UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO. Clinei Dal Magro

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1 UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO Clinei Dal Magro Remoção de cromo VI e DQO de meio de cultivo adicionado de efluente com elevada concentração de cromo a partir da microalga Spirulina platensis Passo Fundo 2010

2 2 Clinei Dal Magro Remoção de cromo VI e DQO de meio de cultivo adicionado de efluente com elevada concentração de cromo a partir da microalga Spirulina platensis Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Ambiental, como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Engenheiro Ambiental. Orientador (a): Profª. Drª Luciane Maria Colla Co-Orientador: Prof. Dr. Marcelo Hemkemeier Passo Fundo 2010

3 3 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho à minha namorada, Maitê e aos meus pais David e Elidia.

4 4 AGRADECIMENTOS A DEUS, por abençoar e iluminar meu caminho durante essa caminhada; A minha família, pelo apoio, carinho, incentivo e compreensão e pelos momentos que não lhes dei a atenção desejada; A minha namorada, Maitê Carla Deon, pelo amor, carinho, apoio, companheirismo e compreensão durante esse tempo em que estive ocupado com o trabalho, muitas vezes não fornecendo a atenção por ela desejada; A minha orientadora, Profª. Drª. Luciane Maria Colla, pela orientação, ensinamentos, ajuda e amizade durante as pesquisas; Ao meu co-orientador, Prof. Dr. Marcelo Hemkemeier, pela ajuda, ensinamentos e amizade durante os trabalhos; Aos meus colegas de curso, Cristiane Tedesco e Tiago Tondelo, pela ajuda, apoio e amizade durante o desenvolvimento das pesquisas; As estagiárias do Laboratório de Fermentações, Kelly Pelc da Silva e Sabrina Moraes, que sempre quando necessário me ajudaram nas tarefas e pela amizade desenvolvida; Ao responsável pelo Laboratório de Aulas Práticas, João Carlos, o qual sempre esteve disposto para auxiliar nos momentos em que precisei; A secretária do Curso de Engenharia de Alimentos, Vânia, que sempre esteve à disposição quando precisei; utilizados; Ao curso de Engenharia de Alimentos pelo suporte de laboratórios e dos equipamentos

5 5 A Universidade de Passo Fundo, em especial ao Curso de Engenharia Ambiental e a Faculdade de Engenharia e Arquitetura; Ao Laboratório de Solos da Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária da Universidade de Passo Fundo; OBRIGADO! A todos que me ajudaram e me apoiaram durante essa caminhada, meu MUITO

6 6 RESUMO O inadequado descarte de efluentes contendo metais tóxicos representa um grave problema para o meio ambiente. O Laboratório de Solos da UPF gera diariamente em torno de 0,5 m³ de efluente contendo cromo VI um metal altamente tóxico capaz de poluir solo e água, o qual necessita de um tratamento adequado para posteriormente ser lançado no ambiente. Dessa forma, buscam-se alternativas eficientes tecnicamente, economicamente e ambientalmente para tratar esse tipo de efluente. Tendo em vista que a microalga Spirulina platensis tem demonstrado capacidade de biossorção do cromo VI, buscou-se avaliar a concentração ideal de efluente contendo cromo para a máxima remoção de cromo VI e DQO do meio a partir da microalga. O efluente foi coletado e caracterizado quanto aos parâmetros de ph, sólidos suspensos, sólidos sedimentáveis, cromo VI e DQO. Foram cultivadas as cepas da microalga Spirulina platensis Paracas e Leb, contendo concentrações iniciais de efluente de 0 %, 12,5 %, 25 % e 50 % para cada uma das cepas, em meio Zarrouk diluído a 50 %, mantendo-se os experimentos em condições controladas de aeração, temperatura e luminosidade. Foi realizado o monitoramento diário do ph e do crescimento microalgal. Nos tempos inicial, 7 d, 14 d, 21 d e 28 d foi realizado as determinações de DQO e cromo VI nos cultivos. A microalga Spirulina platensis apresentou maior crescimento nos cultivos padrão, realizados sem adição de efluente. Nos cultivos contendo efluente, o maior crescimento foi observado nos experimentos com menor concentração de efluente. A remoção de DQO foi superior a remoção de cromo VI em ambas as cepas. A maior remoção de DQO foi obtida pela cepa S. platensis Paracas com concentração inicial de efluente de 12,5 % para o tempo de 28 d de cultivo (82,19 %). Para cromo VI a maior remoção foi obtida pela cepa S. platensis Leb com concentração inicial de efluente de 12,5 % para o tempo de 28 d de cultivo (60,92 %). Palavras-chaves: Biossorção, Spirulina platensis, Cromo VI, DQO

7 7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Microscopia da Microalga Spirulina platensis Figura 2: Parâmetros de cultivo de Microalgas Figura 3: Efeito da temperatura sobre o crescimento de microalgas Figura 4: Cromo metálico Figura 5: Etapas desenvolvidas na pesquisa Figura 6: Local de coleta do efluente Figura 7: Estufa com os Experimentos Figura 8: Concentração celular (g.l -1 ) versus tempo de cultivo (d) para a Spirulina platensis Paracas. Exp. 1 (0% efluente); Exp. 2 (12,5% de efluente); Exp. 3 (25% de efluente); Exp. 4 (50% de efluente) Figura 9: Concentração celular (g.l -1 ) versus tempo de cultivo (d) para a Spirulina platensis Leb. Exp. 1 (0% efluente); Exp. 2 (12,5% de efluente); Exp. 3 (25% de efluente); Exp. 4 (50% de efluente) Figura 10: Concentração de Cromo VI - Spirulina platensis Paracas Figura 11: Concentração de Cromo VI - Spirulina platensis Leb Figura 12: Remoção de Cromo VI (%) em função do tempo de cultivo (d), da cepa e da concentração de efluente (%) Figura 13: Concentração de DQO - Spirulina platensis Paracas Figura 14: Concentração de DQO - Spirulina platensis Leb Figura 15: Remoção de Cromo VI (%) em função do tempo de cultivo (d), da cepa e da concentração de efluente (%) Figura 16: Percentual de remoção Cromo VI e DQO - 7º dia Figura 17: Percentual de remoção Cromo VI e DQO - 14º dia Figura 18: Percentual de remoção Cromo VI e DQO - 21º dia Figura 19: Percentual de remoção Cromo VI e DQO - 28º dia... 58

