elétrons será fortemente influenciada pela hidrogeologia site.

• Extensão e distribuição de contaminantes: Essa avaliação hidrogeológica de parâmetros locais são os componentes-­‐chave para o desenvolvimento do projeto de engenharia de o "bio-­‐reactor subsuperficial.“ ou mais abrangente de biorremediação In situ.

Bioventilação

Injeção de Ar ou biosparging envolve a injeção de ar para azona saturada de solos contaminados, com vazões baixas (<5 m3 / h por ponto). Isto é usado para aumentar a atividade biológica no solo e para promover a biodegradação aeróbica pelo aumentando o fornecimento de O2 via injeção de ar ou de oxigénio no solo. Em alguns casos injeções de ar são substituídos por oxigénio puro para aumentar as taxas de degradação. No entanto, tendo em conta o elevado custo deste tratamento para além das limitações na quantidade de oxigénio dissolvido disponível para os microrganismos, o peróxido de hidrogénio (H2O2) pode ser introduzido como uma alternativa, e é usado num número de sítios de fornecer mais oxigénio[18]. Em biospargingvolatilização é tipicamente menor do que a do padrão de aspersão de ar no sistema. Bioslurping é uma tecnologia in situ, que combina um produto livre de vácuo elevado na recuperação com bioventing dos solos de subsuperfície para remediar simultaneamente compostos derivados de petróleo.

Avaliação das técnicas de Bioaumento

O processo de bioaumento envolve a introdução de microorganismos que têm sido cultivados para degradar várias cadeias dehidrocarbonetos dentro de um sistema contaminado. As culturas podem ser derivadas de um solo contaminado ou obtidas deuma cultura estoque que tenha demonstrado, previamente, capacidade para degradar esses hidrocarbonetos (SARKAR et al.,2005). Para que a aplicação do bioaumento tenha sucesso, é necessário que os microorganismos selecionados apresentemalgumas características, como: capacidade para degradar a maior parte dos contaminantes, estabilidade genética, alto nível deatividade enzimática, além da capacidade de competir com a população intrínseca do solo. Deve ser lembrado que os agentesmicrobianos não podem ser patogênicos e não devem produzir substâncias tóxicas durante o processo de biodegradação(LEAHY & COLWELL, 1990).

Objetivos

Isolamento e Caracterização de Microrganismos em meios seletivos para a condição de biodegradação

CRESCIMENTO EM CONDIÇÕES DE LABORATORIO

INOCULAÇÃO EM CONDIÇÕES DE TESTE ( FRAÇOES DE PETROLEO) COM RESPOSTA

DE CO2

Amostras de Solos contaminados com petróleo, solo Rico em matéria orgânica, Assoalho marinho etc

Barreiras Reativas

Barreiras Reativas

Barreira Reativa Permeavel

Recuperação de áreas degradadas pela mineração de carvão Criciuma no Sul de Santa Catarina.

AVALIAÇÃO DE TURFA EM UMA BARREIRA REATIVA PERMEÁVEL PARAA REMEDIAÇÃO DE MEIOS POROSOS CONTAMINADOS COMNAFTALENO E BTEX

CATARINA LUÍZA MARIANI PEREIRA

PPGEA UFES 2009

LandFarming

• Landfarming é um método de biorremediação que consiste na degradação biológica de resíduos em uma camada superior de solo, que é periodicamente revolvida para promover a aeração e o aumento da atividade biológica com conseguqente remoção ou atenuação dos contaminantes do solo.

O landfarming também deve ser considerado como um processo de disposição final, já que os produtos da degradação se incorporam ao solo e à matéria vegetal presente no local.A diferença entre tratamento em solo e landfarming se baseia em que o último implica o desenvolvimento de técnicas de trabalho do solo, através das quais é incorporado oxigênio do ar, maximizando a remoção biológica.

A superfície do landfarming permite a gestão de lotes exclusivos. Estes lotes estão identificados e é realizado um seguimento do processo mediante amostragens periódicas de controle da degradação. Uma vez degradado, solicita-­‐se a liberação do lote à Secretaria de Política Ambiental. Assim, o gerador do resíduo pode realizar um seguimento do processo de tratamento exclusivo, já que não se misturam resíduos de diferentes fontes de geração.

