Biorremediação de solo contaminado com óleo de soja através de atenuação natural e bioaumentação por Aspergillus fumigatus

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1 Biorremediação de solo contaminado com óleo de soja através de atenuação natural e bioaumentação por Aspergillus fumigatus Cleomar Reginatto, Eduardo Pavan Korf, Antonio Thomé e Luciane Maria Colla* Laboratório de Biotecnologia Ambiental, Curso de Engenharia Ambiental, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Universidade de Passo Fundo, Campus I, BR 285, Bairro São José, Caixa Postal 611, CEP , Passo Fundo RS *Autor para correspondência: RESUMO O óleo vegetal é inerente às atividades alimentícias em todo o mundo e possui um tempo de vida útil curto, tornando-se assim um importante contaminante de solos e recursos hídricos pelo seu destino incorreto. Várias são as técnicas utilizadas para remediar locais contaminados, dentre estas a biorremediação se destaca devido a sua versatilidade e adaptação a diversos locais e contaminantes. Objetivou-se realizar a biorremediação de um solo argiloso contaminado por 10% de óleo vegetal, através da utilização das técnicas de atenuação natural e bioaumentação. O bioaumento foi com 5 % e 10 % de farelo fermentado contendo fungo Aspergillus fumigatus. Foram realizadas análises da concentração de óleos e graxas em 0 d, 15 d e 30 d. Para a atenuação natural não houve uma remoção significativa do contaminante. Para a bioaumentação as remoções foram de 78,6 % e 93,7 % com 5 % e 10 % de farelo fermentado, respectivamente. Palavras-chave: Biorremediação, solo, óleo vegetal INTRODUÇÃO Os resíduos gerados pela humanidade têm causado crescente poluição e impactos ambientais devido ao tratamento incorreto e disposição final. Um dos resíduos cujo destino, tratamento ou reciclagem são muitas vezes desconhecidos pela população é o óleo vegetal (Stoll e Gupta, 1997). Os óleos vegetais são utilizados na preparação de alimentos para fins domésticos e industriais (Montagnolli et al., 2009). Como apresenta curta vida útil e o seu descarte nem sempre ocorre de maneira correta, torna-se um importante contaminante de solo e recursos hídricos, provocando passivos ambientais, dentre os quais se destacam a proliferação de vetores de doenças, a contaminação do solo e mananciais hídricos, o entupimentos de tubulações e consequente mal cheiro, desequilíbrios nos ecossistemas (Junior et al., 2009). A aplicação da biorremediação como um processo biotecnológico, utilizando microrganismos tornou-se um campo de estudo crescente na microbiologia, devido ao seu potencial de resolver as crescentes e inúmeras contaminações ambientais através da biodegradação destes poluentes. Os microrganismos apresentam potencial para a remoção de

2 poluentes no solo, água e sedimentos, contribuindo para que a biorremediação tenha vantagens em comparação com outras técnicas de remediação (Nano et al, 2003;. Demnerova et al, 2005;. Morelli et al., 2005). A biorremediação, segundo Martins et al. (2003), é o processo de tratamento que utiliza microrganismos para degradar substâncias toxicamente perigosas, transformando-as em substâncias menos ou não tóxicas. Dentre as várias técnicas de biorremediação que podem ser realizadas tem-se a bioaumentação e a atenuação natural (Martins 2003; Bento et.al, 2003, Lin et al. 2010). A bioaumentação é definida como uma implementação de microrganismos externos ao sistema natural, com capacidade para degradar uma determinada classe de poluente (Macêdo, 2000). Neste caso são adicionados microrganismos com elevado potencial de degradação do contaminante. No entanto, tal método permanece auxiliado por processos típicos naturais (Jacques et. al, 2007). A bioaumentação pode ocorrer através do isolamento e seleção de microrganismos de locais contaminados, pelo uso de cepas com habilidade previamente comprovada de degradação do composto tóxico ou pelo uso de microrganismos genéticamente modificados (Sakar et al., 2005; Siqueira et al., 1994). Porém, o uso da bioaumentação é ainda muito restrito a situações mais especificas. Os fungos do gênero Aspergillus são muito utilizados para remediação de áreas contaminadas com vários tipos de contaminantes, tais como gasolina, diesel e hidrocarbonetos no geral (Cerniglia, 1997; Lemos et al. 2003; Jacques et al. 2005a). A atenuação natural é a técnica que utiliza processos naturais para degradação e redução das concentrações de contaminantes para níveis aceitáveis. Esses processos, que são de natureza física, química e biológica, constituem: diluição, volatilização, biodegradação, adsorção e reações químicas (Boscov Gimenez, 2008; Jacques et.al., 2007). Objetivou-se realizar a biorremediação de um solo argiloso, contaminado por compostos oleosos de origem vegetal, através das técnicas de bioaumentação e atenuação natural. MATERIAL E MÉTODOS Solo de estudo O estudo da biorremediação foi realizado utilizando um solo proveniente do Campo Experimental de Geotecnia da Universidade de Passo Fundo, localizado nas proximidades do Centro Tecnológico de Engenharia (CETEC). O solo é um material residual e pertence à província geológica do planalto rio-grandense, segundo a geologia do Rio Grande do Sul, e à bacia do Paraná segundo a geologia do Brasil (Bertorelli e Haralyi, 1998), que recebeu derrames vulcânicos no período mesozóico sobre um pacote de rochas sedimentares. O solo é caracterizado, em sua pedologia, por ser um Latossolo Vermelho Distrófico húmico (Streck, 2008). A Tabela 1 apresenta uma caracterização geotécnica e físico-química do solo, verificando-se que o solo apresenta ph ácido, alto teor de argila, baixo teor de matéria orgânica e baixa capacidade de troca iônica, típica de solos com predominância do argilo-mineral caolinita (Streck et al., 2008). A partir dos parâmetros geotécnicos, o solo é classificado como CH, ou argila de alta plasticidade. Amostras deformadas de solo superficial da área foram coletadas, priorizando a camada de cerca de 5 cm a 20 cm, por esta apresentar a maior fração de matéria orgânica e predominância de microbiota aeróbia do solo. A amostragem foi realizada com o uso de pá de corte e concha e obedeceu ao critério de não preceder pluviosidade em dias anteriores, preservando as características naturais. Após a