8 8 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Composição centesimal da Spirulina Tabela 2: Propriedades Químicas do Cromo Tabela 3: Propriedades Físicas do Cromo Tabela 4: Matriz do Planejamento fatorial Multiníveis 2¹.4¹ Tabela 5: Caracterização do efluente Tabela 6: Parâmetros de crescimento microalgal Tabela 7: Comparação de médias através do Teste de Tukey a 5% de significância para a remoção de Cromo VI (%) em função do tempo de cultivo (d), da cepa e da concentração de efluente (%) Tabela 8: Comparação de médias através do Teste de Tukey a 5% de significância para a remoção de DQO (%) em função do tempo de cultivo (d), da cepa e da concentração de efluente (%)... 54

9 9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO DESENVOLVIMENTO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA MICROALGAS: definição e histórico Spirulina Composição da Spirulina Condições de Cultivo Luz Temperatura ph Salinidade Micronutrientes Fonte de Carbono Fonte de Nitrogênio Fonte de Fósforo Utilização da Spirulina Utilização da Spirulina na área ambiental DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) METAIS TÓXICOS Cromo (Cr) Cromo Hexavalente (Cromo VI) Cromo em efluentes BIOSSORÇÃO DE METAIS TÓXICOS Biossorção de metais tóxicos por algas METODOLOGIA Coleta e Caracterização do Efluente Microrganismo e manutenção do inóculo Planejamento Experimental Condições de cultivo Acompanhamento dos Parâmetros de ph, Crescimento algal e Remoção de Cromo VI e DQO Análise dos resultados de crescimento algal Análise dos resultados de remoção de Cromo VI e DQO RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização do efluente ph Crescimento microalgal Remoção de Cromo VI Remoção de DQO Comparativo das remoções: Cromo VI e DQO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS APÊNDICE A APÊNDICE B APÊNDICE C... 69

10 10 1 INTRODUÇÃO Os recursos naturais essenciais para manter a vida na Terra estão cada vez mais escassos e muitas vezes encontram-se poluídos e degradados, impossibilitando a sua utilização de forma segura e eficiente. Dentre os recursos naturais, a água torna-se um insumo indispensável, tanto para processos produtivos quanto para abastecimento humano, o que resulta na geração de um grande volume de efluentes e necessita de tratamento adequado para retornar aos cursos naturais de forma a não causar a poluição dos mananciais receptores. Os metais tóxicos são poluentes perigosos encontrados nesses efluentes por apresentarem alto tempo de meia vida, permanecendo durante muitos anos ativos no ambiente, contaminado solo e água e bioacumulando na cadeia alimentar, tornando-se compostos com alto potencial degradador do meio ambiente e muito nocivos a saúde humana. Dentre os metais tóxicos, o cromo apresenta grande período de permanência no ambiente devido a sua elevada capacidade de bioacumulação na cadeia alimentar. Segundo Jordão et al. (1999), os efeitos da bioacumulação em longo prazo nem sempre são previsíveis, principalmente no caso de compostos como o cromo, que não se decompõem ou que apresentam baixa degradabilidade, acumulando-se no meio ambiente e na cadeia alimentar, onde são absorvidos no organismo em concentrações muito maiores do que as de seu lançamento inicial. Os resíduos contendo cromo possuem alto poder de contaminação, quando não são convenientemente tratados e simplesmente abandonados em corpos d água, aterros industriais ou mesmo lixeiras clandestinas. O cromo atinge os lençóis freáticos com facilidade, ou mesmo reservatórios ou rios que são as fontes de abastecimento de água das cidades. O resíduo no solo pode ser absorvido por plantas que posteriormente servirão de alimento diretamente ao homem ou a animais, podendo por este caminho também atingir o ser humano. Conforme Ruotolo e Gubulin (2010), devido à sua alta toxidade comprovada por sua ação carcinogênica, efluentes contendo cromo hexavalente não podem ser descartados diretamente em mananciais aqüíferos ou em rede de esgoto. Esse fato exige o desenvolvimento de tecnologias que visam atenuar os efeitos da contaminação proveniente dos metais tóxicos, causando o mínimo impacto para o meio ambiente. A biossorção é uma alternativa aos tratamentos convencionais já utilizados, os quais muitas vezes apresentam-se ineficientes, e consiste em degradar os metais tóxicos existentes nos efluentes através da utilização de microrganismos, promovendo uma auto-regeneração

11 11 desse efluente, qualificando o processo e tornando-o viável tanto economicamente como ambientalmente. As algas, por sua abundância e riqueza estrutural, têm sido muito empregadas como biomassas na biossorção de metais tóxicos, substituindo as resinas convencionais (AMORIM, 2000). O uso de algas na captura de metais tóxicos, através do processo de biossorção, tem demonstrado ser uma alternativa possível e vantajosa para o tratamento de efluentes contendo esse tipo de poluente. Segundo Molina e Torem (2007), trata-se de um processo de remoção de metais tóxicos em biomateriais, aliando um baixo custo com a boa eficiência de remoção, além de mostrar-se menos agressiva ao meio ambiente. O emprego desta técnica apresenta elevada capacidade, rapidez, seletividade e possibilidade de recuperação do metal ou reutilização do biossorvente. As microalgas podem ser utilizadas no tratamento de águas residuais; desintoxicação biológica e controle de metais tóxicos em águas naturais ou em águas contaminadas industrialmente (GREENE; BEDELL, 1990 apud ABALDE et al., 1995). A microalga Spirulina platensis tem demonstrado elevada capacidade de remoção e degradação do cromo existente em efluentes, sendo que a mesma vem sendo usada extensivamente para esse tipo de tratamento. O consumo de água vem sendo cada vez maior e a geração de efluentes tende a aumentar de forma proporcional. Por isso, faz-se necessário a busca de alternativas que sejam eficientes tecnicamente, economicamente e que ao mesmo tempo sejam menos poluentes. Diversas pesquisas já foram feitas nessa área e a biossorção por algas vêm demonstrando um alto potencial de remoção e imobilização de metais tóxicos presentes em efluentes. A fim de corroborar as vantagens da utilização de algas para tratar efluentes, torna-se necessária à realização de pesquisas que comprovem o maior potencial de remoção de metais tóxicos por esses microrganismos. Tendo em vista os vários problemas ambientais e a saúde humana provenientes do descarte inadequado de efluentes contendo cromo e, sabendo-se que o Laboratório de Solos da Universidade de Passo Fundo analisa diariamente em torno de 300 amostras de solo, gerando aproximadamente 0,5 m³/d de efluente que possui em sua composição esse metal tóxico, buscam-se soluções eficientes que promovam o tratamento adequado desse efluente de modo a impedir que o mesmo seja lançado com elevadas concentrações provocando o desequilíbrio das condições naturais do meio ambiente.

