Biorremediação

Biorremediação

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usado, por muitas dØcadas, para a iluminaçªo e, em menor escala, como lubrificante. A invençªo do motor de combustªo interna e sua adoçªo rÆpida em todas as formas de transporte ampliaram o emprego desse recurso natural, aumentando a demanda e com isso a produçªo, o transporte, a estocagem e a distribuiçªo tanto do óleo cru quanto de seus derivados. Todas essas atividades envolvem riscos de derrames acidentais, que podem ser minimizados, mas nªo totalmente eliminados.

Felizmente, os grandes derrames que contaminam oceanos e Æreas costeiras de forma significativa nªo ocorrem com freqüŒncia. Sªo exemplos desses desastres ambientais as 200 mil toneladas de óleo despejadas na costa da França pelo acidente com o navio petroleiro Amoco Cadiz (1978); as 40 mil4

Explorado comercialmente desde meados do século 19, o petróleo foi

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A poluição por petróleo e seus derivados, em ambientes marinhos, tem sido um dos principais problemas ambientais das últimas décadas. Diversas técnicas físicas e químicas foram desenvolvidas para a retirada do petróleo derramado no mar ou para a redução dos seus efeitos sobre o ecossistema. A descoberta de que certas bactérias que vivem nos sedimentos marinhos, inclusive na areia das praias, podem degradar os componentes do petróleo abriu a possibilidade de usar métodos biológicos para o tratamento dos derrames. Esses métodos, objeto de pesquisas recentes no Brasil, são chamados, em seu conjunto, de biorremediação.

Mirian A. C. Crapez, Alexandre L. N. Borges, Maria das Graças S. Bispo e Daniella C. Pereira Programa de Pós-Graduação em Biologia Marinha, Universidade Federal Fluminense

janeiro/fevereiro de 2002 • CIÊNCIA HOJE • 3 janeiro/fevereiro de 2002 • CIÊNCIA HOJE • 3

34 • CIÊNCIA HOJE • vol. 30 • nº 179 toneladas lançadas pelo Exxon Valdez no litoral do Alasca (1989); e o incŒndio do Haven, na costa da ItÆlia, com 140 mil toneladas de óleo a bordo (1991). TambØm em 1991, a Guerra do Golfo contaminou o Kuwait com 820 mil toneladas de óleo e, dois anos depois, o petroleiro Braer derramou 80 mil toneladas de óleo nas Æguas costeiras das ilhas Shetland (Escócia).

No Brasil, em março de 1975, um acidente rompeu o casco do navio-tanque iraquiano Tarik Ibn Ziyad no canal central de navegaçªo da baía de Guanabara. VÆrias praias foram atingidas nas cidades do Rio de Janeiro e de Niterói, tanto no interior da baía quanto na costa oceânica. O óleo provocou incŒndios em Æreas de manguezal, em torno da baía, e a contaminaçªo afetou seriamente as comunidades animais da zona entremarØs.

Em agosto de 1997, um vazamento nas instalaçıes dos Dutos e Terminais do Sudeste (DTSE) atingiu o mangue adjacente à Refinaria Duque de Caxias (Reduc), na baía de Guanabara. AlØm do mangue, o óleo espalhou-se pelas praias de Freguesia, Barªo, Pitangueiras, Bandeira e Zumbi, localiza- das na ilha do Governador. Em janeiro de 2000, outro vazamento de óleo ocorreu no mesmo local, atingindo inœmeras Æreas de manguezal, alØm da ilha de PaquetÆ e do norte e leste da ilha do Governador. Esse vazamento foi considerado um dos maiores acidentes com petróleo jÆ ocorridos na baía de Guanabara (ver 500 anos de degradaçªo , em CH n” 158).

Tratamento inicial das marés negras

Tais desastres mostraram como o petróleo Ø danoso ao ambiente marinho, mas eles tambØm serviram para o desenvolvimento de tØcnicas para lidar com os derrames acidentais chamados de marØs negras no mar e nas praias. Essas tØcnicas incluem em geral mØtodos físicos e químicos, como barreiras de contençªo, aparelhos de sucçªo, uso de jatos d Ægua para dispersar o óleo, absorventes, formadores de gel, precipitantes e dispersantes químicos.

