Biodegradação do Petróleo

Apresentação em tema: "Biodegradação do Petróleo"— Transcrição da apresentação:

1 Biodegradação do Petróleo
Faculdade de Viçosa - FDV Engenharia Ambiental Biodegradação do Petróleo DEA 230 – Microbiologia e Bioquímica Aplicadas Professora: Narah Vitarelli

2 O que é Petróleo? Petróleo (do latim petroleum: petrus = pedra e oleum = óleo combinação complexa de hidrocarbonetos (carbono + hidrogênio), composta na sua maioria de hidrocarbonetos alifáticos, alicíclicos e aromáticos, podendo conter também quantidades pequenas de nitrogênio, oxigênio, compostos de enxofre e íons metálicos É a principal fonte de energia utilizada pelo homem, porém não é renovável derivados do petróleo: querosene, óleos combustíveis, óleos lubrificantes, óleo diesel, combustível para avião, parafina, ...

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4 Sedimentos do carbonífero
Petróleo - origem Sedimentos do carbonífero

5 Petróleo e Meio Ambiente
Um dos maiores desastres ecológicos mundiais Contaminação das águas Fauna marinha ameaçada Difícil degradação!!!

6 Desastre de 2010: plataforma Deepwater Horizon (Golfo do México)
20 de abril: explosão da plataforma 25 de abril: imagem de satélite do derramamento de petróleo

7 Consequências do derramamento de petróleo:

8 Tentando amenizar o problema ...

9 Tentando amenizar o problema ...

10 Biodegradação do Petróleo
A solução (se é que assim podemos dizer) mais eficiente é ... Biodegradação do Petróleo

11 Biodegradação do Petróleo
Capacidade de certos microrganismos de utilizar hidrocarbonetos como fonte de energia (fonte de carbono) Na déc. 60 ocorreram 3 incidentes ambientais com petróleo (naufrágio do tanque Torrey Canyon; Santa Bárbara e Flórida) -> colocaram a poluição ambiental por vazamento de petróleo no foco do mundo o petróleo pode ser eliminado do meio por evaporação, queima ou biodegradação, porém outros compostos são recalcitrantes. a biodegradação completa do petróleo consiste na quebra dos hidrocarbonetos tendo como produtos finais CO2 + H2O.

12 BTEX: Benzeno, Tolueno, Etilbenzenos e Xilenos
N-alcanos Metano BTEX: Benzeno, Tolueno, Etilbenzenos e Xilenos Hidrocarbonetos do petróleo HPAs: Hidrocarbonetos Policíclicos, Aromáticos A maioria das moléculas é composta por C e H, podendo ocorrer S e N

13 Quais são os microrganismos capazes de degradar o petróleo?

14 Há uma grande diversidade de microrganismos capazes de utilizar hidrocarbonetos como fonte de energia (fonte de carbono) A maioria são mesofílicos. Porém alguns foram encontrados em ambientes extremos (Ártico e Antártico), poucos em ecossistemas com altas temperaturas (temperatura máxima de biodegradação 60°C, ex: deserto do Kuwait) quem são: Maioria bactérias, porém fungos, cianobactérias, algas e protozoários também são degradadores de hidrocarbonetos do petróleo a degradação de hidrocarbonetos -> CO2 envolve reação de oxidação, portanto: ↑ microrganismos aeróbios (há lenta degradação anaeróbia)

15 Atenção: os produtos parcialmente oxidados podem ser mais tóxicos do que os hidrocarbonetos -> pode ocorrer aumento temporário da toxicidade no processo de biodegradação

16 Cicloalcanos (naftenos) Biodegradação da fração saturada
N-alcanos alcanos ramificados Cicloalcanos (naftenos) Biodegradação da fração saturada n-alcanos são os mais facilmente degradados (foi demonstrada biodegradação até n-C44) degradação: ataque terminal -> ác. Carboxílico -> β-oxidação -> ác. graxos -> CO2 ác. graxos tóxicos podem se acumular