12 12 O objetivo geral do trabalho foi avaliar a concentração ideal de efluente contendo Cromo para a máxima remoção de Cromo VI e DQO do meio a partir da microalga S. platensis e os objetivos específicos foram: a) Realizar a caracterização do efluente do Laboratório de Solos quanto aos parâmetros de ph, Sólidos Sedimentáveis, Sólidos Suspensos, DQO e Cromo VI; b) Realizar a adaptação das cepas da microalga utilizando o efluente; c) Definir qual cepa do microrganismo resulta em melhores resultados de remoção de cromo Vi e DQO do efluente; d) Determinar a diluição ótima do efluente para que se obtenha a máxima remoção de cromo VI e DQO; e) Realizar o acompanhamento dos parâmetros de crescimento microalgal, ph, DQO e Cromo VI durante os cultivos da microalga.

13 13 2 DESENVOLVIMENTO 2.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA MICROALGAS: definição e histórico Em um sentido amplo e do ponto de vista biotecnológico, a terminação microalga se refere aos microrganismos que contem clorofila-a e outros pigmentos fotossintéticos, capazes de realizar fotossíntese (ABALDE et al., 1995). O termo microalgas não tem valor taxonômico, engloba microrganismos algais com clorofila-a e outros pigmentos fotossintéticos, os quais são capazes de realizar a fotossíntese oxigênica, e sua caracterização (sistemática) implica a consideração de uma série de critérios (RAVEN et al., 2001). Os organismos fotossintéticos foram agrupados em princípio, em duas categorias: as bactérias fotossintéticas e microalgas. Bactérias fotossintetizantes realizam fotossíntese e possuem bacterioclorofila anoxigênicas, quimicamente diferente da clorofila-a presente em outros organismos fotossintéticos (algas e plantas superiores). As algas azul-verdes ocupam uma posição intermediária entre as bactérias fotossintetizantes e as algas eucarióticas, não possuem bacterioclorofila, mas clorofila-a, e realizam fotossíntese aeróbica. No entanto, devido a sua estrutura celular procariótica (parede celular, ribossomos e ácidos nucléicos), estão classificadas taxonomicamente dentro do grupo das bactérias (reino Procarionte) com denominação de cianobactérias (STALEY et al., 1989 apud ABALDE et al., 1995) Segundo Derner (2006), sob a denominação microalgas estão incluídos organismos com dois tipos de estrutura celular: estrutura procariótica e estrutura eucariótica. Apesar das diferenças estruturais e morfológicas entre os representantes de cada divisão, esses são fisiologicamente similares e apresentam um metabolismo análogo àquele das plantas (ABALDE et. al., 1995). São principalmente encontradas no meio marinho, em água doce e no solo, sendo consideradas responsáveis por pelo menos 60% da produção primária da Terra (CHISTI, 2004 apud DERNER et al., 2006). De acordo com Tomaselli (2004), estes microrganismos têm sido tradicionalmente classificados quanto aos tipos de pigmentos, a natureza química dos produtos de reserva e

14 14 pelos constituintes da parede celular. Também têm sido considerados aspectos citológicos e morfológicos, tais como a ocorrência de células flageladas, a estrutura dos flagelos, os processos de formação do núcleo e da divisão celular, a presença e a caracterização de envoltório do(s) cloroplasto(s) e a possível conexão entre o retículo endoplasmático e a membrana nuclear. As microalgas pertencem a um grupo muito heterogêneo de organismos, predominantemente aquáticos e geralmente microscópicos unicelulares, que podem formar colônia, com pouca ou nenhuma diferenciação celular. São caracterizadas pela presença de pigmentos, responsáveis por coloração variada e por mecanismo foto autotrófico. Filogeneticamente, as microalgas são compostas de espécies procarióticas ou eucarióticas, antigas ou mais recentes, conforme o período em que surgiram no planeta (RAVEN et al., 2001). O estudo científico das microalgas começou em 1890 com o microbiólogo holandês Beijerinck que estabeleceu culturas puras da microalga Chlorella vulgaris. Mais tarde, Otto Warburg (1919), conseguiu em laboratório culturas densas de Chorella e introduziu a idéia de utilizar essas culturas como uma ferramenta de trabalho no estudo da fotossíntese (ABALDE et al., 1995). Depois da II Guerra Mundial a biomassa microalgal começou a ser considerada como um suplemento importante e capaz de substituir as proteínas animais e vegetais convencionais para consumo direto dos animais e na cadeia alimentar humana, sendo que poderia ajudar a suprir, pelo menos parte, da deficiência protéica global (ABALDE et al., 1995) Durante os anos 50, um interesse mundial em busca de novas fontes de proteínas para alimentação levou os cientistas a continuar investigando as possibilidades do cultivo de microalgas em grande escala. Nesse tempo, incrementou-se o conhecimento sobre, rendimento, composição química, fixação de nitrogênio, etc., de cultivos massivos de microalgas. Mesmo a investigação sobre a utilização de microalgas na alimentação parecer um tema relativamente recente, deve-se levar em conta que o consumo local de microalgas em determinadas áreas como fonte de vitaminas e proteínas para o homem data de tempos imemoriais (ABALDE et al., 1995). Segundo Richmond (1988) apud Derner (2006), povos nativos do Chade (África) e do lago Texcoco (México), alimentavam-se de produtos feitos com biomassa de Spirulina sp. As bases para cultivo de microalgas foram estabelecidas a partir dos anos 50 em diversos países, como Japão, Alemanha, Estados Unidos, Israel, etc., sendo que, nos anos 60,

