Universidade de Mogi das Cruzes Estudo da Pedosfera Química Ambiental

Contaminantes do Solo

É composto de ar, água, matéria orgânica e mineral. O solo é formado a partir de rochas, que com ajuda do clima e de microrganismos se transforma num material solto e macio.                                               É composto de ar, água, matéria orgânica e mineral.

Apresenta grande importância para o homem pois, dele retiramos parte dos nossos alimentos. É um recurso finito e não renovável.

Erosão: Prejudica grandemente a fertilidade do solo pela retirada da camada de humo, deixando o solo pobre e improdutivo. É causada pela ação das águas da chuva, rios, mares, geleiras, pelo vento e pela ação do homem.

Lixo: Pode ser classificado como doméstico, comercial, público, hospitalar e industrial. 75% do lixo coletado no Brasil é jogado em lixões a céu aberto, contaminando o solo e conseqüentemente poluindo lençóis subterrâneos de água.

Aterros Sanitários: São construídos com procedimentos de segurança, diminuindo o contato das pessoas com o lixo. Possuem sistemas de drenagem e tratamento de resíduos. O lixo é lançado ao solo, coberto com terra e comprimido.

Metais Pesados Mercúrio: É largamente utilizado em indústrias e garimpos, para separação de impurezas. Chumbo: Indústria de reciclagem de sucata de baterias automotivas para reutilização de chumbo.

Agrotóxicos: produtos utilizados para combater seres vivos que prejudicam plantações ou animais de criação. Podem ser denominados como: inseticidas, fungicidas, herbicidas, acaricidas, etc.

O processo de modernização da agricultura, introduziu o uso de adubos químicos e herbicidas. O Brasil é o 5º maior consumidor. Somente 0,1% atinge o alvo específico enquanto 99,9% se acumulam em solos e água.

Organoclorados Características: São lipossolúveis, ficando acumulado na cadeia alimentar e no tecido adiposo.

Organoclorados 90% dos organoclorados retidos no organismo humano são provenientes da alimentação.

Organoclorados Intoxicação: Atuam sobre o sistema nervoso central resultando em distúrbios comportamentais, sensoriais, equilíbrio, musculatura involuntária e depressão dos sistemas vitais como respiração, causando convulsões, paralisia e morte do indivíduo.

Organoclorados Contaminação: Pode se dar por inalação, ingestão e contato pela pele.

Descontaminação do Solo Biodegradação: atividade microbiana na eliminação de produtos químicos do ambiente.

Descontaminação do Solo Bactérias Fungos Biorremediação: Emprego dos microrganismos para a remediação de locais contaminados devido ao uso de agroquímicos..

Descontaminação do Solo Química: Hidrólise, oxidação, redução Fotoquímica: luz ultra-violeta (fotossensitivadores) Biológica: catabolismos dos seres vivos Vias de Degradação: Catabolismo Cometabolismo DEGRADAÇÃO DE CONTAMINANTES: Microrganismos: bactérias, fungos, algas

Catabolismo: utiliza o composto como alimento, retirando dele energia e elementos para o crescimento. A degradação é acelerada após várias aplicações. Cometabolismo: pesticidas como malathion e ametrina. Exudados de raízes servem de substrato para degradação: Diazinon, parathion, diuron. Interfases: aeróbio e anaeróbio: DDT, PCBs Ar/Sedimento, Ar/Água, Água/Sedimento

CAUSAS DA RECALCITRÂNCIA Ausência de microrganismos com sistemas enzimáticos adequados Estrutura Química, presença de halogênios e anéis aromáticos Concentrações tóxicas Temperatura, organismos mesofilos (T ótima entre 25 e 40°C) pH afeta principalmente disponibilidade e solubilidade Conteúdo de água Conteúdo de oxigênio Biodisponibilidade

Estímulo dos microrganismos já existentes (autóctones) no ambiente. É a introdução de microrganismos no solo ou água (aclimatados ou modificados) Bioaumentação ou Bioadição: Estimulação: Bactérias

Condições Ambientais que afetam a degradação: A maior parte dos microrganismos tem ótimo de crescimento em pequena faixa de pH, temperatura e umidade Umidade de solo: 25 a 28% ou 75% da Capacidade de Campo. pH: entre 5,5 a 8,8 Temperatura: 15 a 45 ºC Contaminantes: - concentrações não tóxicas Nutrientes: N, P, K Oxigênio

Hidrocarbonetos entre 5 e 10% peso seco Tabela: Valores Ótimos para Degradação de Derivados de Petróleo no Solo: Parâmetro Valores Umidade 30 a 90 % pH 6,5 a 8,0 O2 10 a 40 % Nutrientes C:N:P – 100: 10: 1 Temperatura 20 a 30ºC Contaminantes Hidrocarbonetos entre 5 e 10% peso seco Metais 700 ppm

FITORREMEDIAÇÃO Raízes das plantas e a comunidade microbiana oferece uma estratégia importante para remediação de solos contaminados. Fitorremediação: técnica de biorremediação in situ de solos contaminados. Emprego de sistemas vegetais fotossintetizantes e sua microbiota com objetivo de descontaminação de áreas contaminadas. A rizosfera tem sido amplamente pesquisada, devido a sua importância para a produtividade e degradação de xenobióticos. A composição da população de microrganismos é dependente do tipo de raiz, espécie e idade da planta, do tipo de solo.

