MONITORAMENTO DA BIORREMEDIAÇÃO EM SOLO ARGILOSO CONTAMINADO COM BIODIESEL

MONITORAMENTO DA BIORREMEDIAÇÃO EM SOLO ARGILOSO CONTAMINADO COM BIODIESEL Liliane Rebechi Ribeiro Meneghetti UFRGS, Porto Alegre, Brasil, lilianerebechi@hotmail.com Fernando Schnaid UFRGS, Porto Alegre, Brasil, fernando@ufrgs.br, Antônio Thóme UPF, Passo Fundo, Brasil, thome@upf.br Norimar D`Ávila Denardin UPF, Passo Fundo, Brasil, norimar@upf.br Vagner Schüler Berté UPF, Passo Fundo, Brasil, vagnerberte@gmail.com RESUMO: Quando ocorre um vazamento de combustível várias técnicas de remediação são indicadas para a recuperação do ambiente degradado, e uma variedade de processos físico-químicas e biológicos são empregados para remoção de contaminantes orgânicos de águas subterrâneas e sistemas de solos. O objetivo deste trabalho é avaliar a atividade microbiológica em solo argiloso contaminado com biodiesel, pelos processos de biorremediação: atenuação natural e bioestimulação e, assim como determinar o percentual de biodegradação. O experimento foi desenvolvido em laboratório com amostras de solo deformadas. O monitoramento da biodegradação foi realizado através dos métodos de evolução de CO 2 e cromatografia gasosa, durante o período de 120 dias. O tratamento onde o solo contaminado foi estimulado com soluções de NPK foi o que apresentou maior liberação de CO 2. PALAVRAS-CHAVE: Biodiesel, Atenuação Natural, Bioestimulação, Solo Argiloso, Contaminação 1 INTRODUÇÃO A contaminação de solos causada por vazamentos de combustíveis é um tema presente nas pesquisas da área de geotecnia ambiental. De acordo com Alexander (1994), a biodegradação de compostos tem sido um assunto de grande interesse por mais de 40 anos. Estudos recentes mostram que os princípios básicos da biodegradação estão relacionados com a biorremediação, no entanto, a interação adequada dessas duas áreas afins necessita do conhecimento de não somente uma ou duas disciplinas, mas sim a integração de várias áreas. Conforme Moreira e Siqueira (2002), a biorremediação é fundamentada nos processos de degradação microbiana e reações químicas combinadas com processos de engenharia, criando condições para maximizar as transformações dos contaminantes orgânicos do solo. Essas transformações no solo sob influência dos microrganismos vão da simples remoção de um único átomo da molécula à mineralização completa da substância orgânica. O objetivo da biorremediação é mineralizar os poluentes, liberando apenas substâncias como dióxido de carbono e a água. A biorremediação baseia-se em três aspectos principais: a existência de microorganismos com capacidade catabólica para degradar o contaminante; a

disponibilidade do contaminante ao ataque microbiano ou enzimático e condições ambientais adequadas para o crescimento e atividade do agente biorremediador. (PEREIRA e LEMOS, 2005). Apesar de fundamentada em um único processo básico (biodegradação), as técnicas de biorremediação envolvem variações de tratamentos in situ (no local) e ex situ (fora do local) que podem envolver inúmeros procedimentos. As técnicas de biorremediação podem ser utilizadas em todas as tecnologias, visando à otimização do processo de degradação dos poluentes pelos microrganismos. Dentre estas se destacam: a adição de nutrientes (bioestimulação) que aumenta a atividade microbiana nativa e a adição de linhagens microbianas exógenas degradadoras (bioaumentação) (RAIMUNDO e RIZZO, 2003). A técnica de biorremediação mais apropriada depende das características do local contaminado, do tipo de contaminante, da natureza e propriedade do poluente e do uso final do meio. A proporção e disponibilidade de contaminantes, substratos e nutrientes, as condições de umidade, aeração e temperatura e a presença de compostos inibitórios são fatores que geralmente limitam a biorremediação. Segundo Moreira e Siqueira (2002), vários contaminantes podem ser tratados biologicamente com sucesso. A utilização do biodiesel como combustível tem apresentado um potencial promissor no mundo inteiro. Em primeiro lugar, pela sua enorme contribuição ao meio