Fitorremediação em solo

contaminados

Seminário:

Clovis Germano Ingrid GabrielaRafael S Ferraz

Prof. Mes. Olga Passarin

São Paulo, 03 de Agosto de 2013

Segundo o Manual de gerenciamento e Áreas contaminadas da CETESB (2001).

Área contaminada: (AC) Área onde há comprovadamente poluição causada por quaisquer substâncias ou resíduos que nela tenham sido depositados, acumulados, armazenados, enterrados ou infiltrados, e que determina impactos negativos sobre osbens a proteger.

Contaminação: Introdução no meio ambiente de organismos patogênicos, substâncias tóxicas ou outros elementos, em concentrações que possam afetar a saúde humana. É um caso particular de poluição.

Contaminação por metais pesados: O termo metal pesado é aplicado a um grupo heterogêneo de elementos, incluindo metais, ametais e semi-metais.Os metais presentes no solo podem ser classificados como de origem litogênicos e antropogênicos (CAMARGO et al., 2001).

Genericamente, atribui-se a denominação de metal pesado a todo e qualquer elemento tóxico às plantas e animais, incorrendo-se no erro de considerar como metal o As (semi-metal), o F e o Se (ametais), e o Al (metal leve).

Uma importante característica biológica é que todos esses metais têm potencial para tornarem-se tóxicos quando alcançam valores acima das concentrações limites.

Alguns metais pesados são absorvidos na nutrição vegetal em pequenas quantidades, são chamados de micronutrientes (Cu, Fe, Mn, Zn), outros são benéficos ao crescimento das plantas (Co e Ni) e outros não são essenciais ou não apresentam função biológica, e também causam toxidade em concentrações que excedem a tolerância das plantas, e não causam deficiência em baixas concentrações, como os micronutrientes (As, Cd, Cr, Pb, Hg, Pu, Sb, Ti e U) (ALLOWAY & AYERS, 1996).

A fitorremediação se refere ao uso de plantas na descontaminação de solos poluídos, principalmente com metais pesados e poluentes orgânicos, reduzindo seus teores a níveis seguros à saúde humana, além de contribuir na melhoria das características físicas, químicas e biológicas destas áreas.

A fitorremediação pode ser definida como, o uso de vegetação in situ para o tratamento de solos contaminados

já há um reconhecimento comprovado de que processos de atenuação natural, como a biorremediação e fitorremediação, podem contribuir de forma significativa no controle das plumas de contaminação no solo e águas subterrâneas, além de serem economicamente mais viáveis que as outras tecnologias empregadas

Estimulação da biorremediação dos metais por fungos, bactérias ou outros microrganismos, na rizosfera

CO2 + H2OCO2 + H2OO2O2 Respiração

das raízes

Adsorção ou acumulação dos metais pesados através do sistema radicular

H2O + nutrientes

O2, enzimas, ácido acético,

outros

Mobilização dos metaisou

Imobilização dos metais

Volatilização de alguns metais, p.ex. Hg e Se

Respiração nocturna

CO2 + H2OO2

H2O

Transpiração

O2CO2

Fotossíntese

Deposição atmosférica de metais,

p. ex. Pb, Cd

Xilema

H2O + nutrientes

Floema

Fotossintetizados + O2

Um dos fatores considerados limitantes na fitorremediação de metais pesados é a concentração do contaminante no solo e na água presente no solo, isso porque níveis muito elevados podem causar fitotoxidez à planta, ocasionando muitas vezes sua morte.

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MECANISMOS DIRETOS : Na remediação direta, os compostos são absorvidos e acumulados ou metabolizados nos tecidos, através da mineralização. FITOEXTRAÇÃO

Capacidade da planta em absorver o contaminante do solo, armazená-lo em suas raízes, folhas e caules, facilitando posteriormente seu descarte. A fitoextração ocorre principalmente através de plantas hipermaculadoras Estima-se que a fitoextração possa reduzir a concentração de contaminantes a níveis aceitáveis num período de 3 a 20 anos. FITOTRANSFORMAÇÃO

A planta absorve o contaminante da água e do solo fazendo a sua bioconversão, no seu interior ou em sua superfície, para formas menos tóxicas. É empregado, principalmente, na remediação de compostos orgânicos. FITOVOLATILIZAÇÃO

caracteriza-se pela absorção do metal pesado e sua posterior liberação para a atmosfera em formas menos tóxicas A volatilização pode ocorrer pela biodegradação na rizosfera, a liberação do contaminante para a atmosfera pode ocorrer na forma original ou transformada. A fitovolatilização, sendo um dos mecanismos mais utilizados na remediação do mercúrio, arsênio e sêlenio.