Poucos estudos sobre fitorremediação, não sendo uma tecnologia amplamente aceita pelos órgãos de controle ambiental. Plantas atuam com três mecanismos: Absorção direta de contaminantes e subseqüente acumulação de metabólitos não fitotóxicos nos tecidos da planta; Liberação de exsudatos e enzimas que estimulam a atividade microbiana e as transformações bioquímicas; Aumento de mineralização na rizosfera. Substâncias alvo: metais pesados (Cd, Zn, Cu, Ni, etc), pesticidas (atrazina, compostos clorados), solventes clorados, resíduos orgânicos , etc. Vantagens: grandes áreas podem ser tratadas, com baixo custo.

FITORREMEDIAÇÃO Áreas muito extensas As plantas podem ser utilizadas para: • Fitotransformação ou Degradação • Fitoacumulação • Rizoremediação (degradação de poluentes por bactérias da rizosfera) A rizosfera é a região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato. O número de microrganismos na raiz e à sua volta é muito maior do que no solo livre; os tipos de microrganismos na rizosfera também diferem do solo livre de raiz.

Adsorção ou Biosorção Interações eletrostáticas entre o cátion metálico e a superfície carregada negativamente da célula microbiana. Acumulo de metais equivalente a massa de peso seco do organismo Característica universal A capacidade de remoção de metais do meio depende das características do revestimento celular de cada espécie. Cd+

Bioacumulação intracelular Através do transporte de metais essenciais ao metabolismo microbiano ou através de proteínas com poder de “quelar” metais. A bioacumulação intracelular é muito menor do que a atingida por adsorção: na faixa de 0,5% a 2,0 % do peso do seco celular.

Desvantagem: longo tempo, tolerância da planta utilizada ao poluente, risco de vegetais na cadeia alimentar. Fitorremediação para limpeza de áreas contaminadas com petróleo. Utilização de plantas aquáticas: intensa absorção de nutrientes e rápido crescimento. Macrófitas: Typha dominguense, Eichhornia crassipes.

Wetlands Os “wetlands” naturais se destacam entre os processos de autodepuração por serem áreas inundadas constante ou sazonalmente, que desenvolvem uma vegetação adaptada à vida em solos alagados, com valor ecológico inestimável quanto à melhoria da qualidade da água. Várzeas de rios, pântanos, brejos e estuários estão entre os ecossistemas mais férteis e produtivos do mundo, apresentando enorme diversidade biológica. Neles a água, os vegetais e o solo formam um ecossistema equilibrado, com a reciclagem de nutrientes. Essa reciclagem é obtida através de processos químicos, físicos e biológicos.

Wetland natural (Fonte: www.viewimagem.com) Wetlands Essas áreas ocupam aproximadamente 6% da superfície sólida do planeta. Mas, estão diminuindo em todo mundo, porque são drenados ou aterrados para expansão das cidades, ou alagados para construção de represas, assim como também utilizados como depósitos de lixo ou destruídos pela poluição, sendo lentamente extintos. Wetland construído Wetland natural (Fonte: www.viewimagem.com)

Wetlands construídos Os “wetlands” construídos visam estimular o uso e melhorar as propriedades dos “wetlands” naturais, relativas à degradação de matéria orgânica, ciclagem de nutrientes e conseqüentemente, melhorar a qualidade do efluente

Componentes básicos de Wetlands 1) Substrato - pode ser usado como substrato, resíduos de mineração como areia, silte, cascalho, brita e outros; e resíduos orgânicos. O substrato promove espaços vazios que servem de canais de vazão, facilitando o escoamento do esgoto ou da água poluída, de acordo com sua permeabilidade. Constitui, aliado às raízes das macrófitas aquáticas, local ideal para a remoção de nutrientes e para a formação do biofilme microbiano. O substrato deverá ser colocado sobre uma proteção impermeável de lona, manta, asfalto ou argila compactada, que evita a contaminação do solo e eventual infiltração até o lençol freático. Essas camadas permitem a contenção da água poluída no sistema.

2) Macrófitas aquáticas – podem ser usadas espécies vegetais nativas que se caracterizam por crescer em locais alagados a maior parte do tempo. Suas raízes captam nutrientes e outras substâncias da água que alimenta o sistema. Incorporam ar pelas folhas e o transfere aos rizomas e raízes através do aerênquima (tecido vegetal de preenchimento). O oxigênio passa das raízes ao substrato, que pode apresentar-se em condições de anaerobiose por estar submerso. Essa transferência de oxigênio aumenta a degradação aeróbia de compostos orgânicos no local. As espécies mais usadas são as dos gêneros Typha, Juncos, Scirpus, Carex e Phragmites;

3) Biofilme microbiano - desenvolve-se na rizosfera, raízes e substrato. Esse filme biológico é composto por colônias de bactérias, protozoários, micrometazoários e outros microrganismos que degradam a matéria orgânica para sais inorgânicos tornando os nutrientes disponíveis para as macrófitas. 4) Distribuição da água residuária pelo leito – deve ser caracterizada pela simplicidade de manutenção e operação. As estruturas de entrada e saída da água de alimentação podem ser trincheiras cheias de pedras para facilitar a distribuição do afluente por todo o leito, diminuir o impacto da correnteza sobre o biofilme e garantir a máxima assimilação de poluentes. Para a drenagem das trincheiras recomenda-se o uso de tubos de PVC, que também controlam o nível de água no sistema. Quando o fluxo se mantém embaixo e perto da superfície do substrato, trata-se de um “wetland” de fluxo subsuperficial e no caso do fluxo de água residuária manter-se na superfície do substrato (o que pode atrair insetos), denomina-se “wetland” de fluxo superficial.