15 15 começou-se cultivar microalgas com fins comerciais no Japão e em seguida, no lago Texcoco México começou-se produzir Spirulina para comercialização. Na década de 70, devido à crise do petróleo, tornou-se necessário buscar fontes alternativas de energia, atraindo o interesse mundial na aplicação da energia solar. Como as algas constituem um eficiente sistema de utilização da energia solar, existe um interesse continuo na tecnologia de produção de microalgas (BENEMANN et al., 1977 apud ABALDE et al., 1995). Unido a este desenvolvimento, esta o crescente interesse nos problemas de contaminação ambiental e reciclagem de resíduos, onde as microalgas podem desempenhar um papel importante na transformação dos resíduos e águas residuais em biomassa e água tratada que podem ser reutilizados (SHELEF et al., 1977 apud ABALDE et al., 1995). Na década de 80, são implantadas inúmeras indústrias para produção de microalgas, principalmente Spirulina e Dunaliella, em Taiwan, Tailândia, Califórnia, Austrália, Havaí e Israel (ABALDE et al., 1995). Atualmente, dentro de um grande campo da biotecnologia, as microalgas tem sido objeto de inúmeros estudos em centros de pesquisas de diversos países (Estados Unidos, Itália, Japão, França, Israel, Canadá, México e Austrália). O cultivo comercial de cianobactérias é realizado com varias finalidades, principalmente para aplicação em alimentos, devido ao alto teor de proteínas, em torno de 60-70%, ácidos graxos essenciais e de substancias como vitaminas, sais minerais e pigmentos presentes em certas espécies (COZZA, 1999) Spirulina A Spirulina é uma cianobactéria, chamada de Arthrospira platensis ou mais comumente chamada de alga azul-verde, apareceram na terra há anos (DESMORIEUX, 2005 apud OLIVEIRA, 2006). De acordo com Tomaselli (1997) apud León (2010), esta espécie foi classificada novamente, agora com o nome de Arthrospira sp., e aceita oficialmente em Bergey s Manual of Systematic Bacteriology. No entanto, a denominação Spirulina permanece tanto comercialmente como em publicações científicas. Segundo Oliveira (2006), a Spirulina platensis é uma cianobactéria muito conhecida e usada no planeta, já empregada na alimentação dos Astecas, que habitavam o México na

16 16 região do Lago Texcoco, e dos sul-africanos na região do Lago Chade. Esses lagos são naturalmente alcalinos, propiciando o desenvolvimento dessa cianobactéria. Esse fato despertou o interesse de pesquisadores quando passou-se a utilizar microrganismos como fonte de nutrientes na forma de proteína unicelular, sendo uma alternativa alimentar para populações subnutridas (GONÇALVES et al., 2003). O fato de a Spirulina crescer em lagos alcalinos, onde outros microrganismos tem pouca ou nenhuma chance de sobrevivência, torna o seu uso seguro pelas escassas possibilidades de contaminação (COZZA, 1999). A cianobactéria Spirulina platensis é uma microalga filamentosa fotoautotrófica que habita meios como solos, pântanos, lagos alcalinos e águas salobras, marinhas e doces (RICHMOND, 1990 apud GONÇALVES et al., 2003). A Spirulina platensis se destaca das demais cianobactérias devido seu conteúdo protéico que alcança em torno de 70% e por ser fonte de compostos biologicamente ativos como o acido γ-linolênico, vitaminas e pigmentos. A Spirulina é formada por células dispostas ao longo de um filamento em espiral com até 1 mm de comprimento (OLIVEIRA, 2006). A Figura 1 apresenta a microalga Spirulina platensis vista ao microscópio. Fonte: COUGO, Figura 1:Microscopia da Microalga Spirulina platensis Em países como o México, Estados Unidos e Japão, a Spirulina platensis, uma cianobactéria filamentosa que habita meios como solos, pântanos, lagos alcalinos e águas salobras, marinhas e doces e que, por intermédio de fotossíntese, converte os nutrientes em matéria celular e libera oxigênio, tem sido usada na alimentação humana, pela sua alta

17 17 composição vitamínico-mineral, não sendo comum sua utilização na produção animal (TESKE; TRENTINI, 2001). De acordo com Oliveira (2006), a microalga Spirulina platensis tem sido comercializada e estudada pelo seu potencial nutricional devido ao seu elevado conteúdo de proteínas, pró-vitaminas e ácidos graxos insaturados; e também, por apresentar potencial terapêutico no tratamento de algumas doenças. Segundo Bezerra et al. (2010), o teor de proteína da Spirulina oscila entre 50% e 70% de sua matéria seca. Levando em consideração o fator qualitativo, a proteína da Spirulina é completa, pois contém todos os aminoácidos essenciais e não essenciais. Outra característica importante é que a Spirulina é facilmente digerida, pois sua parede celular é composta de mucopolissacarídeos, açúcares simples e proteínas, o que a diferencia de outras algas que possuem celulose. Quando comparadas aos vegetais superiores e aos animais, como fonte de produtos e nutrientes imprescindíveis para a qualidade de vida do homem, as microalgas apresentam grande vantagem devido à rapidez com que se reproduzem, facilidade de cultivo em zonas não apropriadas para agricultura e a possibilidade de direcionar a cultura para a produção de vários compostos de interesse comercial tais como ficocianina, clorofila, betacaroteno, biomassa, vitaminas, polissacarídeos, ácido gama linolênico e enzimas. Desse modo, várias indústrias descobriram um grande potencial no seu cultivo (BOROWITSKA, 1999 apud GONÇALVES et al., 2003). Com isso, a Spirulina tem-se tornado uma das principais fontes de estudos biotecnológicos, devido à sua importância econômica, ecológica e nutricional. Os estudos relacionados ao cultivo de microalgas têm enfocado principalmente o estudo de fontes de nutrientes de baixo custo, que viabilizem a produção em larga escala (GONÇALVES et al., 2003). O alto conteúdo de vitaminas, sais minerais, lipídeos, e em especial proteína, associados à diversidade de meio ambiente onde cresce faz com que a Spirulina platensis seja a cianobactéria mais estudada no mundo (OLIVEIRA, 2006) Composição da Spirulina A composição de pigmentos de Spirulina é típica de uma cianobactéria, a única clorofila presente é a clorofila-a, que tem seu peso variando entre 0,8 e 1,5% do peso seco. As

18 18 proteínas que possuem maior potencial econômico são as biliproteinas. A Spirulina possui duas biliproteinas: c-ficocianina e aloficocianina. A fração protéica pode conter mais de 20% de ficocianina, um pigmento azul solúvel em água (VONSHAK, 1997). Em relação aos seus constituintes, a Spirulina é altamente protéica, conforme pode ser observado na Tabela 1. Entre as proteínas estão presentes as ficocianinas, biliproteinas envolvidas nas reações químicas de fotossíntese e funcionam como reservatório de nitrogênio, sendo que a maior parte da proteína presente equivale a aminoácidos essenciais, com a presença inclusive de metionina, aminoácido ausente na maioria das cianobactérias e microalgas (CIFERRI, 1983 apud LEÓN, 2010). Tabela 1:Composição centesimal da Spirulina Componente Quantidade (%) Proteínas e Aminoácidos 65 Carboidratos 20 Minerais 7 Lipídeos 5 Umidade 3 Fonte: Adaptado de HENRIKSON, Condições de Cultivo Assim como as plantas verdes superiores, o metabolismo principal da Spirulina platensis é a fotossíntese, onde a principal fonte de energia é a luz solar. Por meio da fotossíntese, converte os nutrientes em matéria celular e libera oxigênio. Os nutrientes de que necessita são uma fonte de carbono, nitrogênio, fósforo, potássio, ferro e outros oligoelementos (VONSHAK, 1997). O gênero Arthrospira, é um grupo de cianobactérias ubíquas, encontradas em uma variedade de ambientes, principalmente em lagos alcalinos e salobros, onde frequentemente tornam-se as espécies predominantes. São fotoautotróficos; dessa forma todos os fatores que afetam a fotossíntese influenciarão o crescimento destes microorganismos, sendo os principais fatores a temperatura, luminosidade, salinidade e ph (HU, 2004 apud PINHO, 2009).