Os resíduos que podem ser tratados com este tipo de tecnologia são:•Resíduos provenientes de indústrias de alimentos em geral, da indústria de laticínios e de frigoríficos.•Resíduos da indústria do petróleo.•Resíduos da indústria química e farmacêutica.•Barros e fundos de tanques de combustíveis e hidrocarbonetos em geral.•Solos contaminados por vazamentos de hidrocarbonetos.

Processo de implementação de um Landfarming: Borra Oleosa

FITORREMEDIAÇÃO

A fitorremediação utiliza sistemas vegetais para recuperar águas esolos contaminados por poluentes orgânicos ou inorgânicos. Esta áreade estudo, embora não seja nova, tomou impulso nos últimos dez anos,quando se verificou que a zona radicular das plantas apresenta acapacidade de biotransformar moléculas orgânicas exógenas (externas).A rizosfera, como é denominada esta zona, tem sido desde entãoestudada por sua importante função como fonte de nutrientes para osdiversos microrganismos que co-­habitam nesta região, assim como asua capacidade de estimular a degradação de pesticidas,hidrocarbonetos aromáticos polinucleares e outras substâncias químicas.Está comprovado que os processos degradativos são mais acentuadosnos solos que apresentam cobertura vegetal do que aquelescaracterizados pela sua ausência.

A FITORREMEDIAÇÃO

Vantagens e Desvantagens da FitorremediaçãoVantagens:ØÉ uma tecnologia barata e por isso pode ser aplicada a grandes áreasØÉ aplicável a um grande número despoluentes orgânicos e inorgânicosØÉ ecologicamente e socialmente satisfatóriaØOs procedimentos são realizados in situØPode ser usada em conjunto com tecnologias mais tradicionais

Desvantagens:ØAs plantas são organismos vivos e suas raízes requerem oxigênio, água e nutrientes.ØA natureza do solo (pH, salinidade, textura) afeta o desenvolvimento das plantas.ØA concentração dos poluentes deve estar dentro do limite de tolerância das plantas.

ØOs contaminantes hidrossolúveis podem se alastrar para longe da zona radicular.

ØÉ um processo lento cujos efeitos são observados em longo prazo.ØExiste a possibilidade destas plantas entrarem na cadeia alimentar.

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Ø FitoextraçãoØ FitoestabilizaçãoØ FitoestimulaçãoØ FitovolatilizaçãoØ FitodegradaçãoØ Rizofiltração

MECANISMOS ENVOLVIDOS NO PROCESSO DE FITORREMEDIAÇÃO

Atmosfera

Fitovolatilização

PlantaFitoextraçãoFitodegradaçãoFitoacumulação

Solo

Area Contaminada

Fitoestabilização

Rizofiltração

Rizodegradação

Fitoextração

FitodegradaçãoFitoestabilização

Fitoextração

Fitoextração

Fitodegradação

Fitodegradação

FitoestabilizaçãoFitodegradação

Alguns exemplos de Aplicação da Fitorremediaçãos

• Fitoextração: esse tipo, também chamado defitoacumulação, consiste na absorção do metalcontaminante pelas raízes das plantas para o tronco e asfolhas.

FITOEXTRAÇÃO

Esta técnica utiliza plantas chamadas hiperacumuladoreas capazes de armazenar altasconcentrações de metais (0,1% a 1% do peso seco, dependendo do Metal).

Plantas acumuladoras de Pb, Cu, Co, Ni e Zn: Brassica juncea;; Aeolanthus biformifolius;;Alyssum bertolonii e Thlasp caerulescens.

Absorção e armazenamento dos contaminantes pelas raízes ou são transportados e acumulados nas partes aéreas.

• Fitoestabilização: usa plantas para limitar a mobilidade ebiodisponibilidade de metais em solos. As plantas usadasdevem ser capazes de tolerar altos níveis de metais eimobiliza-­‐los no solo por precipitação, complexação ouredução de valências dometal.

FITOESTABILIZAÇÃO

Os contaminantes orgânicos ou inorgânicos sãoincorporados à lignina da parede vegetal ou ao húmus dosolo e os metais são precipitados sob formas insolúveis,sendo posteriormente aprisionados na matriz do solo.Objetiva evitar a mobilização do contaminante e limitar suadifusão no solo, através de uma cobertura vegetal(CUNNINGHAM et al., 1996).

