metais pesado biorremediaÇao.pdf
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O uso da biorremediação na recuperação de áreas degradas.
Componentes:Bruno DinizFelipe CastroLeonardo MendesPablo MoraesTarcisio Caires
Introdução
Degradação ambiental vsdesenvolvimento
A revolução industrial levou a um enorme aumento da poluição e da produção de resíduos tóxicos
A má gestão dos dejetos gerados pelas atividades humanas tem levado à contaminação de diversos ambientes
IntroduçãoA degradação ambiental ocasionada por rejeitos tóxicos leva a perda da biodiversidade,
Contaminação de águas e solos,
Propagação de doenças.
IntroduçãoA preocupação com a contaminação ambiental e suas conseqüências vem aumentando nas ultimas décadas
O investimento em técnicas de remediação esta estimado entre 25 e 35 bilhões de dólares por ano
Entretanto, é difícil avaliar este mercado em detalhes, pois a maioria dos países ainda não tem condições de identificar e catalogar seus sítios contaminados
IntroduçãoDiversas técnicas de remediaçãosão atualmente utilizadas para recuperação de áreas degradadas tais quais:
Métodos físicos: Pump and treat, incineração, lavagem de solo...Quimícos: extração quimica, oxi-redução...Biológicos: landfarming, biopilhas, biocélulas...
Dentre as técnicas citadas, a biorremediação destaca-se devido a maior eficiência e o baixo custo.
IntroduçãoA Biorremediação, em sentido amplo, pode ser entendida como uma tecnologia que visa a prevenção e minimização de impactos antrópicos negativos e a restauração de habitats naturais contaminados utilizando agentes biológicos
A previsão é de que, nos próximos anos, o mercado mundial da biorremediação atinja mais de US$ 70 bilhões anuais,
IntroduçãoAtualmente a biorremediação não se restringe apenas na utilização de microorganismos, mas também as plantas, enzimas e a interação entre eles.
A biorremediação não é novidade, uma vez que microrganismos e plantas convivem há milhões de anos com compostos orgânicos e metais, coexistindo em ambiente de limitação ou de excesso.
IntroduçãoDo ponto de vista prático, a biorremediaçãoé fundamentada em três aspectos principais:
a) Existência de microrganismos com capacidade catabólica para degradar o contaminante;
b) O contaminante deve estar disponível ou acessível ao ataque microbiano ou enzimático;
c) Condições ambientais adequadas para o crescimento e atividade do agente biorremediador.
Introdução
IntroduçãoPrincipais dificuldades:
- Heterogeneidade do rejeito
- Alta concentração do contaminante
- Condições adequadas para o crescimento microbiano.
http://www.enzilimp.com.br/bancoimg/070215030853peixes8.jpg
IntroduçãoTipos de biorremediação:
Passiva degradação intrínseca ou natural pelos microrganismos autóctones
Bioestimuladora adição de nutrientes, como N e P, para estimular os microrganismos autóctones.
Bioventilação bioestimulaçãopor meio da adição de gases estimulantes, como O2 e CH4, para aumentar a atividade microbiana decompositora.
http://www.arquipelago.com.br/imagens/estudos_remediacao3.jpg
IntroduçãoBioaumentação é a inoculação do local contaminado com microrganismos selecionados para degradação do contaminante.- Culturas puras ou consórcio microbiano, transgênicosou não. - Herbicidas, hidrocarbonetos clorados e carbonatos.- Poucas evidências definitivas de sucesso, exceto para Agrobacterium radiobacter e Phanerochaetechrysosporum.
IntroduçãoCompostagem é o uso de microrganismos termofílicosaeróbios em pilhas construídas para degradar o contaminante. A elevação da temperatura na massa contaminada é ideal para tratamento de rejeitos e lodos diversos, incluindo contaminantes explosivos.
É um processo barato e fácil de ser monitorado.
http://www.loja.jardicentro.pt/images/jardicentro_caixa_compostagem_jck186236.jpg
Introdução
Landfarming aplicação e incorporação de contaminantes ou rejeitos contaminados na superfície de solo não contaminado para degradação.
Contaminante em forma sólida ou líquida; misturado por aração;
Muito utilizada no Brasil.