As barreiras de contençªo e os aparelhos de sucçªo sªo eficientes em Æguas calmas, onde as ondas

Figura 1. A degradação do petróleo derramado é influenciada por inúmeros fatores químicos, físicos e biológicos nªo comprometem essas tØcnicas. Uma variedade ampla de materiais absorventes como espumas de polietileno ou poliuretano e palha sªo empregados para remoçªo do óleo derramado, principalmente na regiªo de quebramar. A aplicaçªo de agentes químicos sobre o óleo, para provocar a formaçªo de gel ou a coagulaçªo, diferentemente dos processos anteriores, Ø feita na coluna d Ægua, distante da praia, o que aumenta o custo, devido aos gastos com embarcaçıes.

Da mesma forma, a queima do óleo no mar nªo Ø considerada um tratamento satisfatório. Tanto esse mØtodo quanto o uso de agentes químicos sªo danosos à fauna e à flora marinhas. De todas as tØcnicas, apenas as de precipitaçªo e dispersªo tŒm sucesso aparente em mar aberto. A precipitaçªo Ø realizada com o lançamento, sobre a camada de petróleo na superfície, de pós ou

ComposiçãoCerca de 60% a 90% são hidrocarbonetos alifáticos, passíveis químicade biodegradação. Nessa classe, o fitano e o pristano são mais resistentes à degradação e podem ser usados como marcadores químicos em monitoramento. Entre os aromáticos, deve-se monitorar benzeno, tolueno e xileno (BTX), mais tóxicos aos seres vivos; hopano pode ser usado como marcador químico, em monitoramento. Nos seres vivos, o petróleo pode ser incorporado às gorduras, causar distúrbios metabólicos ou interromper a quimiorrecepção.

Estado físicoCondiciona agregação, espalhamento, dispersão ou adsorção no ambiente.

MudançasA composição química e o estado físico do óleo, associados químicasà temperatura, à radiação solar e ao batimento das ondas, induzem mudanças químicas, evaporação e fotooxidação.

ÁguaÉ essencial à vida bacteriana, mas é excluída dos agregados, porque o petróleo é hidrofóbico.

TemperaturaDetermina a evaporação, constituindo um fator importante no processo de degradação.

OxigênioÉ fator decisivo para iniciar e sustentar a biodegradação.

NutrientesSão essenciais nitrogênio (N) e fósforo (P). Teoricamente, para cada grama de óleo degradado são necessários 150 mg de N e 30 mg de P.

SalinidadeÉ desconhecida a biodegradação em ambientes hipersalinos.

MicrorganismosAs bactérias hidrocarbonoclásticas podem estar ausentes ou em número insuficiente para desencadear a biodegradação.

materiais de granulometria fina, mas com alta densidade. O óleo absorve essas partículas e sofre precipitaçªo, depositando-se no sedimento. JÆ os dispersantes químicos fazem com que o óleo se espalhe de modo muito rÆpido, tornando-o menos visível . Nos dois casos, porØm, o material continua no ambiente, sendo assimilado pelos organismos marinhos e acumulado nos tecidos, em diferentes níveis da cadeia alimentar (desde os microrganismos atØ os grandes peixes, alØm das aves e mamíferos que se alimentam no mar e dependem dele).

Tanto os mØtodos físicos quanto os químicos devem levar em conta que o óleo derramado no mar espalha-se na superfície da Ægua, formando uma camada fina e homogŒnea, semelhante a mousse de chocolate , e que esta camada pode ser degradada por fatores físicos, químicos e biológicos.

Preocupação com o ambiente marinho

Em 1946, o microbiólogo marinho norte-americano Claude E. ZoBell (1905-1989) identificou, pela primeira vez, microrganismos capazes de consumir petróleo, isto Ø, de usÆ-lo como fonte de carbono para a geraçªo de biomassa. Na Øpoca, porØm, os derrames de petróleo ainda nªo eram vistos como um problema ambiental sØrio. Apenas 21 anos depois, em 1967, o acidente com o superpetroleiro Torrey Canyon, na Inglaterra, e o desenvolvimento da exploraçªo de petróleo no `rtico serviram de alerta para o risco de outros acidentes.