Exemplos de plantas cultivadas com este fim são asespécies de Haumaniastrum, Eragrostis, Ascolepis,Gladiolus e Alyssum.

FITOESTIMULAÇÃO

As raízes em crescimento (extremidades e ramificaçõeslaterais) promovem a proliferação de microrganismosdegradativos na rizosfera, que usam os metabólitosexudados da planta como fonte de carbono e energia.Além disso, as plantas podem secretar elas própriasenzimas biodegradativas. A aplicação dafitoestimulação limita-se aos contaminantes orgânicos.A comunidade microbiana na rizosfera é heterogêneadevido à distribuição espacial variável dos nutrientesnesta zona, porém os Pseudomonas são os organismospredominantes associados as raizes. (Crowley et al.,1997).

FITOVOLATILIZAÇÃO

Alguns íons de elementos dos subgrupos II, V e VI daTabela periódica, mais especificamente, mercúrio,selênio e arsênio, são absorvidos pelas raízes,convertidos em formas não tóxicas e depois liberados naatmosfera. (BROOKS, 1998) Esta técnica pode serempregada para compostos orgânicos também.

• Fitodegradação: é o processo cujas plantas são capazes dedegradar poluentes orgânicos. Em alguns casos, ospoluentes degradam em simples moléculas que são usadaspara o crescimento da planta.

FITODEGRADAÇÃO

contaminante fragmentos

enzimasnovasfibras

contaminante

Os contaminantes orgânicos são degradados ou mineralizados dentro das célulasvegetais por enzimas específicas. Entre essas enzimas destacam-­se asnitroredutases (degradação de nitroaromáticos), desalogenases (degradação desolventes clorados e pesticidas) e lacases (degradação de anilinas).

Populus sp. e Myriophyllium spicatum são exemplos de plantas que possuem taissistemas enzimáticos.

• Rizofiltração: é principalmente utilizada com águacontaminada. Similar a fitoextração, porém as plantasutilizadas apresentam raízes que desenvolvem um sistemaradicular com grande área de contato. Quando as raízestornam-­‐se saturadas com os contaminantes, as plantas sãocoletadas e trocadas para a continuação da remediação.

RIZOFILTRAÇÃO

É a técnica que emprega plantas terrestres para absorver,concentrar e/ou precipitar os contaminantes de um meioaquoso, particularmente metais pesados ou elementosradiativos, através do seu sistema radicular. As plantas sãomantidas num reator sistema hidropônico, através do qualos efluentes passam e são absorvidos pelas raizes, queconcentram os contaminantes. Plantas com grandebiomassa radicular (hiperacumuladores aquáticos) são asmais satisfatórias, como Helianthus annus e Brassicajuncea, as quais provaram ter potencial para esta tecnologia(GALSS, 1998).

Typha angustifoliaTaboa

Scirpus holoschoenus Cyperus longusjunça-­longa

Juncus acutusjunco agudo

Iris pseudacoruslírio amarelo

Phragmites australiscaniço

plantas aquáticas empregadas em tratamento de água:

E.T.A.R. de Bodiosa – Viseu – Portugal(lagoa de macrófitas emergentes com plantas previamente enraizadas em viveiro)

FITORREMEDIAÇÃO -­ TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

Sistemas de lagoas de macrófitas:ØSistemas baseados em macrófitas aquáticasflutuantes (enraizadas ou livres);;

ØSistemas baseados em macrófitas submersas;;ØSistemas baseados em macrófitas aquáticasemergentes

Wetlands Construidos: Tratamento de esgotos domésticos e/ou industriais

Representação esquemática de um sistema de tratamento deáguas residuais baseado em macrófitas aquáticas livrementeflutuantes. Ilustra-­se a espécie Eichhornia crassipes (jacintode água).

Representação esquemática de um sistema de tratamento deáguas residuais baseado em macrófitas aquáticas submersas.Ilustra-­se a espécie Elodea canadensis.

b) fluxo sub-­superficial horizontal, ilustra-­se a espécie Phragmites australis;;

Representação esquemática de um sistema de tratamento de águas residuais baseado em macrófitas aquáticas emergentes:

a) fluxo superficial, ilustra-­se a espécie Scirpus lacustris;;

c) fluxo sub-­superficial vertical (percolação), ilustra-­se a espécie Phragmites australis.