ambiente, com a redução qualitativa e quantitativa dos níveis de poluição ambiental, e em segundo lugar como fonte estratégica de energia renovável em substituição ao óleo diesel e outros derivados de petróleo. Dentre as matérias-primas mais utilizadas figuram o óleo de soja, canola e mamona, alguns tipos de óleos de frituras e sebo de boi (NETO et al. 1999). O biodiesel foi definido pela National Biodiesel Board dos Estados Unidos como o derivado monoalquil éster de ácidos graxos de cadeia longa, provenientes de fontes renováveis como óleos vegetais ou gordura animal, cuja utilização está associada à substituição de combustíveis fósseis em motores de ignição por compressão (motores do ciclo diesel). Enquanto produto pode-se dizer que o biodiesel tem as seguintes características: (a) é praticamente livre de enxofre e aromáticos; (b) tem alto número de cetano; (c) possui teor médio de oxigênio em torno de 11%; (d) possui maior viscosidade e maior ponto de fulgor que o diesel convencional; e, (e) possui nicho de mercado específico, diretamente associado a atividades agrícolas (RAMOS, 1999). Segundo Schüller (2000) a obtenção do biodiesel é realizada pela reação de transesterificação de óleos vegetais ou animais com um álcool (metanol ou etanol), na presença de um catalisador e como co-produto da reação a glicerina. O esquema simplificado da reação apresenta-se a seguir na Figura 1: ÓLEO + ÁLCOOL ÉSTER + GLICERINA Catalisador (NaOH/KOH) BIODIESEL Figura 1. Esquema simplificado da reação de transestereficação. A degradação do biodiesel esta ligada a sua composição (Ferrari, 2005). Quimicamente, os óleos e ou gorduras possuem moléculas de triglicerídeos constituídos de três ácidos graxos de cadeia longa, os quais são ligados a uma única molécula de glicerol. Estes ácidos graxos se diferem pelo comprimento da cadeia longa, do número, da orientação e da posição das duplas ligações presentes na cadeia. O objetivo deste trabalho é monitorar a atividade microbiológica de um solo argiloso contaminado com biodiesel pelos processos de biorremediação: atenuação natural e da bioestimulação e, determinar o percentual de biodegradação através do método de cromatografia gasosa. 2 MATERIAS E MÉTODOS 2.1 Programa Experimental Os experimentos foram conduzidos em laboratório para a avaliação da atenuação natural e da bioestimulação. As amostras deformadas do solo foram coletadas a

profundidade de 120cm, e encaminhadas ao laboratorios da UPF para as análises físicoquímicas e microbiológicas. A Figura 2 apresenta o programa experimental do estudo. O solo em estudo é um solo residual de basalto, horizonte B, proveniente de um talude situado no Campo Experimental de Geotecnia da Universidade de Passo Fundo, localizado no município de Passo Fundo. As principais características fisico-quimicas do solo em estudo apresentam-se na Tabela 2. Tabela 2. Caracteristicas físico-químicas do solo. Figura 2. Programa Experimental 2.2 Contaminante Para o desenvolvimento desses processos utilizou-se, como contaminante do solo, o biodiesel de origem vegetal proveniente da empresa BSBIOS conforme descrito na tabela 1. Tabela 1. Composição média de ésteres de ácidos graxos do biodiesel metílico. Símbolo numérico Nome trivial Composição de Ésteres de ácidos graxos (%) C14:0 Miristico 0,06 C16:0 Palmítico 11,58 C18:0 Esteárico 5,1 C18:1 Trans Oléico 0,0 C18:1 Cis Oléico 24,14 C18:2 Cis Linoleico 52,2 C18:3 Cis Linolênico 7,47 C20:0 Araquídico 0,46 Parâmetros Solo Argila (%) 57 ph H 2 O 5,4 Ind. SMP 5,4 P (mg/dm 3 ) 3 K (mg/dm 3 ) 35 MO (%) < 0,8 CTC (cmol c /dm 3 ) 9,6 Limite de Liquidez (LL) - % 53 Limite de Plasticidade (LP) - % 42 Índice de Plasticidade (IP) - % 11 Densidade 2,7 Umidade (%) 34 2.3 Ensaios de biodegradação Os solos foram acondicionados em potes de vidro herméticos de 2L, num total de 24 amostras por um período de 120 dias. Cada amostra continha 0,5 kg de solo seco (Figura 2) quando então foram adicionados o biodiesel e a do bioestimulação com NPK (Nitrogênio, Fósforo e Potássio). Figura 3. Microcosmos do experimento sendo adicionado o solo.