MECANISMOS INDIRETOS : Na forma indireta, os vegetais extraem contaminantes das águas subterrâneas,reduzindo assim a fonte de contaminação ou quando a presença de plantas propicia meio favorável ao aumento da atividade microbiana, que degrada o contaminante.

FITOESTIMULAÇÃO / RIZODEGRADAÇÃO

A planta estimula a biodegradação microbiana dos contaminantes presentes no solo ou na água, através de exsudados radiculares, fornecimento de tecidos vegetais como fonte de energia, sombreamento e aumento da umidade do solo, favorecendo as condições ambientais para o desenvolvimento dosmicroorganismos. FITOESTABILIZAÇÃO/ FITOADSORÇÃO

A capacidade que algumas plantas possuem em reduzir a mobilidade e a migração dos contaminantes presentes no solo, seja através da imobilização, lignificação ou humidificação dos poluentes nos seus tecidos vegetais. Oscontaminantes permanecem no local. A vegetação e o solo podem necessitar de um longo tempo de manutenção para impedir a liberação dos contaminantes e uma futura lixiviação dos mesmos ao longo do perfil do solo.

A fitoestabilização ocorre quando a presença de plantas evita a erosão superficial e lixiviação do poluente, sendo mais eficaz em solos contaminados com Al, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb e Zn.

O contaminante deve ser removido do solo:

Colheita do material vegetal (métodos de agricultura tradicionais ) ;

É necessário colher as plantas antes da queda das folhas ou antes da sua morte e decomposição, de modo a que os contaminantes não se dispersem ou retornem ao solo;

Depois da colheita, a biomassa deverá ser processada para extracção e recolha da maior parte dos metais;

Se forem solos com Ni, Zn, Cu ou Co, o valor do metal extraído pode incentivar a remediação;

Os volume ou o peso da biomassa podem ser reduzidos por meio de processos térmicos, físicos, químicos ou microbiano;

A queima das plantas, produz energia o que representa uma valorização economica do processo;

Em alguns casos, a remoção é realizada espontaneamente, por volatilização dos metais absorvidos pela vegetação. É o caso, por exemplo, do metalóide selénio, que se volatiliza em alguns sistemas vegetativos;

O arroz, os bróculos, as couves, e algumas outras plantas, são capazes de volatilizar o selénio;

Foi também já desenvolvido um método para a volatilização do mercúrio, que envolve a introdução do gene bacteriano, reductase do íon mercúrico, que reduz o catíon ao metal (Hg - ), que é volátil à temperatura ambiente, nas plantas;

Os tecidos vegetais podem ser incinerados, depositados em aterro ou utilizado para a produção de fibras e móveis;

As cinzas podem ser tratadas como um minério, do qual pode ainda ser extraída a contaminação metálica (especialmente, se as cinzas estiverem enriquecidas em apenas um ou dois metais).

Aplicação de técnicas electroquímicase/ou adição de agentes correctores ao solo(ácidos, agentes quelantes, agentes redutores, substâncias tensioactivas)

Aumento da disponibilidade dos metais

Acumulação pelas raízes

Metabolizaçãotranslocaçãopara outras

zonas da planta

Fitovolatilização Colheita

Aplicação de técnicas electroquímicase/ou adição de agentes correctores ao solo(ácidos, agentes quelantes, agentes redutores, substâncias tensioactivas)

Aumento da disponibilidade dos metais

Acumulação pelas raízes

Metabolizaçãotranslocaçãopara outras

zonas da planta

Fitovolatilização Colheita

Processamento:processos térmicos, físicos, químicos ou microbianos

Processamento:processos térmicos, físicos, químicos ou microbianos

DeposiçãoDeposição

Resíduo

ValorizaçãoValorização

Outrosex: aditivo em rações ou em solos, como suplemento proteico e/ou mineral

Extracção dos metaisFibra

Produção de pasta para papelMateriais de construção

Fermentação a metanol ou etanol

Combustão,Gasificação,Pirólise

Produção de energia

Sub-produtos valorizáveis:Óleos, açúcares, ácidos gordos, proteínas,vitaminas,substâncias tensioactivas,substâncias farmacológicas

Plantas hiperacumuladoras as quais se caracterizam pelo acúmulo de metais pesados em níveis até 100 vezes superiores àqueles comumente encontrados em outras plantas.

