Fitorremediação de solos contaminados com metais pesados

Fitorremediação de solos contaminados com
metais pesados
O solo foi, é, e continuará a ser - a par dos sedimentos – um dos principais
receptores de metais pesados. Aí são depositados ou enterrados, apesar da
existência de algumas leis que visam a sua protecção. Esta contaminação tem
sobretudo as origens seguintes:
- municipal e industrial: esgotos, aterros, injecção de efluentes em furos,
deposição de lamas de depuração em zonas agrícolas, bacias e lagoas para
efluentes líquidos e lamas, parques de lamas, tanques de armazenamento,
subterrâneo ou não, cemitérios e contentores de resíduos, instalações de
incineração, condutas e valas de transporte de efluentes, derrames, etc
- agrícola: aplicação de fertilizantes e pesticidas, em especial
- e outra: exploração mineira, exploração petrolífera, estações de serviço,
bases e actividades militares, oleodutos, tráfego, deposição atmosférica, etc.
No solo, os metais pesados tendem a ligar-se fortemente às argilas e outras
partículas, concentrando-se e acumulando nas camadas superiores. No entanto, se
estes elementos se tornarem mais móveis, podem ser “lavados”, acumulando-se nas
águas subterrâneas. E nesse caso, a qualidade das águas subterrâneas, que muitas
vezes podem ser utilizadas no abastecimento doméstico, industrial ou para rega
pode piorar. O risco para a Saúde Pública ocorre se os metais forem assimilados
pelas raízes das plantas ou pelos organismos presentes no solo, propagando-se ao
longo da cadeia alimentar.
A fitorremediação pode ser definida como, o uso de vegetação in situ para o
tratamento de solos contaminados. Como ilustrado na Figura 1, as plantas podem
remediar os solos contaminados com metais pesados através dos seguintes
mecanismos:
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Fitorremediação de solos contaminados com metais pesados
• absorção e acumulação dos metais pesados nos tecidos das plantas
(fitoextracção).
• adsorção dos metais no sistema radicular, imobilizando os contaminantes
(fitoadsorção).
• libertação para o solo de oxigénio e outros compostos, que podem imobilizar
os metais pesados (fitoestabilização).
• estimulação da biorremediação por fungos ou outros microrganismos
localizados no sistema solo-raíz (rizorremediação).
Figura 1 - Mecanismos de fitorremediação de solos contaminados com metais
pesados.
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Fitorremediação de solos contaminados com metais pesados
O Quadro 1 resume as vantagens da fitorremediação de solos contaminados com
metais pesados mas também as suas limitações.
Quadro 3.3 - Vantagens e limitações da Fitorremediação.
Vantagens
Limitações
Baixo custo
Melhoria da paisagem
Fornece cobertura para a vida animal
Reduzido impacte ambiental
Os metais não são remediados, se não estiverem
ao alcance das raízes. Tratamento adequado a
solos cuja contaminação está localizada à
superfície (< 5m).
Tecnologia ainda em desenvolvimento e portanto,
ainda não aceite por organismos reguladores
Aceitação pelo público
Útil em locais onde a quantidade de solo a Tratamento mais lento do que pelas técnicas
descontaminar é muito elevado
físico-químicas tradicionais (dura pelo menos o
Redução da dispersão aérea de contaminantes e tempo de crescimento da planta)
poeiras (são armadilhados na vegetação)
Se a concentração de metais no solo é muito
Redução das escorrências
retidas pela vegetação)
superficiais
(são tóxica, a vegetação pode não se desenvolver
Se as plantas libertarem compostos que
Redução dos lixiviados e do transporte dos permitam o aumento da mobilidade dos metais,
contaminantes no solo (são retidos pela estes em vez de serem depois assimilados pelas
vegetação)
plantas podem ser “lavados” para as águas
O produto final (a planta) pode ser valorizado subterrâneas
economicamente. Possibilidade de reciclagem As plantas são, em geral, selectivas no metal a
dos metais
remediar, embora possam ocasionalmente
Útil na remediação de solos contaminados com remediar mais do que um metal
misturas heterogéneas (orgânicos e metais)
Conhece-se pouco sobre o cultivo, a genética, a
A colheita das plantas que acumularam os metais reprodução e as doenças das plantas
pesados é fácil de realizar com a tecnologia fitorremediadoras
existente
A área a descontaminar deve ser suficiente para
Processo mais facilmente controlado do que com permitir a aplicação de técnicas de cultivo
microrganismos
(suficiente para colocar um tractor, p. ex.)