19 19 Segundo Ciferri (1983) apud León (2010), a Arthrospira sp. desenvolve-se em meios em que os constituintes principais são as fontes minerais de carbono (carbonatos, bicarbonatos), fósforo e nitrogênio (normalmente nitratos). Cresce bem em temperaturas de ordem de 30 C e utiliza a energia luminosa para seu desenvolvimento, entre 20 e 30 klx de intensidade luminosa; é um microrganismo alcalofílico, apresentando crescimento considerado adequado sob valores de ph entre 8 e 11, e prevalece perante outros microrganismos e cianobactérias em meios aquáticos com concentrações salinas superiores a 30 g.l -1, podendo suportar concentrações de até 270 g.l -1. O crescimento de microalgas é regido pela lei do mínimo, ou seja, o fator limitante do crescimento é aquele que está presente em quantidades próximas ao mínimo critico necessário para a microalga. É importante conhecer as condições ótimas e os limites de tolerância de uma microalga para todos ou a maioria dos parâmetros envolvidos no crescimento de microalgas (ABALDE et al., 1995). As respostas aos estímulos ou a mudanças ambientais são inerentes a todos os organismos vivos. Especificamente nas microalgas, a resposta das células às condições define os fatores como limitantes redução da taxa de crescimento e/ou de alguma reação bioquímica sem a necessidade de aclimatação celular; ou estressante implica num desequilíbrio metabólico, o qual demanda ajustes bioquímicos antes que as células possam estabelecer um novo estado de crescimento ou biossíntese (VONSHAK; TORSILLO, 2004 apud DERNER, 2006). Segundo Abalde et al. (1995), no cultivo em massa de microalgas, o rendimento alcançado depende da concentração de células na cultura como o grau em que as células podem desenvolver seu potencial de crescimento. Portanto, para conseguir um cultivo de microalgas em crescimento ativo são necessários: inoculo viável de tamanho mínimo, fornecimento de nutrientes e oligoelementos, condições físico-químicas adequadas (temperatura, ph, etc.) e energia. A Figura 2 apresenta os principais fatores que devem ser considerados para o cultivo de microalgas.

20 20 Fonte: Adaptado de Abalde et al., Figura 2:Parâmetros de cultivo de Microalgas Tanto no ambiente natural quanto nos cultivos o crescimento de uma população de microalgas é resultado da interação entre fatores biológicos, químicos e físicos (FALKOWSKI; RAVEN, 1997 apud OHSE et al., 2010). Os fatores biológicos estão relacionados às próprias taxas metabólicas da espécie cultivada, bem como com a possível influência de organismos contaminantes. Quanto aos fatores físico-químicos que afetam o crescimento das microalgas são principalmente reportados estudos sobre luz, temperatura, ph, salinidade e disponibilidade de nutrientes (RICHMOND, 2004) Luz A luz constitui um fator fundamental no cultivo de microalgas, tanto para si como para suas interrelações com outros parâmetros (ABALDE et al., 1995). Como com todas as plantas, microalgas fotossintetizam e assimilam carbono inorgânico para conversão em

21 21 matéria orgânica. Luz é a fonte de energia que dirige esta reação e sua intensidade, qualidade espectral e fotoperíodo precisam ser consideradas (VILLAÇA, 2010). Para realizar a fotossíntese, as microalgas necessitam de certa quantidade de luz. A intensidade da luz desempenha um papel importante, mas as exigências variam com a profundidade da cultura e a densidade da cultura de algas: a profundidades e concentrações de células maiores, a intensidade de luz deve ser aumentada para penetrar a cultura (VILLAÇA, 2010). De acordo com Abalde et al. (1995), um fato importante a ser considerado no cultivo em massa de microalgas é a variação existente no tempo requerido para adaptação a uma nova quantidade de luz (de algumas horas a vários dias). Algumas espécies possuem pouca capacidade de resposta a trocas de intensidade de luz e morrem rapidamente ao serem expostas a aumentos relativamente pequenos desta. Segundo Villaça (2010), a luz pode ser natural ou fornecida através de tubos fluorescentes. Intensidade muito alta (por exemplo. sol direto, pequeno recipiente perto de luz artificial) pode resultar em foto-inibição. Aquecimento demais devido à iluminação natural e artificial também devem ser evitados. Tubos fluorescentes que emitem luz azul ou o espectro vermelho deveriam ser preferidos, pois representam as porções mais ativas do espectro para a fotossíntese. A duração da iluminação artificial deveria ser de 18 h mínimo de luz por dia, embora cultivos de fitoplâncton normalmente se desenvolvam sob iluminação constante Temperatura A temperatura é outro parâmetro fundamental para o crescimento de microalgas. A biomassa das microalgas responde continuamente a temperatura ambiente. Além de afetar as reações celulares, a temperatura também afeta a natureza do metabolismo, as necessidades nutricionais e a composição da biomassa (ABALDE et al., 1995). A temperatura ótima para culturas de fitoplâncton varia geralmente entre 20 e 24 C, embora isto possa variar com a composição do meio de cultura, entre as espécies e a cepa cultivada. Espécies mais comumente cultivadas de microalgas toleram temperaturas entre 16 e 27 C. Temperaturas abaixo de 16 C reduzirão a velocidade de crescimento, enquanto que mais altas que 35 C são letais para várias espécies. Se necessário, culturas de alga podem ser esfriadas por um fluxo de água fria sobre a superfície do recipiente de cultura ou controlando a temperatura do ar com unidades de ar condicionando (VILLAÇA, 2010).