Introdução
Fitorremediação uso de plantas para descontaminaçãosuperficial do solo.Expansão da população de microrganismos.Secreção de substâncias.Aumento considerável na degradação de contaminantes.
COMPOSTOS ORGANOCLORADOS
http://www.tc.umn.edu/~allch001/1815/pestcide/sim/ddt-long-isl-1945.jpg
Características geraisCompostos orgânicos que contêm cloro em sua composição
Apresentem grande toxicidade
Grande persistência no meio ambiente / longo período para biodegradação
Lipossolúveis
HistóricoMuito usados como pesticidas e fungicidas ao longo do século XX: DDT, Hexaclorobenzeno (HCB), toxafeno
Resíduos industriais (metalurgia, pneus e outras) : bifenilaspolicloradas, dioxinas e furanos, além do hexaclorobenzeno
Produção global excede 100000 toneladas, tendo sido a maior parte produzida na década de 70
http://wiseeats.wordpress.com/2009/04/17/breaking-news-genetically-engineered-crops-fail-to-yield/
Efeitos adversos comprovados em diversas espécies
Grande persistência + lipossolubilidade = bioacumulação
Impactos causados
Concentração da substância no nível trófico
http://4.bp.blogspot.com/_y3_jji6uWps/SGqb_XTSSwI/AAAAAAAAADY/wIV1VGaJ7cw/s320/CADEIA%2BALIMENTAR.jpg
Alguns efeitos negativos já observados dos organoclorados:
Redução na rigidez da casca de ovos de águias, falcões e açores em todo o mundo.
Fracasso na reprodução da truta-do-mar em Laguna Madre (Texas) e da águia-marinha no Báltico.
Grande incidência de câncer gastrointestinal em populações consumidoras de águas altamente contaminadas na Índia.
Lençóis freáticos contaminados por organoclorados são observados hoje, em decorrência de uma fábrica de inseticidas desativada na década de 50, em Duque de Caxias, RJ.
Em regiões industriais de SP, como Cubatão há grandes áreas de solos e água contaminados por organoclorados.
http://www.scienceclarified.com/images/uesc_04_img0177.jpg
Vários países já proibiram a produção e o uso de uma série de organoclorados, como o DDT e HCB, por exemplo
PROBLEMA: a contaminação por organoclorados é persistente!!
Objetivo atual: banir o uso de organoclorados e a contaminação gerada por eles em escala global.
Biorremediação de Organoclorados
Alguns fungos basidimicetos: degradam a ligninina de madeiras
Têm as enzimas lignina peroxidase (Lip), lacases (LAC) e peroxidases dependentes do manganês (MnP)
Inespecificidade do complexo enzimático que secretam
Também capazes de degradar diversos tipos de compostos organoclorados (ex: DDT, HCB), gerando CO2, H2O e outros produtos não tóxicos.
Adição de O2, nutrientes e umidade ao solo a ser recuperado favorecem a atividade dos fungos em questão.
Essa mineralização de organoclorados já foi obtida em pequena escala (30 a 100 g de solo) em laboratório.
Em escalas maiores encontram-se dificuldades para obter o mesmo êxito.
Biorreatores: permitem o controle das condições de atividade dos microorganismos (Temperatura, aeração, umidade, nutrientes, etc).
Evitam a permanência do poluente no local contaminado por mais tempo.
Mais estudos e ajustes nesses biorreatores provavelmente permitirão no futuro uma biorremediação em grande escala com a mesma eficiência.
ÁREAS CONTAMINADAS POR METAIS PESADOS
Tanque de rejeitos da Companhia Mercantil e Industrial Ingá na Baía de Sepetiba, Itagu
O QUE SÃO METAIS PESADOS?Metais pesados são metais altamente reativos e bioacumuláveis;
Quimicamente, são definidos como um grupo de elementos situadosentre o cobre e o chumbo na tabela periódica tendo pesos atômicos ente 63,546 e 200,590 e densidade superior a 4,0 g/cm3;
Os seres vivos necessitam de pequenas quantidades de alguns desses metais (cobalto, cobre, manganês, molibdênio, vanádio,estrôncio e zinco) para a realização de funções vitais no organismo. Porém níveis excessivos desses elementos podem ser extremamente tóxicos;
Outros metais pesados como o mercúrio, chumbo e cádmio não possuem nenhuma função dentro dos organismos e a sua acumulação pode provocar graves doenças, sobretudo nos mamíferos.