3 extração foi realizada a determinação da umidade natural (w) segundo ABNT NBR 6457 (1986). Tabela 1: Características geotécnicas e físico-químicas do solo Parâmetro Valor Agila (%) 68 Silte (%) 5 Areia (%) 27 Limite de Liquidez (%) 53,0 Limite de Plasticidade (%) 42,0 Peso específico real dos grãos (kn/m³) 26,7 Umidade Natural (%) 34 Peso específico natural (kn/m³) 16,3 Índice de Vazios 1,19 Grau de Saturação (%) 75,7 Porosidade (%) 54 ph 5,4 Matéria Orgânica (%) < 0,8 Capacidade de Troca Catiônica 8,6 (cmol c /dm³) Condutividade hidráulica (cm/s) 1,39x10-7 Contaminação do Solo O solo com a umidade natural de campo foi contaminado com 10% de óleo vegetal. Biorremediação Os ensaios de biorremediação consistiram na aplicação de bioaumento e monitoramento da atenuação natural. O ensaio de bioaumento foi realizado com adição de 5 % e 10 % de farelo fermentado com o fungo Aspergillus fumigatus. Para o ensaio de monitoramento da atenuação natural, a amostra de solo foi contaminada com óleo vegetal não foi adicionado farelo fermentado (0 %). Os ensaios foram realizados em sacos plásticos, os quais foram mantidos abertos em ambiente com temperatura controlada de 25 C e umidade de 95%. Nos tempos inicial, 15 d e 30 d, foram realizadas coletas de amostras para a determinação da umidade do solo segundo ABNT NBR 6457 (1986). e da concentração residual de óleos e graxas, em duplicata, pelo método de Soxhlet, conforme pela APHA (2000). Produção do farelo fermentado para realização do bioaumento O preparo do inóculo foi realizado pela incubação dos fungos em placas de Petri contendo ágar-batata-dextrose por 5 d a 30 ºC. Após, foi realizada a raspagem dos esporos para obtenção de uma suspensão de esporos com auxílio de 20 ml de solução de Tween 80 a 0,1 % (v/v). O meio de cultivo para a produção do farelo fermentado foi composto por farelo de soja (85%) e casca de arroz (15%), ajustando-se o ph para 5,0 com solução de HCl 1,5M, e a umidade para 60 % com água destilada. Ao meio adicionou-se 2% (v/p) de óleo de soja como indutor da produção de biossurfactantes pelos fungos. O meio de cultivo foi inoculado com a suspensão de esporos na concentração de esporos/g meio. A fermentação foi realizada a 30 ºC durante 5 d, sendo o farelo fermentado obtido utilizado para a realização do bioaumento.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES A umidade natural do solo no início do experimento, com base no peso seco, foi de 25,3 %. Após 30 d de biorremediação a umidade do solo nos ensaios não apresentou grande variação, sendo adequada para processo de biorremediação. Segundo Cookson (1994), o teor de umidade do solo afeta diretamente a biodisponibilidade de contaminantes, a transferência de gases, o nível de toxicidade dos contaminantes, a movimentação e o estado de crescimento dos microrganismos e a distribuição das espécies. A água é o veículo de transporte de nutrientes e do oxigênio para fora e dentro das células dos microrganismos. A escassez, assim como o excesso de água no solo é um fator limitante uma vez que as reações metabólicas dependem desta para ocorrer e o seu excesso pode inibir a passagem de oxigênio através do solo (Spinelli, 2005). A remoção de óleos e graxas (%) através de atenuação natural e bioaumentação apresenta-se na Tabela 1. O cálculo de remoção de óleos e graxas (O&G) foi realizado considerando-se a concentração de O&G presente no tempo inicial de cada ensaio. As concentrações de O&G superiores a mg/kg (10% de contaminação do solo) obtidas nos ensaios com adição de 5 e 10% de farelo fermentado justificam-se pela concentração de gorduras presentes nos substratos utilizados para a produção do farelo fermentado. A bioaumentação com 10 % de farelo fermentado apresentou a maior remoção (93,74 %), seguida da biaumentação com 5 % de farelo fermentado (78,64 %) no tempo de 30 d de tratamento. A atenuação natural apresentou remoção máxima em torno de 6-7%. De acordo com Moreira e Siqueira (2002), a baixa eficiência de remoção obtida na atenuação natural é explicada devido os microrganismos nativos degradadores necessitarem de um tempo para a aclimatação ao meio. Nos ensaios de bioaumento, uma grande quantidade de microrganismos foi adicionada ao solo através do farelo fermentado, auxiliando os microrganismos nativos do solo e aumentando a remoção do óleo de soja adicionado como contaminante (Sarkar, 2005). Tabela 1 Concentração de Óleos e Graxas (mg/kg) e percentuais de remoção de óleos e graxas em função do tempo (d) e do tipo de tratamento (atenuação natural ou bioaumentação com 5 e 10 % de farelo fermentado com o fungo Aspergillus fumigatus) Tempo (d) % FF O&G (mg/kg)* Remoção de O&G (%) ,00 a 93, ,73 a 78, ,47 b 7, ,79 b 6, ,81 b 0, ,19 b 28, ,95 b 26, ,18 c 0, ,43 c 0,00 * Valores de O&G seguidos de letras diferentes apresentaram diferenças significativas no teste de Tykey a 5% de significância