A partir daí, os cientistas passaram a se preocupar em conhecer o destino do petróleo como poluente e uma atençªo especial foi dada ao ambiente marinho, o maior e œltimo receptor das marØs negras. As pesquisas desenvolvidas desde entªo procuravam respostas para diversas perguntas sobre: 1. os componentes biodegradÆveis do petróleo; 2. os fatores ambientais que influenciariam a biodegradaçªo dessa substância; e 3. a distribuiçªo das populaçıes de microrganismos capazes de degradar o petróleo.

O petróleo, formado por processos biogeoquímicos, Ø uma mistura complexa de hidrocarbonetos. Sua composiçªo varia em funçªo de sua localizaçªo geogrÆfica e das condiçıes físico-químicas e biológicas que o originaram. Assim, grande parte de seus componentes (de 60% a 90%) Ø passível de biodegradaçªo (figura 1). Entretanto, o restante bruto ou

Figura 2. Colônias de três consórcios de bactérias hidrocarbonoclásticas (A, B, C) isoladas de sedimentos marinhos impactados por hidrocarbonetos de petróleo refinado Ø recalcitrante, isto Ø, demora a desaparecer por meios naturais, após algum acidente em um ambiente. Mesmo tratando-se de uma fraçªo menor (de 10% a 40%), Ø preciso lembrar que isso significa toneladas de material poluente impactando o ambiente e podendo ser bioacumuladas nos seres vivos (ver Filtros biológicos , em CH n” 58). Assim, o destino dessa substância no ambiente, após um derrame, dependerÆ da interaçªo de vÆrios fatores.

A biodegradaçªo Ø um desses fatores. Pesquisas desenvolvidas em regiıes frias (como o `rtico) ou temperadas mostraram que diversos grupos de bactØrias e fungos tŒm habilidade para degradar os componentes de petróleo. As bactØrias, denominadas hidrocarbonoclÆsticas, fazem parte da microflora presente no solo, na Ægua e no sedimento. Quando esses ambientes sªo expostos a marØs negras, ocorre um fenômeno de adaptaçªo ou aclimataçªo de certas populaçıes de bactØrias, que passam a reconhecer os componentes do óleo como fonte de carbono, iniciando o processo de degradaçªo.4

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A complexidade dos processos metabólicos necessÆrios a essa degradaçªo leva à formaçªo de consórcios, com bactØrias de diferentes gŒneros e espØcies, cada uma especializada em degradar uma ou vÆrias fraçıes do óleo derramado (figura 2). Os principais gŒneros sªo Acidovorans, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Aeromonas, Arthrobacter, Beijemickia, Burkholderia, Bacillus, Comomonas, Cycloclasticus, Flavobacterium, Goordona, Moraxella, Mycobacterium, Micrococcus, Neptunomonas, Nocardia, Pasteurella, Pseudomonas, Rhodococcus, Streptomyces, Sphingomonas, Stenotrophomonas e Vibrio.

Derrames sucessivos no mesmo ambiente aceleram cada vez mais o aumento da biomassa bacteriana hidrocarbonoclÆstica. A maior concentraçªo dessas bactØrias, portanto, serve como um indicador de ambiente impactado cronicamente por petróleo.

Uma nova tecnologia atrai interesse

Após o acidente com o petroleiro Exxon Valdez, em que o óleo derramado no mar atingiu 15% da costa do golfo do Alasca, e a Guerra no Golfo, que formou 330 lagos de óleo no Kuwait, os processos de degradaçªo biológica chamados, em conjunto, de biorremediaçªo receberam maior atençªo. Tais processos surgiram a partir de estudos de decomposiçªo e detoxificaçªo de pesticidas em solos e, mais tarde, foram propostos como promissores para a recuperaçªo de Æreas costeiras atingidas por derrames de petróleo.

A tecnologia de biorremediaçªo usa, para a remoçªo de poluentes, o potencial fisiológico de bactØrias. Estas transformam o petróleo em biomassa, Ægua, dióxido de carbono e outros compostos (figura 3). O objetivo principal da biorremediaçªo Ø minimizar o impacto das substâncias recalcitrantes no ambiente, criando condiçıes favorÆveis ao cres- cimento e à atividade bacterianas. A bioestimulaçªo (adiçªo de fertilizantes) e a bioamplificaçªo (semeadura de nœmero expressivo de bactØrias hidrocarbonoclÆsticas) podem ser consideradas abordagens gerais nessa tecnologia.