http://www.vivaterra.org.br/vivaterra_metais_pesados.htm
Acredita-se que os metais pesados sejam os agentes tóxicos mais conhecidos pelo homem;
Há aproximadamente 2.000 anos a.C., grandes quantidades de chumbo eram obtidas de minérios, como subproduto da fusão da prata e isso provavelmente tenha sido o início da utilização desse metal pelo homem;
O elevado desenvolvimento industrial ocorrido nas últimas décadas, tem sido um dos principais responsáveis pela contaminação de nossas águas e solos, seja pela negligência no seu tratamento antes de despejá-las nos rios ou por acidentes e descuidos cada vez mais freqüentes.
Disposição de resíduos industriais em área de mangue aterrado.
http://www.portogente.com.br/texto.php?cod=3712
Metais De onde vêm Efeitos
AlumínioProdução de artefatos de alumínio; serralheria;
soldagem de medicamentos (antiácidos) e tratamento convencional de água.
Anemia por deficiência de ferro; intoxicação crônica
Arsênio Metalurgia; manufatura de vidros e fundição. Câncer (seios paranasais)
Cádmio Soldas; tabaco; baterias e pilhas. Câncer de pulmões e próstata; lesão nos rins
ChumboFabricação e reciclagem de baterias de autos;
indústria de tintas; pintura em cerâmica; soldagem.
Saturnismo (cólicas abdominais, tremores, fraqueza muscular, lesão
renal e cerebral)
Cobalto Preparo de ferramentas de corte e furadoras. Fibrose pulmonar (endurecimento do pulmão) que pode levar à morte
Cromo Indústrias de corantes, esmaltes, tintas, ligas com aço e níquel; cromagem de metais. Asma (bronquite); câncer
Fósforo amarelo
Veneno para baratas; rodenticidas (tipo de inseticida usado na lavoura) e fogos de artifício.
Náuseas; gastrite; odor de alho; fezes e vômitos fosforescentes; dor
muscular; torpor; choque; coma e atémorte
Mercúrio Moldes industriais; certas indústrias de cloro-soda; garimpo de ouro; lâmpadas fluorescentes.
Intoxicação do sistema nervoso central
Níquel Baterias; aramados; fundição e niquelagem de metais; refinarias.
Câncer de pulmão e seios paranasais
Fumos metálicos
Vapores (de cobre, cádmio, ferro, manganês, níquel e zinco) da soldagem industrial ou da
galvanização de metais.
Febre dos fumos metálicos (febre, tosse, cansaço e dores musculares) -
parecido com pneumonia
http://www.vivaterra.org.br/vivaterra_metais_pesados.htm
ALGUNS CASOS DE CONTAMINAÇÃO..
Companhia Mercantil e Industrial Ingá:
Indústria de zinco, situada a 85 km do Rio de Janeiro, na ilha da Madeira, falida e desativada há mais 15 anos, transformou-se na maior área de contaminação de lixo tóxico no Brasil;
Os diques construídos para conter a água contaminada não têm recebido manutenção há mais 5 anos, e dessa forma os terrenos próximos foram inundados, contaminando tudo ao seu redor;
Metais pesados como zinco, cádmio, mercúrio e chumbo continuam poluindo o solo, a água e atingem o mangue, afetando a vida da população;
Atualmente a área foi arrematada pela Usiminas e passa por processo de descontaminação e a empresa pretende instalar ali um terminal portuário de minério.
http://www.vivaterra.org.br/vivaterra_metais_pesados.htm
ANTES...
http://www.ecodebate.com.br/tag/areas-contaminadas/
DEPOIS!
Indústria de Acumuladores Ajax: Uma das maiores fábricas de baterias automotivas do país,
localizada em Bauru-SP no km 112 da Rodovia Bauru-Jaú, contaminou com chumbo expelido pelas suas chaminés 113 crianças, sendo encontrados índices superiores a 10 miligramas/decilitro de sangue (Em crianças, um aumento de 6,2 para 18,6 μg.dL–1 de chumbo no sangue corresponde a uma diminuição na audição de 2 dB em todas as frequências);
Foram constatados ainda a contaminação de animais, leite, ovos e outros produtos agrícolas, resultando em um enorme prejuízo para os proprietários.