Para a contaminação do solo utilizou-se 25mL/kg de solo correspondente a 50L/m 2. A solução de NPK foi utilizada como 2,5mL/kg de solo seco, sendo a concentração para o solo argiloso em estudo de: NH 4 NO 3 (0,275g/50ml de água destilada) e KH 2 PO 4 (0,875g/50ml de água destilada). A bioestimulação foi determinada conforme as proporções de N:P:K ideais para o desenvolvimento dos microrganismos. O experimento foi dividido em 4 tratamentos: T1 - Atenuação Natural (controle), T2 - Atenuação Natural + Biodiesel, T3 - Bioestimulação, e T4 - Bioestimulação + Biodiesel. A atividade microbiológica foi monitorada pelo método de Evolução de CO 2, conforme descrito por Spinelli (2005) e Meneghetti (2007) e a quantificação microbiológica do solo natural pelo método de diluiçao seriada pelo número de UFC (Unidades formadoras de colônias). O perfil cromatográfico foi obtido, utilizando um cromatógrafo gasoso com detector de ionização de chama, fabricante VARIAN e modelo STAR 3400 CX. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Evolução de CO 2 A atividade microbiana pode ser observada através da evolução de CO 2, indicando o aumento populacional dos microrganismos em todos os tratamentos. No tempo zero a quantidade de microrganismos foi a mesma para todos os tratamentos, sendo a população microabiana de aproximadamente 1,93 UFC x 10 3. A maior atividade microbiológica apresentou-se no tratamento Bioestimulação (Figura 4), devido a adição da solução bioestimuladora. A fase de adaptação dos microrganismos foi observada no periodo de 10 dias, em seguida inicia-se a fase de crescimento onde a atividade microbiológica foi característica para cada tratamento. O T3, foi o tratamento que obteve a maior atividade microbiológica, neste tratamento os nutrientes estao mais biodisponíveis e, portanto, sao mais facilmente assimilados pelos microrganismos. Os tratamentos T1, T2 e T4 tiveram um crescimento semelhante durante os 70 dias da pesquisa, apartir daí os microrganismo do T2 e T4, ja adaptados ao contaminante iniciam o processo de biodegradação, diferenciando-se do tratamento controle (T1), que aos 90 dias da ínicio à fase de estabilização e posteriormente a fase de declínio. CO 2 (mg.kg -1 ) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 T1 T2 T3 T4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tempo (dias) Figura 4. Evolução de CO 2 acumulado no período de 120 dias. No tratamento controle, a atividade microbiológica desenvolve-se gradativamente, porém em menor proporção quando comparado aos demais tratamentos que receberam de uma forma ou de outra nutrientes. De acordo com Baptista e Rizzo (2004), pelo processo de atenuação natural um poluente orgânico do solo, sem acréscimo de nutrientes ou adequação de qualquer condição ambiental, pode ocorrer de maneira contínua devido ao processo de adaptação natural da microbiota nativa do solo impactado. Esses microrganismos passam, então, a utilizar o composto orgânico poluente como fonte de carbono, ocasionando assim uma redução da sua concentração ao longo do tempo. O esperado pelos autores seria que o T4 apresentasse a maior atividade microbiológica, ja que a proporção de CNPK foi determinada de acordo com as condições ideais para o desenvolvimento dos microrganismos. No entanto, quando contaminamos o solo (T2 e T4) estamos impactando e consequentemente

alterando o meio, desta forma, os microrganismos necessitam de um período mais longo de adaptação para assimilação do contaminante. Nesse período aos microrganismos continuam se desenvolvendo utilizando os nutrientes do solo natural como fonte de energia. Estima-se que para tempos maiores de avaliação, enquanto os tratamentos T1, T2 e T3 estiverem na fase de estabilização e posterior declínio, o T4 ainda esteja em fase de crescimento. 