17 os cicloalcanos são particularmente resistentes à biodegradação
presença de grupo metil aumentam a resistência dos hidrocarbonetos ao ataque microbiano os cicloalcanos são particularmente resistentes à biodegradação compostos alicíclicos são mais persistentes na natureza Estruturas com no máximo 6 anéis condensados podem ser degradadas

18 HPAs: Hidrocarbonetos Policíclicos, Aromáticos
1 a 3 anéis são degradados facilmente, há microrganismos capazes de degradar até 5 anéis Biodegradação da fração aromática cianobactérias são capazes de oxidar o naftaleno em presença de luz apenas importante em ecossistemas aquáticos (marinho ou doce), já que o petróleo espalha-se superficialmente, porém... petróleo impede completamente a passagem de luz

19 Microrganismos degradadores de hidrocarbonetos
microrganismos são capazes de metabolizar número limitado de hidrocarbonetos -> é requerida uma mistura de populações com capacidade enzimática ampliada para degradação de complexos de hidrocarbonetos do petróleo no solo, água doce e mar

20 Microrganismos degradadores de hidrocarbonetos
Ecossistemas: 22 bactérias Aquático 1 alga 14 fungos Capacidade de degradação dos microrganismos dependem das condições ambientais 22 bactérias Solo 31 fungos 25 bactérias Marinho 27 fungos Espécies de protozoários podem transformar n-alcanos

21 Biodegradação no ambiente marinho
Principal componente dos derrames: óleo cru ou petróleo bruto (carga principal de grandes cargueiros) Após o derrame no mar: hidrocarbonetos começam a ser transformados por fatores físicos, químicos e biológicos Grau do dano ambiental depende: localização do derrame, tipo de óleo e quantidade Derrames catastróficos: ocorrem em regiões costeiras, afetando o ecossistema marinho e litorâneo

22 1: óleo se espalha pela superfície da água
2: evaporação dos componentes voláteis 3: componentes solúveis em água se dissolvem no oceano 4: luz do sol pode oxidar moléculas, podendo até levar a uma degradação completa liberando CO2 e H2O.

23 Derrames em regiões costeiras
Poluição da região litorânea petróleo em contato com o sedimento: reações complexas -> compostos aromáticos ficam mais protegidos, ↓ degradação

24 substância capaz de alterar as propriedades superficiais de um líquido
Ação de Surfactantes substância capaz de alterar as propriedades superficiais de um líquido Aplicações: detergência, emulsificação, capacidade espumante, solubilização. Desempenham papel importante na remediação in situ: permitem maior solubilização dos componentes do petróleo, aumentando a área de superfície e consequentemente permitem maior contato dos microrganismos com o substrato Muitos microrganismos são produtores de surfactantes (biosurfactantes) -> amplamente utilizados na limpeza de tanques-reservatórios de petróleo

25 Efeito dos fatores físicos e químicos na biodegradação
Temperatura A biodegradação pode ocorrer numa faixa grande de 0° a 70°C Em baixa temperatura: ↑ vicosidade ↓ Degradação ↓ volatilização ↓ atividade enzimática A biodegradação máxima de hidrocarbonetos de 30° a 40°C Porém varia com a composição do hidrocarboneto

26 Efeito dos fatores físicos e químicos na biodegradação
Nutrientes Hidrocarbonetos são fonte de carbono para os microrganismos Há necessidade de outros nutrientes como N e P em grande quantidade e micronutrientes em menor quantidade (S, Fe, Mg, Ca e K) Nutrientes podem ser adicionados ao meio como forma de estimular a biodegradação Solo ajuste no balanço C/N/P é feito pela adição de fertilizantes cuidados para não dissipar nutrientes na interface óleo-água: Água 1. encapsulamento do fertilizante em matriz com lenta liberação 2. Utilizar fertilizantes oleofílicos. Ex: uréia parafinada

27 Efeito dos fatores físicos e químicos na biodegradação
pH solo: varia de 2,5 a 11 a maioria das bactérias e fungos se desenvolvem melhor em pH neutro Com a correção do pH do solo pode-se obter o dobro da taxa de biodegradação