Arquivo SMA/Cetesb
Corporação Chisso:
Companhia química japonesa particularmente conhecida como uma fornecedora de cristal líquido, usado para monitores LCD, e por seu envolvimento no Desastre de Minamata.
Mal de Minamata, doença cerebral causada pela ingestão de mercúrio, o caso mais famoso de contaminação por metais pesados.
Baía de Minamata -Japão
www.cetem.gov.br/.../img/imagem_minamata01a.gif
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm4.static.flickr.com/3004/3048220666_ca1f37738a.jpg&imgrefurl=http://lostinjapan.info/2008/11/21/desastre-en-minamata
Via de contaminação das pessoas pelo mercúrio em Minamata
Vítimas de Minamata pelo consumo de peixe contaminadohttp://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm4.static.flickr.com/3004/3048220666_ca1f37738a.jpg&imgrefurl=http://lostinjapan.info/2008/11/21/desastre-en-minamata
Monumento em homenagem às vítimas de Minamata.
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm4.static.flickr.com/3004/3048220666_ca1f37738a.jpg&imgrefurl=http://lostinjapan.info/2008/11/21/desastre-en-minamata
Em Cubatão, baixada Santista, Estado de São Paulo, houve há cerca de dez anos, denúncias de um alto índice de anencefalia (ausência de cérebro) em recém-nascidos e este problema estaria relacionado com a emissão industrial de metais pesados, notadamente o chumbo.
As pesquisas na época não chegaram a ser conclusivas, mas a suspeita permanece até hoje, tanto que se teme que fenômeno semelhante volte a ocorrer em outros pólos industriais, como em Araucária, no Estado do Paraná.
http://letrasdespidas.files.wordpress.com/2009/02/cubatao.jpg
OS MICROORGANISMOS E SEU PAPEL NA RECUPERAÇÃO DE ÁREAS CONTAMINADAS POR METAIS PESADOS
Metais não são biodegradáveis, podendo somente serem transformados de um estado químico para outro (de um mais tóxico para um menos tóxico);
Os microorganismos são capazes de realizar essa transformação por apresentarem uma alta relação entre superfície/volume, a qual permite uma grande área de contato para interações com os metais no ambiente;
Muitas microalgas, fungos e bactérias possuem essa habilidade;
A capacidade de remoção e os mecanismos de acumulação variam amplamente de acordo com a espécie, com a linhagem e com fatores ambientais (pH, temperatura e nutrientes);
Tolerância X Resistência (Gadd, 1992).
Acumulação por ligação na parede celular ou materiais extracelulares
Quelação por componentes da membrana (pigmentos, polímeros, quitina)
Complexação com compostos orgânicos produzidos pela célula
Captação ativa para utilização no metabolismo como nutrientes essenciais
Precipitação e Troca iônica
Remineralização
Produção de sulfeto de hidrogênio por bactérias que precipitam sulfetos metálicos em solução
Redução da quantidade de oxigênio livre no ambiente, limitando a biooxidação de metais
Cupriavidus matallidurans CH34 – UMA SUPER BACTÉRIA
Bactéria considerada como a mais resistente a metais pesados encontrada na natureza;
Porém, a cepa selvagem não tem a capacidade de conter o metal por muito tempo;
Engenharia genética (ICB-USP): criação da Cupriavidus metallidurans CH34;
Inserção de um gene que codifica uma proteína com alta afinidade por metais pesados
Cupriavidus metallidurans
Metais pesados
Em testes laboratoriais, essa bactéria obteve bons resultados com chumbo, zinco, cobre, cádmio, níquel, manganês e cobalto;
Nem a proteína nem os metais acumulados atrapalharam o desenvolvimento da bactéria;
É um forte candidato para ser utilizada para tratamento de efluentes industriais;
O próximo passo será a sua utilização em um biorreator com efluentes reais fornecidos pela Vale.
Histórico do uso dopetróleo
Usado a + de 3000 anosConstrução de palácios e reparo de barcosEgito – Preparo de múmias, cura de doenças e iluminação
Demanda e produção depetróleo
Dados em milhões de barris/dia159 litros/barril
Demanda mundial em 2008: 85,53Produção mundial em 2008: 85,38
EUA: 10% da produção mundial e 23% do consumoEUA vs Brasil
550 bi/ano : 25 bi/ano
http://www.eia.doe.gov/emeu/ipsr/source2.html
Significaque...