22 22 Nas microalgas existe uma relação entre a temperatura e a atividade biológica, aumentando a taxa de crescimento quando aumenta a temperatura, até uma faixa ótima, acima da qual o crescimento diminui, às vezes bruscamente, podendo chegar a zero se continuar o aumento de temperatura, conforme pode ser visualizado na Figura 3 (ABALDE et al., 1995). Fonte: Kaplan et al., 1986 apud Abalde et al., Figura 3:Efeito da temperatura sobre o crescimento de microalgas ph O ph constitui um dos fatores mais importantes no crescimento de microalgas. Segundo Abalde et al. (1995), as microalgas mostram uma clara dependência em relação ao ph do meio de cultivo e diferentes espécies variam amplamente a sua resposta ao mesmo. Cada microalga apresenta um ph ótimo para cultivo (entre 7 e 9). Uma diminuição no ph geralmente é letal, porem muitas vezes pode suportar um acréscimo no ph até um certo limite. O ph varia para a maioria das espécies de alga cultivadas entre 7 e 9, com a faixa ótima sendo Um fracasso para manter um ph aceitável pode causar um colapso completo da cultura devido ao rompimento de muitos processos celulares. A estabilização é realizada arejando a cultura. No caso de cultivo de algas de alta densidade, a adição de gás carbônico permite corrigir para aumentar o ph, que pode alcançar valores limites de até ph 9 durante crescimento da alga (VILLAÇA, 2010).

23 23 Segundo Pelizer et al. (2003); Richmond e Grobbelaar (1986) apud Andrade e Costa (2008), a faixa ótima de ph para o crescimento da microalga Spirulina é de 9,5 a 10, Salinidade A concentração de sais inorgânicos dissolvidos, tanto em águas doces como em águas marinhas, pode afetar o crescimento das microalgas em função de sua atividade osmótica. A tolerância ao sal varia de acordo com as espécies, algumas só toleram concentrações milimolares de sal, enquanto outras sobrevivem em soluções saturadas. O que é um estresse salino letal para um grupo pode ser facilmente tolerado por outro grupo (ABALDE et al., 1995). Segundo Villaça (2010), a maioria das espécies cresce melhor a uma salinidade que é ligeiramente abaixo que a do hábitat nativo delas, que é obtido diluindo água de mar com água de torneira. Salinidades de g.l -1 são consideradas ótimas. A salinidade é um fator a ser considerado, especialmente em ambientes fechados, tais como baías, rios, estuários, córregos, etc, e pode ser alterado para um maior ou menor grau por evaporação no verão e efeito de diluição durante o período chuvoso (ABALDE et al., 1995) Micronutrientes Os micronutrientes incluem vários metais traço e as vitaminas tiamina (B1), cianocobalamina (B12) e às vezes biotina (VILLAÇA, 2010). Os micronutrientes são aqueles necessários em pequenas quantidades e são parte de moléculas essenciais, como fatores de crescimento de enzimas e são necessários para ativação de certas enzimas. Geralmente são necessários como micronutrientes o Fe, o Mn, o Cu, o Mo e o Co (ABALDE et al., 1995).

24 Fonte de Carbono O carbono é o elemento necessário em maiores concentrações para as algas por ser constituinte de todas as substâncias orgânicas sintetizadas pelas células (proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos, vitaminas, lipídeos, entre outros) (LOURENÇO, 2006). A fotossíntese é a principal rota de fixação do carbono, entretanto algumas espécies (incluindo o gênero Arthrospira) permitem a combinação entre a fotossíntese e a assimilação heterotrófica de compostos orgânicos, num processo chamado mixotrofia. Tal processo possibilita que o crescimento das microalgas não seja estritamente dependente da intensidade de luz nos cultivos permitindo o uso de variadas fontes desse nutriente, dependendo da aplicação da biomassa produzida e dos recursos disponíveis (CHOJNACKA; NOWORYTA, 2004 apud PINHO, 2009). Em baixa concentração extracelular de bicarbonato, as cianobactérias têm a capacidade de acumular o bicarbonato no meio intracelular e utilizar o dióxido de carbono como fonte de carbono para seu metabolismo (CORNET et al., 1998 apud LEÓN, 2010). O bicarbonato é a fonte de carbono mais frequentemente empregada em meios de cultura. É incorporado ativamente, gerando um gasto energético neste processo, sendo convertido em CO 2 que é empregado na fotossíntese, e em carbonato, que é liberado para o meio extracelular aumentando o ph do cultivo (MATSUDO, 2006). Segundo Pinho (2009) o gênero Arthrospira necessita de grandes quantidades de bicarbonato, que além de fonte de carbono, auxilia na manutenção da condição alcalina do meio de cultura, vital para o cultivo deste gênero, e constitui uma barreira para o desenvolvimento de outros microrganismos Fonte de Nitrogênio O nitrogênio é componente fundamental de três classes de substâncias estruturais e do metabolismo primário das células: proteínas, ácidos nucléicos e pigmentos fotossintetizantes (clorofilas e ficobilinas). Se o suprimento de nitrogênio é abundante em cultivos, verifica-se tendência de aumento nas concentrações de proteína e clorofila nas células. Já baixas concentrações diminuem o teor dessas duas substâncias, diminuindo drasticamente também a taxa de divisão celular. A concentração de ácido linolênico aumenta, e o conteúdo de ácidos

25 25 graxos permanece constante. As ficocianinas são degradadas e utilizadas como fonte de nitrogênio. Mais carotenóides e menos clorofilas são produzidas, gerando mudanças de cor que tendem ao amarelado (LOURENÇO, 2006; FERREIRA, 2008; COLLA; BERTOLIN; COSTA, 2004 apud PINHO, 2009). Apesar da ampla utilização dos sais de nitrato, estudos mostram uma variedade de fontes alternativas de nitrogênio. A fonte convencional de nitrogênio utilizada para a produção de Arthrospira é o nitrato de potássio. No entanto, em trabalhos desenvolvidos na Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo (FCF/USP), a utilização do processo descontínuo alimentado para o cultivo de Arthrospira platensis permitiu a obtenção de resultados bastante satisfatórios com o uso de uréia como fonte de nitrogênio, acarretando numa diminuição do custo de produção (DANESI et al., 2002 apud LEÓN, 2010) Fonte de Fósforo A utilização deste macronutriente por Arthrospira e demais microalgas está associada à síntese de moléculas orgânicas como ácidos nucléicos e fosfolipídios (ÇELEKLI; YAVUZATMACA; BOZKURT, 2009 apud PINHO, 2009). É armazenado sob a forma de grânulos de polifosfato; esses grânulos são compostos, além de fósforo, de cobre, ferro, magnésio, sódio e potássio. Possuem carga negativa em sua superfície, desempenhando também a função de absorção de metais (RANGSAYATORN et. al., 2002 apud PINHO, 2009) Utilização da Spirulina A microalga Spirulina platensis tem sido comercializada e estudada pelo seu potencial nutricional, devido apresentar elevado conteúdo de proteínas, pró-vitaminas e ácidos graxos insaturados, e também por apresentar potencial terapêutico no tratamento de inúmeras doenças (ROSA et al., 2005). Considerando a enorme biodiversidade de microalgas, este grupo representa uma fonte promissora de novos produtos com aplicações nas indústrias alimentícia e farmacêutica,

