Universidade Federal de Pelotas Centro de Desenvolvimento Tecnol

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Universidade Federal de PelotasCentro de
Desenvolvimento TecnológicoGraduação em
BiotecnologiaBiotecnologia Microbiana II

• BIORREMEDIAÇÃO

Silvana Beutinger Marchioro Pelotas, Maio de
2010
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Biorremediação

• Introdução
• Conceito
• Microrganismos utilizados e as aplicações
• Técnicas e tipos
• Vantagens
• Limitações

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Introdução

• Crescimento populacional X contaminação
  ambiental direta ou indiretamente
• Diretamente produção de quantidades cada vez
  maiores de resíduos (ex. lixo doméstico, esgoto,
  resíduos, etc.)
• Indiretamente aumento do consumo.

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Introdução
Crescimento Demográfico
Urbanização e industrialização
Demanda por recursos naturais
Poluição do meio ambiente
vazamentos de combustível
atividades de mineração
defensivos agrícolas
lançamento de esgotos
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Resíduos Perigosos

• Produtos derivados do petróleo
• Dejetos de indústrias e esgoto
• Fungicidas
• Inseticidas
• Herbicidas
• Metais pesados
• Mercúrio

Contaminações mais comuns !!!
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Contaminantes

• EUA EPA
• Principais categorias de contaminantes do solo
  em ordem decrescente
• cloroalifáticos gt pesticidas gt
  hidrocarbonetos aromáticos gt cloroaromáticos gt
  aromáticos simples e outros.
• Industrialização do petróleo bruto,
• Industrias químicas diversas e atividades
  agrícolas,
• difícil decomposição, muitas vezes possuem
  efeitos carcinogênicos e mutagênico

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Biotecnologia ambiental

• Preservar o meio ambiente e seus recursos do
  impacto negativo da atividade do homem
• Mercado de tecnologias ambientais amplo (
  geração de resíduos sólido e exigências de
  políticas ambientais)
• Desenvolvimento, uso e regulação dos sistemas
  biológicos relacionados a
• Remediação dos ambientes (terra,ar e água)
  contaminados
• Processos ambientalmente corretos tais como
  aqueles envolvidos
• tecnologias verdes ou limpas
• desenvolvimento sustentável

Prevenção da poluição
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Biorremediação

• Processo no qual organismos vivos, normalmente
  plantas ou microorganismos são utilizados para
  remover ou reduzir poluentes no ambiente.

Biorremediação Biologia
Remediar Salvar o problema
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Biorremediação
Papel dos Microrganismos

• Conversão dos contaminantes em Dióxido de
  Carbono (CO2) e Água (H2O)
• Maior segurança e menor perturbação do meio
  ambiente.

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Processo da Biorremediação
Questões a serem respondidas antes da utilização
do processo ... . .
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Biorremediação

• Quem atua??

Mais dominantes, utiliza receptores alternativos
de elétrons
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Contaminante x Espécie Utilizada
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Tipos de Biorremediação
LOCAL DE TRATAMENTO
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In situ - Bioventilação

• Injeção de ar ou oxigênio puro em solos e água
  subterrânea contaminados, estimulando a atividade
  dos microrganismos

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In situ - Bioestimulação
Técnica de aplicação de nutrientes e/ou
surfactantes com o objetivo de aumentar a
atividade microbiana.
Ex1989 - desastre do navio  Exxon Valdez
derramou 40 milhões de litros na costa do Alasca
- Aplicação de nutrientes a costa acelerou a
biodegradação bacteriana do óleo
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In situ - Bioaumentação

• Inoculação do solo com culturas puras ou
  consórcio microbiano contento microorganismos
  selecionados para degradação de contaminantes
  específicos

• Exemplos
• Agrobacterium radiobacter J14
• Atrazina.
• Phanerochaete chrysosporium
• Mais de 60 xenobióticos
• Degradação 98 em 60 dias.

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In situ - Bioaumentação
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Fitorremediação

• Emprego de plantas para descontaminar locais com
  resíduos químicos orgânicos em sua porção
  superficial.

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Fitorremediação

• Plantas atuam com três mecanismos
• Absorção direta de contaminantes e subseqüente
  acumulação de metabólitos não fitotóxicos nos
  tecidos da planta
• Liberação de exsudatos e enzimas que estimulam a
  atividade microbiana e as transformações
  bioquímicas
• Aumento de mineralização na rizosfera.
• Vantagens
• Expansão da população ativa do solo
• Estímulo à transformação cometabólicas
• Transformação enzimática de metabólicos

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In situ - Biorremediação

• Três aspectos devem ser considerados
• A existência de microrganismos com capacidade
  catabólica para degradar o contaminante
• O contaminante tem que estar disponível ou
  acessível ao ataque microbiano ou enzimático
• Condições ambientais adequadas para o
  crescimento e atividade do agente biorremediador.
  