Exxon-Valdez: 1,26 milhões de barris14,25 navios/dia
EUA: 2639,2 milhões de toneladas de dióxido de C/ano
Elementos e Processos do Sistema Petrolífero, Magoon & Dow, 1994, J.A.M.G., 1996
Extração dopetróleo
http://www.hsw.uol.com.br/
Transporte do petróleo
Reservatórios oceânicos e continentais
Oleodutos
Caminhões e navios de transporte
Refino dopetróleo
Contaminação crônica
Descarga de hidrocarbonetos
Pequenos derrames
Desastres naturais envolvendopetróleo
Navio Prestige (2002) – 10 a 20 mil toneladas de óleo913 a 1121 km de costa atingida10 a 15 mil pássaros afetados
Desastres naturais envolvendopetróleo
Exxon-Valdez (1989) Alasca37 mil toneladas1 bilhão de multa
15 anos depois ainda há contaminação
Desastres naturais envolvendopetróleo
Desastres naturais envolvendopetróleo - Brasil
Vergina II – 86 m3 de petróleo - TEBAR
16 praias de duas cidadesR$ 4,6 milhões à PETROBRÁS
Pessoal; compra de materiais; limpeza da água, areia e costões rochosos; manutenção; indenizações.
R$ 4,9 milhões à comunidade (Campos Jr.)Valor calculado do prejuízo para Ilhabela
Desastres naturais envolvendopetróleo - Brasil
TEBARMaior terminal de recebimento de petróleo do Brasil
26 anos de funcionamento – 236 derrames
Desastres naturais envolvendopetróleo - Brasil
Baía de Guanabara – 9,5t/dia de óleo2 refinarias, 2 portos comerciais, 15 terminais de petróleo, 40 estaleiros, outras indústrias e 2 mil postos de serviço
“Um ambiente desóxico-anóxicoextremamente contaminado por petróleo e seus derivados”
MapaSAOMapa de sensibilidade ambiental para derramamento de óleo
Mapa de geomorfologia da área com os índices de sensibilidade do mês de Junho/2000 (ISL2 - ♦ , 3 - ♦ e 10 - ♦ )
Programas de prevenção/recuperação
PEGASOSegurança, meio ambiente e saúde9 centros de defesa ambiental – aprimoramento dos sistemas de redução de resíduos e emissão de poluentes na atmosfera
RECUPETROCoordenação no núcleo de estudos ambientais da UFBABIOPETRO
Áreas Contaminadas
Áreas contaminadas na Alemanha: 362.689Áreas contaminadas em SP: 255 - 2002
727 - 20031336 - 2004
Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos
Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetosCondições:
Umidade abaixo de 30%Areia facilita, silte/argila dificultamDepende de O2
Temperaturas mais altas (40ºC)C:N:P – 100:5:1pH 5,5 a 8,5
Pseudomonas, Penicilum, Proteus, Bacillus
Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos
Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos
Biorremediação, em terra, dehidrocarbonetos
Refinaria da PETROBRAS em Curitiba0,5 a 1 m3 de solo/ano ao custo de R$9,00 a R$12,60 /mês (landfarming)
Terraferm®
Otimização dos parâmetros que influenciam diretamente a atividade microbiana necessária para a biodegradação
Taxa de degradação entre 70,2% a 88,6% em 14 dias
AlternativasÓleo de palmeiras
Óleo de Palmeiras2 milhões de hectares satisfazem as necessidades de petróleo do mundoGoverno brasileiro cogita considerar palmeiras de óleo como florestas
600 milhões de t de CO2 – pântanos 1,4 bilhões de t de CO2 – incêndio intencional2 bilhões de t de CO2 – 8% da emissão global
AlternativasEtanol
85% de etanol de milho e 10% de gasolina sem chumbo = redução em 35 a 46% de CO2
Não produz benzeno e enxofre, pouco monóxido e dióxido de carbonoA economia americana cresceu 51% entre 1990 e 2004, porém as emissões de carbono aumentaram 19%
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