26 26 podendo atender às altas demandas desses setores através do desenvolvimento de técnicas de cultivo em massa (PULZ; GROSS, 2004 apud PINHO, 2009). Entre as aplicações clinicas da Spirulina podem-se citar (JASBY, 1984; RICHMOND, 1990 apud ABALDE et al., 1995): a) Utilização como alimento terapêutico em crianças e adultos; b) Tratamento de cicatrização de feridas; c) Proteção e tratamento do câncer; d) Estimulação da prostaglandina; e e) Reativação de enzimas humanas. Segundo Henrikson (1994), o cultivo comercial de cianobactérias é realizado para diversas finalidades, principalmente aplicação em alimentos ou rações animais, devido ao seu alto teor de proteínas, vitaminas, sais minerais, lipídios e pigmentos. A Spirulina esta legalmente autorizada como alimento ou complemento alimentar na Europa, Japão e Costa Asiática do Pacífico. Nos Estados Unidos, a FDA (Food and Drug Administration) determinou, em 1981, que a Spirulina constitui-se fonte de proteína e contem varias vitaminas e minerais, podendo ser comercializada legalmente como complemento alimentício. De acordo com Rosa et al. (2005), a Spirulina é um complemento dietético, protéico e vitamínico com notáveis propriedades farmacológicas. Esta microalga comestível que pode ser cultivada em regiões quentes vem sendo utilizada com fonte de proteínas no enriquecimento de alimentos e também está sendo utilizada em pesquisas no exterior para combater a desnutrição de crianças e adultos em países pobres com sucesso. A principal exigência para que microrganismos possam ser usados em alimentação humana são: composição adequada, em relação à concentração e qualidade dos nutrientes; ausência de substancias tóxicas e/ou alérgicas; palatabilidade (SGARBIERI, 1996). As microalgas são cultivadas principalmente para a finalidade de suplemento alimentar, uso em aqüicultura e extração de produtos de alto valor comercial (TEIXEIRA et al., 2010). Recentemente, maior atenção vem sendo dada a Arthrospira spp. pelo potencial de coloração de seus pigmentos de interesse as industrias farmacêuticas, de cosméticos e de alimentos. Segundo Danesi et al. (2002) apud León (2010), há uma tendência na substituição de corantes artificiais por produtos naturais, o que sugere a possibilidade de maior exploração de Arthrospira ssp. Pois essa cianobactéria é uma das principais fontes de clorofila na natureza.

27 27 Morist et al. (2001) apud León (2010), cultivaram Arthrospira platensis em fotobiorreator continuo com o objetivo de utilizar a biomassa como suporte para a sobrevivência dos humanos em viagens espaciais. As biomassas recuperadas e tratadas para obtenção de um produto a base de Arthrospira platensis com segurança microbiológica e manutenção da composição química e nutricional, foi considerada com potencial para ser utilizada como alimento. No Brasil, a Spirulina tem sido utilizada, basicamente, na produção de cápsulas destinadas a dieta de emagrecimento. De acordo com os fabricantes, o efeito de controlar o apetite ocorre se ingerida uma ou duas horas antes da refeição, devido à presença dos aminoácidos essenciais em quantidades balanceadas, bem como a sua composição rica em proteínas (HENRIKSON, 1994) Utilização da Spirulina na área ambiental O cultivo em massa de algas tem chamado muito a atenção devido à sua utilização na produção de alimentos para o homem e animais, reciclagem de resíduos, tratamento de esgoto e suprimento de matéria-prima para alguns compostos naturais e agentes bioativos. Neste particular, as cianobactérias representam um importante papel, consistindo uma fonte rica em proteínas, carboidratos, lipídeos, vitaminas, enzimas e outros compostos. Outros usos correntes e potenciais incluem: a) inoculante para o solo; b) produção de energia pela produção do biogás metano e conversão da energia solar através da biofotólise; c) tratamento de águas residuárias; d) remoção de metais tóxicos; etc (PINOTTI; SEGATO, 1991). Segundo Oliveira (2006), as cianobactérias são uma alternativa potencialmente capaz de contribuir com a resolução da demanda de nutrientes, elas são fontes de compostos como corantes naturais, farmacêuticos, podem ser usadas na aqüicultura, no seqüestro de CO 2 da atmosfera e alguns estudos já tem aplicado esses microrganismos na produção de biodiesel, entre outras aplicações. O Programa Nacional de Produção de Biodiesel vem incentivando a diversificação da matéria-prima para a produção de biodiesel. Entre as diversas matérias-primas para a produção de biodiesel, a biomassa de microalgas é aquela que apresenta a possibilidade de produção de biodiesel que permitirá a substituição total do diesel (cerca de 40 bilhões de litros por ano) e de modo ambientalmente sustentável (TEIXEIRA et al., 2010).