Fitorremediação — AplicaçãoØTratamento de água com aguapéØTratamento de chorume porFitorremediação

ØControle de erosão e disseminaçãode Metais Pesados no solo

Tratamento de água com aguapé:

Todas as macrófitas exercem importante papel na remoção de substâncias dissolvidas, assimilando-­as e incorporando-­as à sua biomassa, porém a espécie Eichhornia

Eichhornia crassipes

crassipes, o aguapé, tem sido a hidrófita mais estudada para o tratamento de água com plantas.

Lagoa de Aguapé

LINS

Tratamento de Chorume por Fitorremediação:

“O chorume é o nome dado ao líquido escuro e turvo proveniente do armazenamento e repouso do lixo”.

O chorume pode conter altas concentrações de sólidossuspensos (1000 a 2500 mg L-­1), metais pesados,compostos orgânicos originados da degradação desubstâncias que facilmente são metabolizadas comocarboidratos, proteínas e gorduras.Através dos métodos convencionais de tratamento, ochorume tem sido descartado apresentando ainda fortecoloração, constituindo graves problemas para osreceptores aquáticos. Para solucionar este problemavem sendo estudada uma forma de tecnologiaalternativa para o tratamento de chorume, a biofiltração.

Biofiltração:Combina o processo físico de filtração, o qual é realizadoatravés de filtro de areia. Seguido de analises físico-­químicos do aterro.

biológicas paraclassificação daágua visandosua reutilização,diversos estudostêm comprovadosua eficiência.

Com o tratamento biológico, que consiste na biodegradaçãoda matéria orgânica contida na água filtrada com autilização do aguapé, seguida de análises químicas e

Beterraba(Beta Vulgaris L.)

A beterraba é uma hortaliça que requeralta concentração de macronutrientes(especialmente P, K e Mg), principalmenteem sua parte aérea;; sua concentração demicronutrientes é ainda maior em sua parteaérea e raiz. Estes dados indicam quedevido a necessidade de nutrientes, aabsorção de chorume será grande.

Rabanete(Raphanus sativus L.)

As concentrações em macro emicronutrientes no rabanete sãoelevadas, tanto na raiz como na parteaérea, sendo considerada uma plantaexigente em nutrientes. Sua extração éalta principalmente em Fe, Mg, Zn e Cu.

Cenoura(Dacus Carota L)

A cenoura exige solos férteis e bemestruturados para sua produção, fazendo damatéria orgânica um fator importante em suacultura. Estudos constataram maior presençade β caroteno em cenouras cultivadasorganicamente.

Alface(Lactuca sativa)

As espécies olerícolas possuemgrande capacidade de extração dosolo e, dentre elas, a alface éconsiderada a principal acumuladorade metais pesados (principalmente Zn,Cu, e Pb). Este acúmulo ocorrebasicamente na parte aérea da planta.

Pode–se, também utilizar o processo de fitorremediação no tratamento de chorume da seguinte forma: realizando a filtração do chorume em areia visando a separação da água sem coloração e utilizar o material retido no filtro como nutrientes para plantio de tubérculos

(beterraba, cenoura e rabanete) e espécies folhosas (alface).

Plantio de leguminosas para tratamento de chorume

Controle de erosão e disseminação de Metais Pesados no solo:

O processo consiste basicamente em retirar a terra contaminada de valasparalelas e de uma camada superficial de toda a área e substituí-­la por solonão-­contaminado para implantar dois tipos de vegetação: arbórea sobre asvalas e herbácea (gramíneas) nos três metros que separam uma da outra. Nasuperfície do solo contaminado entre as valas, é utilizado um "filtro químico" –uma camada de calcário de aproximadamente 2 cm de espessura, que evitaque o metal passe para o solo sem contaminação, preservando, assim, avegetação implantada.

Eucalipto em solo contaminado sem filtro de calcário (esquerda) e com o filtro (direita).

Solo contaminado com metais pesados

Abertura das valas esubstituição da camadasuperficial por solo nãocontaminado

Implantação de vegetação nas valas e entre seus intervalos

Primeiros resultados. Serrapilheira sobre o solo recuperado. Começa a se formar uma camada de matéria orgânica.