5 A análise de variância dos dados de concentração de óleos e graxas demonstrou que a interação dos fatores tempo de tratamento e proporção de farelo fermentado (0%, 5% e 10%) foram significativas (p<0,0001) considerando um intervalo de confiança de 95%. Os efeitos individuais do percentual de farelo fermentado e do tempo de tratamento apresentaram níveis de significância (p) de 0,275 e inferior a 0,0001, respectivamente As menores concentrações de óleos e graxas foram obtidas aos 30 d de tratamento com a adição de 5 % e 10 % de farelo fermentado, sendo estes tratamentos iguais entre si (p>0,05), conforme Tabela 1. CONCLUSÕES A técnica de bioaumentação, comparada à técnica da atenuação natural, apresentou maior remoção de óleos e graxas, se mostrando eficaz para degradação desses compostos. A bioaumentação com 5 % de farelo fermentado apresentou a eficiência de remoção de 70,2 % e, com 10 % de farelo fermentado, de 93,7 %. Já a atenuação natural não apresentou remoção significativa. A analise estatística mostrou diferenças entre as técnicas de bioaumento e atenuação natural, mas em relação a utilização de 5 % ou 10 % de farelo fermentado houve uma igualdade estatística entre os dois tratamentos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alvarez, P.J.J.; Illman, W.A. (2006), Bioremediation and natural attenuation: process fundamentals and mathematical models. New Jersey: Wiley-Interscience, 609 p. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of water and wastewater. 20.ed. Washington: APHA, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457: Amostras de solo - Preparação de ensaios de compactação e caracterização. Rio de Janeiro, Baptista, S.J.; Cammarota, M.C.; Freire D.D.C. (2005), Production of CO 2 in crude oil bioremediation in clay soil. Brazilian archives of biology and technology. v.49, p Bento, F.M.; Camargo, F.A.O.; Okeke, B. (2003), Bioremediation of soil contaminated by diesel oil. Brazilian Journal of Microbiology, v.34, n.1, p Bertorelli, A.; Haralyi, N. (1998), Geologia do Brasil. In: Oliveira, A. M. S.; Brito, S. N. A. (Coord.) Geologia de engenharia. São Paulo: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia. Cookson, J.T. (1994), Bioremediation Engineering: Desing and Application. McGraw-Hill. New York. Demnerova, K.; Mackova, M.; Spevakova, V.; Beranova, K.; Kochankova, L.; Lovecka, P.; Ryslava, E.; Macek, T. (2005), Two approaches to biological decontamination of groundwater and soil polluted by aromatics characterization of microbial populations. International Microbiology, v. 8, p Jacques, R.J.S. (2005), Biorremediação de antraceno, fenantreno e pireno em um argissolo. Tese de doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. Jacques, R.J.S.; Bento, F.M.; Antoniolli, Z.I.; Camargo, F.A.O. (2007), Biorremediação de solos contaminados com hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Ciência Rural, v. 37, n.4, p Pitta Junior, O.S.R.; Nogueira Neto, M.S.; Sacomano, J.B.; Lima, J.L.A. (2009), Reciclagem do Óleo de Cozinha Usado: uma Contribuição para Aumentar a Produtividade do Processo. Anais do 2 international

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