Os trabalhos de biorremediaçªo devem ser feitos tanto no ambiente quanto em condiçıes controladas de laboratório, para obter informaçıes que permitam estimar custo, viabilidade e duraçªo do tratamento, e para identificar os fatores limitantes do processo e as vias possíveis de superaçªo dos mesmos. A eficÆcia da tecnologia Ø testada, em laboratório, pela determinaçªo da biomassa da populaçªo bacteriana (total e hidrocarbonoclÆstica), o isolamento e a manutençªo de consórcios das bactØrias que fazem a biodegradaçªo, a mediçªo da taxa de respiraçªo (consumo de oxigŒnio e/ou produçªo de gÆs carbônico), a quantificaçªo da atividade de enzimas ligadas à degradaçªo do óleo e a determinaçªo das taxas de degradaçªo do poluente.

É bom ressaltar que todos esses parâmetros tambØm podem ser usados para avaliar ambientes impactados por óleo, exceto o consumo de O2 e/ou produçªo de CO2. No ambiente, mudanças quantitativas nesses fenômenos podem indicar tanto a mineralizaçªo da matØria orgânica quanto o consumo de óleo pelas bactØrias, levando a uma interpretaçªo errônea dos resultados.

Pesquisas sobre biorremediação no Brasil

Os estudos de biorremediaçªo, no Brasil, ainda sªo incipientes. O Laboratório de Microbiologia Marinha, da Universidade Federal Fluminense, Ø pioneiro nessa Ærea e vem desenvolvendo pesquisas para estabelecer as bases dessa tecnologia em funçªo das condiçıes ambientais brasileiras.

As baías sªo ambientes de maior risco para acidentes com petróleo porque, alØm da intensa movimentaçªo de embarcaçıes em seu interior, em geral apresentam em seu entorno grande densidade demogrÆfica e maior concentraçªo de portos e indœstrias. As baías da ilha Grande e de Guanabara, no estado do Rio de Janeiro, sªo exemplos do tipo de ambiente com alto risco para acidentes de derrames de óleo, e em ambas foram realizadas pesquisas sobre biorremediaçªo.

Figura 3. Degradação (da esquerda para a direita) dos hidrocarbonetos de petróleo por consórcio bioamplificado de bactérias hidrocarbonoclásticas e bioestimulados com fertilizante NPK

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Sugestões para leitura

BALBA, M.T.; AL-AWADHI, N. and AL-DAHER, R. ‘Bioremediation of oil-contaminated soil: microbiological methods for feasibility assessment and field evaluation’, in Journal Microbiological Methods, v. 32, p. 155, 1998. CRAPEZ, M.A.C.; TOSTA, Z.T.; BISPO, M.G.S. & PEREIRA, D.C. ‘Acute and chronic impacts by aromatic hydrocarbons on bacterial communities at Boa Viagem and Forte do Rio Branco beaches, Guanabara Bay, Brazil’, in Environmental Pollution, v. 108/2, p. 291, 2000. CRAPEZ, M.A.C.; BORGES, A.L.N.; BISPO, M.G.S.; PEREIRA, D.C.; ALVES, P.H. & THIENGO, D.A. ‘Bioremediation utilizing three consortiums of Bacillus spp. hydrocarbon degraders, isolated from tropical beach sediment’, in 5th Congress on Marine Sciences (Marcuba, La Habana, Cuba), CD-Rom, 2000. CRAPEZ, M.A.C.; TOSTA, Z.T.; BISPO, M.G.S.; MESQUITA, A.C.; LOGULLO, C.J. & CORREA-JÚNIOR, J.D. ‘Biorremediação em sedimentos de praias arenosas utilizando Bacillus spp. isolados de solo de floresta’, in Oecologia Brasiliensis, v. 19, p. 28, 1997.

Os estudos feitos na baía da ilha Grande constataram a presença de populaçıes hidrocarbonoclÆsticas capazes de consumir benzeno, tolueno e naftaleno (alguns dos componentes do petróleo) na complexa comunidade bacteriana dos sedimentos de praias. Ensaios em laboratório com bactØrias desse tipo, isoladas e introduzidas em amostras de sedimento, aumentaram em mais de 200% a produçªo de CO2, tornando mais rÆpida e eficaz a degradaçªo do petróleo.

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