A maioria das espécies hiperacumuladoras são provenientes dos trópicos, e pertencem sobretudo à família das Euforbiáceas. Nos climas temperados o maior número de espécies pertence à família das Brassicáceas. Espécies do género Thlaspi, são capazes de acumular zinco, cádmio ou chumbo, espécies do género Alyssum, acumulam elevadas quantidades de níquel e algumas cultivares de Brassica juncea podem acumular e tolerar Pb, Cd, Cr, Ni, Zn, Se e Cu.

a) b)

a) Thlaspi caerulescens. b) Brassica juncea.

A maioria das plantas com características hiperacumuladoras de metais, encontram-se nos trópicos e sub-trópicos e nas zonas montanhosas como os Alpes e as Montanhas Rochosas, áreas que sobreviveram à Era Glaciar.

E nas zonas montanhosas como os Alpes e as Montanhas Rochosas,

Até o ano de 2000, eram conhecidas 400 espécies de plantas acumuladoras pertencentes a 45 famílias diferentes, destacando-se as famílias Brassicacea (B. juncea - mostarda-da-índia, B. napus - canola), Asteracae (Heliantus annuus - girassol), Euphorbiaceae e Leguminosaea (Medicago sativa - alfafa) (BOSZSZOWSKI, 2003).

As plantas hiperacumuladoras são relativamente raras, existindo geralmente em áreas geograficamente remotas ou distribuindo-se em zonas ameaçadas pela devastação.

O potencial de exploração, como meio de descontaminação dos solos, é claramente limitado pela baixa produção que apresentam. Por exemplo, da hiperacumuladora de Pb Thlaspi rotundifolium só se consegue obter 5 a 50 mg de tecido seco, por planta, após cinco meses de crescimento.

Por outro lado, as plantas com elevadas produtividades acumulam geralmente pequenas quantidades de metais pesados, e se estes estiverem disponíveis em concentrações moderadas.

VantagensBaixo custo: O investimento em capital e o custo de operação são baixos, é usa

como fonte de energia a luz solar ( Fotossíntese);

Aplicável in situ sendo que o solo pode ser posteriormente reutilizado;

Aplica-se a grande variedade de poluentes, podendo remediar vários contaminantes simultaneamente, incluindo metais, pesticidas e hidrocarbonetos;

Paisagem e aceitação: Esteticamente bem aceita pela sociedade, limitando as perturbações ao meio ambiente se comparado a outras tecnologias, pois evita tráfego pesado e escavações;

Plantas podem ser mais facilmente monitoradas do que, por exemplo, microorganismos;

Reduz impactos: melhoria da qualidade do solo, no que diz respeito as suas características físicas e químicas, já que aumentam a porosidade, a infiltração de água, fornecem e reciclam nutrientes, além da prevenção da erosão;

Útil em locais onde a quantidade de solo a descontaminar é muito elevado;

Possibilidade de reciclagem dos metais;

Útil na remediação de solos contaminados com misturas heterogéneas (orgânicos e metais);

A colheita das plantas que acumularam os metais pesados é fácil de realizar com a tecnologia existente;

Desvantagens Os metais não são remediados, se não estiverem ao alcance das raízes.