3.2 Cromatografia Pela análise dos perfis cromatográficos constatou-se a diminuição dos ésteres de ácidos graxos insaturados (C18:1 Cis, C18:2 Cis e C18:3 Cis). Em contrapartida, aumentou a porcentagem de ácidos graxos saturados ( C16:0 C18:0, C20:0 e C18:1 T). No tratamento T4, ácido mirístico (C14:0) e o ácido linolênico (C18:3 Cis) apresentaram completa redução da concentração em relação ao controle, indicando a degradação completa desses compostos. De acordo com Prado (2007), qualquer espécie de degradação sofrida deverá afetar, inicialmente as ligações duplas das cadeias carbônicas. Essas ligações, neste caso, estão mais susceptíveis as reações de degradação do que as ligações simples. 4 CONCLUSÃO A maior atividade microbiológica foi observada na técnica Bioestimulação (T3). Os ácidos graxos insaturados foram os que sofreram maior biodegradação em todos os tratamentos. Na Bioestimulação + Biodiesel (T4) ocorreu a redução completa do C14:0 e C18:3 Cis, indicando a biodegradação das cadeias carbônicas. A técnica de biorremediação que apresentou a maior atividade microbiana, não apresentou maior biodegradação do contaminante, provavelmente pela ação de fatores abióticos (foto-oxidação do biodiesel). AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a UPF pela disponibilização dos laboratórios e equipamentos, ao CAPES a bolsa de doutorado concedida a Meneghetti, L.R.R. e a FAPERGS pela bolsa de iniciação científica concedida a Berte V.S, e ao CNPq pela bolsa de pesquisador concedida ao segundo e terceiro autor. REFERÊNCIAS Alexander, M. (1994). Biodegradation and Bioremediation. San Diego: Academic Press. 302 p. Baptista, P.M. e Rizzo, A.C de L. (2004). Acompanhamento do processo de Atenuação natural de solo contaminado por petróleo. XII Jornada de Iniciação Científica do CETEM/MCT. Ferrari, R.A., Scabio. (2005). A Estabilidade oxidativa de biodiesel se ésteres etílicos de ácidos graxos de soja. Sci. Agric., Piracicaba, Vol.62. p. 291-295. Meneghetti, L.R.R. (2007). Biorremediação na descontaminação de um solo residual de basalto contaminado com óleo diesel e biodiesel. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia. Departamento de Engenharia Civil. Universidade de Passo Fundo. 112 p. Moreira, F. M. S. e Siqueira, J. O. (2002). Microbiologia e Bioquímica do Solo. Lavras: Ed. UFLA. 729 p. National Biodiesel Boards. (1998) In: Anais do Congresso Internacional de Biocombustíveis Líquidos a Partir de Óleos Vegetais. Instituto de Tecnologia do Paraná, Secretaria de estado da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior; Curitiba, PR, 19 a 22 de julho, p. 42. Neto, P.F. da S., Santos, R. e Rizzo. A. (1999). Estudo da aplicação de material estruturante na biorremediação de solos contaminados por petróleo em biorreator.disponível em: http//:www.cetem. gov.br/publicacoes>. Acesso em: jan.2007. Paul, E.A. e Clarck, F.E. (1996). Soil Microbiology and Biochemistry. San Diego: Academic Press. 340 p. Pereira, L. T. C. e Lemos, J. L. S. (2005). Degradação de hidrocarbonetos de petróleo por Aspergillus Niger e Penicillium Corylophilum. Disponível em: http://www.scielo.com.br/. Acesso em: mar. 2006. Prado, E.A.P. Sitta, S.A.P. e Meneghetti, L.R.R. (2007) Monitoramento da degradação de biodiesel de sebo bovino por bactérias. Sociedade Brasileira de Química. 30ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. Prescott, L. M. Harley, J. P. e Klein, D. A. (1999). Microbiology. Boston: McGraw-Hill. Ramos, L. P. et al. (2000). Produção de biocombustível alternativo ao óleo diesel através da transesterificação de óleo de soja usado em frituras. Química Nova, Vol. 23, p 531-537, abr.

Schuller, A. (2007). Produção de biodiesel e controle de qualidade por cromatografia. Disponível em:<http://www.perkinelmer.com.br/home/seminario s/biodiesel%20_%20prof.% schuller.pdf>. Acesso em: jan. 2007. Spinelli, L. de F. (2005). Biorremediação, Toxicidade e Lesão Celular em derrames de gasolina. Tese de Doutorado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia. Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 194 p. Tedesco, M.J. Gianello, C., Bissani, C.A., Bohnen, H. e Volkweiss, S.J. (1995). Analise de solos, plantas e outros materiais. Porto Alegre: Faculdade de Agronomia/ UFRGS.