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In situ - Biorremediação

• Vantagens
• não requerem a escavação do solo contaminado
• apresentam custo inferior
• evitam o transporte de partículas de solo nos
  arredores
• Desvantagens
• podem ser mais lentas do que as técnicas ex
  situ, devido à dificuldade de controle do
  tratamento
• possibilidade de dificuldade de acesso ao local
• eficácia limitada metais pesados, altas
  concentrações de compostos orgânicos clorados e
  sais inorgânicos

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Ex situ - Biorremediação

• Tratamento do material em outro local
• O processo se inicia com a redistribuição do
  solo em camadas e irrigando com nutrientes e
  bactérias.
• Próprio para tratamento de solos contaminados.

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Ex situ - Landfarming
É a aplicação e incorporação de contaminantes
ou rejeitos contaminados na superfície do
solo não contaminado para degradação. O
solo é arado e gradeado para promover a
mistura uniforme do contaminante e aeração.
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Ex situ - Landfarming

• Processo mais simples de biorremediação
• Envolve homogeneização do solo, adição de
  nutrientes, microrganismos (em alguns casos),
  controle periódico da umidade (adição de água)
• O resíduo a ser tratado é incorporado à matriz do
  solo, em períodos regulares
• Exemplo
• Solo contaminado com atrazina na
  fábrica da Ciba-Geigy Corp EUA.
• 880 Kg de fertilizante 13-13-13 (NPK) e culturas
  de Pseudomonas degradadoras de atrazina.
• 20 semanas após redução do contaminante 100
  mg.Kg-1 para apenas 10 mg.Kg-1,
• redução de 90 da concentração original.
• Economia de US 2,3 milhões de dólares no
  tratamento de 1 ha de solo poluído.

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Ex situ - Landfarming

• Vantagens e desvantagens
• Baixo custo de capital e operação
• Requerimento de grandes áreas
• Longo tempo
• Altas taxas de volatilização

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Ex situ - Compostagem
Decomposição aeróbia de resíduos orgânicos por
populações microbianas, sob condições total ou
parcialmente controladas, que produzem um
material parcialmente estabilizado.
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Ex situ - Compostagem

• Importância
• - Aumenta a disponibilidade de nutrientes
• - Promove o aproveitamento de resíduos
• - Despoluição

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Ex situ - Compostagem

• Controle do processo
• Aeração, pH, temperatura e umidade
• Elevação da temperatura
• aumenta a taxa de biodedegradação
• aumenta a solubilidade e transferência de
  massa

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Ex situ - Compostagem

• Vantagens e desvantagens
• Baixo requerimento energético
• Tempo de retenção menor do que os requeridos nos
• tratamentos in situ, por ex, semanas em vez de
  meses
• Requer menores áreas de terra
• Minimizam problemas de contaminação
• Mais barato que processos não biológicos
• (ex. incineração)
• Requerem alto controle de umidade devido às altas
• temperaturas
• Requer controle de emissões

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Ex situ -Biorreatores

• Unidades onde ocorre a remoção da matéria
  orgânica pela ação de microorganismos aeróbios
  submetidos à aeração

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Ex situ -Biorreatores

• Maior controle do processo
• Controle de off-gases reciclagem, combustão,
  biofiltração
• Alto custo
• Baixo tempo de tratamento
• Biorreatores comercialmente disponíveis 3-15 m
  diâmetro x 4,5-7,6 m de profundidade
• Biorreatores in situ são construídos no local
  onde foi escavado o solo contaminado

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Ex situ -Biorreatores
Líquido retornam ao reator ou seguem para planta
de tratamento de água
Sólidos retornam ao solo
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Implementação

• Análise do ambiente
• Tipo do contaminante
• Riscos
• Legislação pertinente.
• Resolução 314 do Conama,
• Visa disciplinar o registro de produtos com a
  finalidade de biorremediar solos afetados por
  vazamentos de petróleo e seus derivados, sendo
  esta uma opção viável.

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Vantagens e Limitações
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Limitações da Biorremediação

• Depende do tipo e da concentração
• Meio ambiente
• Tipo de solo
• Os locais a serem tratados devem estar
  preparados para suportar a ação dos
  microrganismos
• Condições e a proximidade com o lençol de água
• Da natureza do organismo
• Custo benefício X impacto ambiental
• Não se aplica a todas as superfícies

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Fatores que afetam a Biorremediação

• Biodisponibilidade inadequada de contaminantes
  para os microrganismos
• Nível de toxicidade dos contaminantes.
• Preferência microbiana, população presente no
  local.
• Degradação incompleta de contaminantes
  metabólitos tóxicos.
• Incapacidade de remover contaminantes em baixa
  concentração.
• Esgotamento de substratos preferenciais, e
  escassez de nutrientes.
• Disponibilidade de aceptores de elétrons,
  potencial de redox.
• Difusão de oxigênio e solubilidade.