28 28 De acordo com Venkataraman (1986) apud Abalde et al. (1995), a biomassa das cianobactérias pode ser utilizada na agricultura como biofertilizante. O conceito de utilização de cianobactérias como fertilizante para fixar nitrogênio em campos de arroz foi desenvolvido na Índia em 1939 por De, que percebeu que o crescimento de cianobactérias no solo fertilizava esse solo. A partir desse conhecimento trabalhos foram realizados para melhorar o desenvolvimento de cianobactérias fixadoras endógenas do solo e ensaios de inoculação de cepas selecionadas no solo. A fertilidade dos solos de arroz é mantida pela atividade de cianobactérias heterocísticas, que crescem espontaneamente e abundantemente nesses campos. Elas fazem a fixação do nitrogênio atmosférico e secretam substâncias nitrogenadas e, através de sua decomposição, aumentam o conteúdo de substâncias orgânicas do solo (BECKER, 1981 apud PINOTTI; SEGATO, 1991). As microalgas podem ser utilizadas como fonte de energia. Segundo Benemann e Weare (1974) apud Abalde et al. (1995), o melhor sistema de biofotólise que produz hidrogênio livre se baseia em culturas de cianobactérias com heterocistos em condições limitantes de nitrogênio. Outra fonte de pesquisa nessa área é a conversão da energia solar através da biofotólise. As cianobactérias heterocísticas possuem a capacidade excepcional de evoluir oxigênio durante a fotossíntese, em células vegetativas e, simultaneamente, evoluir H 2 pela transferência de elétrons a íons H +, catalisada pela nitrogenase presente nos heterocistos, na ausência de nitrogênio ou outros substratos da nitrogenase (PINOTTI; SEGATO, 1991). Outro aspecto que tem sido desenvolvido é a produção de metano a partir da biomassa de microalgas por digestão anaeróbia (COHEN, 1988 apud ABALDE et al., 1995). De acordo com Pinotti e Segato (1991), lagoas com microalgas têm sido usadas extensivamente no tratamento de águas de despejo. As cianobactérias podem ser utilizadas no tratamento de águas residuais; desintoxicação biológica e controle de metais tóxicos em águas naturais ou em águas contaminadas industrialmente (OSWALD, 1988; LINCOLN; EARLE, 1990; MAEDA; SAKAGUCHI, 1990; GREENE; BEDELL, 1990 apud ABALDE et al., 1995). Muitos tipos de águas residuais, de origem doméstica, animal ou industrial, constituem um meio apropriado para o crescimento de microalgas, que crescem rapidamente nesses meios, convertendo a energia em matéria orgânica celular e produzindo calor. Esse calor é benéfico, pois acelera o tratamento microbiológico aeróbio e anaeróbio dos resíduos e, simultaneamente, acelera a morte de espécies patogênicas que possam estar presentes na água. A atividade fotossintética fornece oxigênio para oxidação microbiológica dos resíduos, bem

29 29 como a incorporação fotossintética de CO 2 aumenta o ph do efluente para um nível letal para muitas bactérias e vírus patogênicos (RICHMOND, 1980 apud ABALDE et al., 1995). Outra aplicação de microalgas na proteção ambiental leva em consideração a capacidade que elas apresentam de adsorverem metais tóxicos, sendo utilizadas então para remoção dos mesmos de corpos de água e ainda na mineração de vários metais (BENEMANN, 1990 apud PINOTTI; SEGATO, 1991) DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) De acordo com a NBR 9896 (ABNT, 1993), a demanda química de oxigênio (DQO) é a quantidade de oxigênio consumido na oxidação química da matéria orgânica existente na água, medida em teste específico. Não apresenta necessariamente correlação com a DBO. É expressa em miligramas de oxigênio por litro de água. Usada geralmente como indicador do grau de poluição de um corpo de água, ou de uma água residuária. A DQO é um parâmetro utilizado para estimar de modo indireto a quantidade de oxigênio dissolvido (O2) que será consumido na degradação da matéria orgânica (MO) presente no ambiente aquático ou numa solução aquosa residuária. Para tanto, utiliza-se um agente químico, o qual sob condições específicas causará a oxidação da matéria orgânica, biodegradável ou não. A partir da quantidade de reagente químico gasto na oxidação determina-se a quantidade de matéria orgânica e a partir desta, a quantidade de O 2 dissolvido por litro de solução. No caso da determinação do índice de DQO de um efluente, o valor obtido indicará a quantidade de oxigênio, em miligramas, que um litro (1L) deste efluente consumirá de um corpo d água receptor se toda a matéria orgânica presente neste for mineralizada (MENDES, 2009). A DQO é um parâmetro muito usado para estimar o potencial poluidor de efluentes domésticos e industriais, ou seja, o impacto causado por estes efluentes sobre os ecossistemas aquáticos (HANSON, 1992). O agente oxidante normalmente usado na determinação do índice de DQO é o dicromato de potássio (K 2 Cr 2 O 7 ), em meio ácido, pois apresenta vantagens, tais como: é relativamente barato e fácil de purificar, é um padrão primário e é capaz de oxidar completamente a grande maioria dos compostos orgânicos (MENDES, 2009). A DQO é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais. A DQO é muito útil quando utilizada conjuntamente com

30 30 a DBO para observar a biodegradabilidade de despejos. Sabe-se que o poder de oxidação do dicromato de potássio é maior do que o que resulta mediante a ação de microrganismos, exceto raríssimos casos como hidrocarbonetos aromáticos e piridina. Desta forma, os resultados da DQO de uma amostra são superiores aos de DBO (CETESB, 2010) METAIS TÓXICOS Todas as formas de vida são afetadas pela presença de metais, os quais diferem das outras substâncias potencialmente tóxicas pelo fato de não serem produzidos ou destruídos pelo homem (TONIETTO, 2006). Os metais estão originalmente distribuídos no ambiente em razão dos ciclos biogeoquímicos da matéria. O intemperismo dissolve rochas, podendo transportar metais para rios e lagos, solos adjacentes e oceanos. Os ciclos biológicos incluem a bioacumulação e a biomagnificação, os quais transformam teores normais em concentrações tóxicas, para diferentes espécies da biota e para o próprio homem (TAVARES; CARVALHO, 1992). Os metais tóxicos, definidos como elementos com densidade relativa maior que 5 g.cm -3, estão presentes em rochas e em concentrações elevadas, em áreas com adição de rejeitos industriais, biossólidos e alguns agroquímicos. Quando em excesso no solo, esses elementos podem inibir o crescimento das plantas e causar alterações nas comunidades vegetais, como também exercer efeitos adversos sobre os microrganismos do solo, interferindo nas funções do ecossistema, com conseqüências ao meio ambiente e à saúde pública (CARNEIRO et al., 2001). Os metais tóxicos estão situados, na Tabela Periódica, perto da parte inferior, sendo suas densidades altas em comparação a de outros materiais comuns (BAIRD, 2002). Entre os metais tóxicos mais estudados, encontram-se elementos não essenciais para os vegetais, como o Pb, Cd, Cr e Hg; e os micronutrientes Cu, Zn, Fe, Mn e Mo. Porém, mesmo os essenciais podem tornar-se contaminantes ou poluentes de solo e água. A poluição do solo por metais tóxicos apresenta caráter pontual quando se dispõe resíduos agrícolas e industriais, rejeitos de mineração, lodo de esgoto e lixo urbano, e caráter mais abrangente, quando a fonte de contaminação constitui-se de corretivos de solo, fertilizantes ou outro condicionador de solo (CAVALCANTI; NASCIMENTO, 2010).