28 Efeito do derrame na comunidade microbiana
a presença de hidrocarbonetos pode resultar num aumento ou redução da população microbiana O efeito dependerá da composição química do óleo pode ocorrer: enriquecimento primário de microrganismos que usam hidrocarbonetos -> enriquecimento de microrganismos que usam os produtos liberados pelos primeiros Pode haver redução de microrganismos em contato com componentes tóxicos do petróleo (ex: tolueno e fenol são usados como desinfetantes) alguns microrganismos têm comportamento neutro

29 Estratégias de Remediação Ecossistemas Aquáticos
1. Coleta física do material

30 Estratégias de Remediação Ecossistemas Aquáticos
2. Uso de dispersantes químicos + catalisadores de fotoxidação Veja: “dispersores químicos são armas poderosas contra o vazamento de petróleo” Scientiphic America - Brasil: “dispersores químicos aumentam a toxicidade do petróleo derramado”

31 Estratégias de Remediação Ecossistemas Aquáticos
3. Barreiras Físicas + queima do óleo in situ

32 Estratégias de Biorremediação Ecossistemas Aquáticos
Há diversas patentes e mais de 40 companhias oferecem produtos e serviços de biorremediação O princípio é o mesmo: estimular a biorremediação via adição de nutrientes (N e P) Outro método: introdução de microrganismos exógenos (isolados naturalmente ou manipulados geneticamente)

33 4. Biorremediação – estudo de caso no Alaska em 1989
“A maré Negra do Exxon Valdez” O navio petroleiro Exxon Valdez despejou na costa do Alaska nada menos que a barris aves marinhas 2.800 lontras 250 águias 22 orcas

34 4. Biorremediação – estudo de caso no Alaska em 1989
Métodos de biorremediação usando adição de fertilizantes: fertilizante de liberação lenta fertilizante oleofílico Inipol EAP22 (microemulsão estável, consistindo de matriz de uréia coberta por ác. Oléico) fertilizante solúvel 2-3 semana após aplicação dos fertilizantes observou-se maior limpeza do ambiente O uso de fertilizantes acelerou o processo de limpeza fertilizantes estimularam de 3 a 4 vezes a biorremediação

35 4. Biorremediação – estudo de caso no Alaska em 1989
Métodos de biorremediação usando adição de microrganismos exógenos: linhagens microbianas, desenvolvidas por C. Oppenheimer, foram utilizadas para a descontaminação em mar aberto Esses microrganismos utilizaram uma ampla variedade de hidrocarbonetos em seu metabolismo

36 Estratégias de Biorremediação Ecossistemas Terrestres
Fonte de contaminação principal: fundo dos tanques-reservatórios e das unidades de tratamento Nos EUA há 2 milhões de tanques subterrâneos para armazenamento de gasolina e deles oferecem risco Refinaria Gabriel Passos (Betim, MG): capacidade barris/dia

37 Estratégias de Biorremediação Ecossistemas Terrestres
Refinaria Gabriel Passos (Betim, MG): estudo constatou contaminação do solo, subsolo e lençol freático devido a falta de correta impermeabilização dos tanques

38 Estratégias de Biorremediação Ecossistemas Terrestres
Métodos de biorremediação: 1. Landfarming consiste na dispersão de resíduos do solo e utilização de microrganismos na biorremediação Revolvimento do solo para que os contaminantes estejam em contato com a “fase fértil” do solo (parte orgânica). Experimento mostrou maior eficiência em: umidade 30-90%; pH de 7,5-7,8; temperatura > 20°C. 2. Compostagem Adição de material orgânico -> estímulo desenvolvimento microbiano Materiais adicionados: palha, grama, folhas, bagaço de cana, serragem, esterco.

39 Estratégias de Biorremediação Ecossistemas Terrestres
Fitorremediação: Rizosfera estimulando o crescimento de microrganismos in situ Plantas resistentes à presença de óleos devem ser cultivadas nas regiões poluídas A população microbiana presente é dependente do tipo de raiz, idade da planta e tipo de solo Como as plantas atuam? Absorção direta dos contaminantes do solo e acúmulo Liberação de exsudados e enzimas que estimulam a atividade microbiana Aumento da mineralização na rizosfera

40 Obrigada