Tratamento adequado a solos cuja contaminação está localizada à superfície (< 5m);

Tratamento mais lento do que pelas técnicas físico-químicas tradicionais (dura pelo menos o tempo de crescimento da planta);

Se as plantas libertarem compostos que permitam o aumento da mobilidade dos metais, estes em vez de serem depois assimilados pelas plantas podem ser “lavados” para as águas subterrâneas;

As plantas são, em geral, selectivas no metal a remediar, embora possam ocasionalmente remediar mais do que um metal;

Pode haver propagação da contaminação na cadeia alimentar se as plantas acumuladoras forem ingeridas por animais;

Os contaminantes podem encontrar-se em concentrações muito tóxicas a ponto de não permitir o desenvolvimento das plantas;

O crescimento e o desenvolvimento de algumas plantas são dependentes da estação, do clima e do solo, envolvendo adequado fornecimento de nutrientes e água;

Há a necessidade de a planta apresentar uma boa biomassa vegetal, quando ocorre a fitoextração de poluentes não metabolizáveis, seguida de uma disposição apropriada após sua remoção;

Não reduz 100% da concentração do poluente;

Podem ser produzidos metabólitos mais tóxicos do que os compostos originais,sendo que na fitovolatilização estes contaminantes podem ser liberados para a atmosfera;

Conhece-se pouco sobre o cultivo, a genética, a reprodução e as doenças das plantas fitorremediadoras.

Analise de Projeto

Esquema da implantação em campo da proposta do GETRES/COPPE/UFRJ

das multi-tecnologias para descontaminação do site contaminado.

Desenho: TAVARES (2009)

Uma indústria sediada no estado do Rio de Janeiro estocou indevidamente em duas áreas adjacentes a seu parque fabril, durante alguns anos, resíduos sólidos, semissólidos e líquidos em tambores metálicos de 200 (duzentos) litros peletizados, contendo resíduos denominados químicos, e que com o passar do tempo estes recipientes foram se deteriorando pela ação das intempéries, causando o derramamento de seu conteúdo no solo. Estes resíduos derramados no solo também sofreram ações de intempéries aumentando o potencial de lixiviação dos mesmos e consequentemente aumentou a pluma de contaminação do subsolo por estes resíduos. Após analises avaliação foi confirmada a poluição do solo e do aquífero.

Diante deste fato, esta empresa foi autuada pelo órgão ambiental do estado e foi obrigada a incorporar alguns instrumentos de gestão de Gerenciamento de Áreas Contaminadas

Conclusão A fitorremediação pode ser utilizada na remoção de contaminantes contidos no solo,

na água e no ar.

Dependendo do tipo de contaminante, a planta pode utilizar diferentes mecanismos para sua remoção, seja

através da fitoextração, fitotransformação, fitovolatilização, fitoestabilização e fitoestimulação ou rizodegração.

No Brasil, o uso desta tecnologia ainda é pouco conhecida, apesar de apresentar condições climáticas e ambientais favoráveis ao desenvolvimento deste processo;

Uma das suas maiores vantagens é o seu baixo custo, porém o tempo que leva para que se observem os resultados pode ser considerada como uma desvantagem, dependendo das perspectivas envolvidas na remediação.

Ainda são necessários estudos para desenvolvimentos de plantas, e melhoramento genético das espécies, assim como aprofundar o conhecimento sobre as espécies já conhecidas.

Referências

TAVARES; Sílvio Roberto de Lucena. Fitorremediação Em Solo E Água De Áreas Contaminadas Por Metais Pesados Provenientes Da Disposição De Resíduos Perigosos, Programa de Pós-graduação em EngenhariaCivil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro Outubro de 2009.

Cruvinel; Daniela Ferreira Cardoso. Avaliação Da Fitorremediação Em Solos Submetidos À Contaminação Com Metais, Centro de ciências exatas, naturais e tecnologias Programa de pós-graduação em tecnologia ambiental Universidade de ribeirão preto; Ribeirão Preto – SP 2009.

CETESB - Gerenciamento de Áreas Contaminadas Aspectos Técnicos e Legais. São Paulo 2001.

MOURATO, Miguel Pedro & MARTINS, Maria Luísa Louro; Plantas em meios contaminados por metais pesados, ISA, LIsboa 22 de Abril de 2008.

Fitorremediação de solos contaminados com metais pesados - https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CDMQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.institutovirtual.pt%2Fedu-agribiotec%2Fdoc%2Ffitorremedia%25E7%25E3o.doc&ei=SkT8UaOTNY_s9AS2x4GQAg&usg=AFQjCNHvnqvFGi_xbd07HyxXbdCuh85LJw&bvm=bv.50165853,d.eWU