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Custos com a Biorremediação

• Mais barato
• Tratamento convencionais chegam a custar milhões
  de dólares

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Condições para a Biorremediação

• Os resíduos devem ser susceptíveis à degradação
  biológica e estar presentes sob uma forma física
  acessível para os microorganismos
• Concentração do contaminante
• Os microorganismos apropriados devem estar
  disponíveis
• Condições ambientais apropriadas pH,
  temperatura e nível de oxigênio

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Condições para a Biorremediação

• Capacidade para processamento de grandes volumes
  de efluente, a baixo custo
• Os processos biológicos
• Aplicação em grande escala
• Custos relativamente baixos
• Vários estudos de laboratório e campo mostram que
  para se obter bons resultados faz-se necessária a
  aplicação de duas ou mais tecnologias em
  associação

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Vantagens da Biorremediação

• Mais barato que os tratamentos convencionais
• Aplicável a uma grande variedade de
  contaminantes
• Não utiliza água natural tratada, não remove os
  compostos atóxicos da água
• Não interfere nas operações que já estão sendo
  realizadas, podendo ser utilizado em locais de
  difícil acesso

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Vantagens da Biorremediação

• De grande aceitação pública
• Pode ser usada (in situ) reduzindo
  possibilidades de contaminação para os
  trabalhadores
• Os microrganismos agem na redução dos
  contaminantes de petróleo transformando-os em
  subprodutos menos nocivos ao meio ambiente

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Na Biotecnologia

• Uso de sistemas biológicos no tratamento
• Emprego de microorganismos
• Degradar e mineralizar pesticidas.
• EPA EUA existência de 24 empresas que atuam na
  área de
• biorremediação de solos

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Na Biotecnologia
http//www.renovogen.com/index_pt.asp
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Na Biotecnologia

• Soluções de biorremediação para eliminar
  poluentes orgânicos das águas e do solo quando
  sofrem contaminação
• Soluções de biorremediação que conduzem à
  limpeza da área contaminada
• Rápida
• Baixo custo
• Mínimo de impacto.

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Na Biotecnologia

• Vantagens
• Análises de biorremediação para avaliar o
  potencial de contaminação de um ambiente
• Isola os microorganismos nativos que têm a
  capacidade de degradar os contaminantes.

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Na Biotecnologia

• O uso de microorganismos não-patogênicos ajuda a
  assegurar uma população microbial estável e
  viável
• Desenvolvimento de suplementos nutricionais
  únicos, que criam ótimas condições de crescimento
  para as populações microbiais selecionadas.

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Na Biotecnologia

• Renovogen
• Identificação
• Acondicionamento microbial
• Análises e avaliações computadorizadas.
• Todas as fases da biorremediação são coordenadas
  e supervisionadas pela empresa

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Na Biotecnologia
Tratamento de efluentes e biorremediação
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Na Biotecnologia

• Suinocultor
• Programa racional de controle de dejetos
• correta utilização.
• 5 etapas
• Produção
• Coleta
• Armazenagem
• Tratamento
• Distribuição e utilização dos dejetos.

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Na Biotecnologia

• Tópicos atuais
• Uso de técnicas moleculares para proteção do meio
  ambiente, incluindo análise de risco de
  microrganismos geneticamente modificados (OGMs)
• Energia renovável engenharia genética de
  plantas para produção de energia limpa,
  biocombustíveis, biomassa, e animais para a
  produção de alimentos, etc

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Na Biotecnologia
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Na Biotecnologia
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Na Biotecnologia

• Esses fungos e bactérias degradam os poluentes,
  tornando-os menos solúveis e, portanto, menos
  perigosos e impactantes
• Os cogumelos produzem enzimas que degradam o
  produto tóxico quando postos diretamente em
  contato com ele
• Fungo Pleurotus é utilizado em processos de
  biorremediação, descoloração e degradação de
  corantes têxteis

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OGMs na Despoluição Ambiental

• Enzimas catabólicas específicas para a
  molécula-alvo
• Resistência a compostos inibitórios
• Alterações que auxiliam na solução de problemas
  ligados a baixa concentração do poluente.

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Risco de dispersão dos OGMs

• Competição com organismos locais
• Troca de genes entre OGMs e microorganismos
  locais
• Introdução de espécies patogênicas no ambiente
• Impossibilidade da eliminação dos OGMs.

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Conclusões

• De maneira geral, a utilização de processos
  biológicos mostra-se altamente conveniente, em
  função da capacidade destes sistemas para tratar
  grandes volumes com custo relativamente baixo
• M.O. degradam substâncias tóxicas tornando-as
  inofensivas ou úteis ao meio ambiente
• Consórcios de microorganismos podem ser
  extraídos de lugares contaminados, submetidos a
  adaptação a um contaminante específico e
  finalmente utilizados na sua degradação
• A utilização direta de enzimas parece ser uma
  alternativa viável

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Concluindo.........

• A BIORREMEDIAÇÃO É UMA
• ALTERNATIVA ECOLOGICAMENTE CORRETA
• DO PONTO DE VISTA DA DESTINAÇÃO
• FINAL DE RESÍDUOS E REJEITOS.
• MAS ...
• MELHOR QUE A BIORREMEDIÇÃO É A PREVENÇÃO.

Para Refletir Nenhum problema pode ser
resolvido com o mesmo nível de consciência que o
gerou. Albert Einstein
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OBRIGADA PELA ATENÇÃO ! silmarchioro_at_hotmail.com