Tecnologia que fornece a sua própria energia
As plantas fitoextractoras colhidas ainda não são
(pela fotossíntese)
comercializadas
Pode haver propagação da contaminação na
cadeia alimentar se as plantas acumuladoras
forem ingeridas por animais
As plantas podem não se adaptar às condições
climatéricas e ambientais dos solos a
descontaminar, p. ex. temperaturas muito
elevadas ou muito negativas, défice de água
No campo da fitorremediação de solos contaminados com metais pesados, a
fitoextracção tem sido a técnica mais estudada, devido sobretudo, à possibilidade
de elevada eficiência que pode apresentar e também à possível valorização
económica.
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A acumulação de metais pelas plantas só é eficiente se o contaminante for depois
removido do solo, através, por exemplo, da colheita da matéria vegetal. Se a maior
parte dos metais pesados capturados se localizar na parte aérea das plantas, a
colheita poderá ser realizada utilizando os métodos de agricultura tradicionais. Em
geral, é necessário colher as plantas antes da queda das folhas ou antes da sua
morte e decomposição, de modo a que os contaminantes não se dispersem ou
retornem ao solo.
Depois da colheita, a biomassa deverá ser processada para extracção e recolha da
maior parte dos metais. Se forem solos com Ni, Zn, Cu ou Co, o valor do metal
extraído pode incentivar a remediação. Alternativamente, o volume ou o peso da
biomassa podem ser reduzidos por meio de processos térmicos, físicos, químicos ou
microbiano. No caso da queima das plantas, por exemplo, a energia produzida
representa uma valorização económica do processo. E as cinzas podem ser
tratadas como um minério, do qual pode ainda ser extraída a contaminação metálica
(especialmente, se as cinzas estiverem enriquecidas em apenas um ou dois metais).
Em alguns casos, a remoção é realizada espontaneamente, por volatilização dos
metais absorvidos pela vegetação. É o caso, por exemplo, do metalóide selénio, que
se volatiliza em alguns sistemas vegetativos, sob a forma de dimetilselenídeo
(Se(CH3)2) e dimetildiselenídeo (Se2(CH3)2). O arroz, os bróculos, as couves, e
algumas outras plantas, são capazes de volatilizar o selénio. Foi também já
desenvolvido um método para a volatilização do mercúrio. Este método envolve a
introdução do gene bacteriano, reductase do ião mercúrico, que reduz o catião ao
metal (Hg), que é volátil à temperatura ambiente, nas plantas.
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Fitorremediação de solos contaminados com metais pesados
Materiais de
construção
Sub-produtos
valorizáveis:
Óleos, açúcares,
ácidos gordos,
proteínas,
vitaminas,
substâncias
tensioactivas,
substâncias
farmacológicas
Produção de pasta para papel
Extracção dos metais
Fibra
Outros
ex: aditivo em rações ou em solos,
como suplemento proteico e/ou mineral
Valorização
Combustão,
Gasificação,
Pirólise
Produção de energia
Aplicação de
técnicas
electroquímicas
e/ou adição de
agentes correctores
ao solo
(ácidos, agentes
quelantes, agentes
redutores,
substâncias
tensioactivas)
Resíduo
Fermentação a
metanol ou etanol
Processamento:
processos térmicos,
físicos, químicos ou
microbianos
Fitovolatilização
Colheita
Metabolização
Aumento da
disponibilidade
dos metais
Deposição
translocação
para outras
zonas da planta
Acumulação
pelas raízes
Figura 2 - Processos envolvidos na fitoextracção.
Um amplo número de factores influencia largamente a absorção dos metais pesados
pela planta. São factores que se relacionam com o solo, com as condições
climatéricas e com as características da própria planta.
Algumas plantas são hiperacumuladoras de metais, ou seja são capazes de
absorver, através das suas raízes, teores muito elevados destes contaminantes.
Durante centenas de anos, os prospectores de cobre ou de outros metais, usavam
esta informação para encontrar minérios preciosos localizados perto da superfície.
Esta capacidade desenvolveu-se provavelmente durante longos períodos de tempo
à medida que as plantas cresciam em solos contendo elevadas concentrações de
metais pesados, como por exemplo os solos perto de extrações mineiras. A
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hiperacumulação pode ter evoluído, também, como mecanismo de adaptação contra
os herbívoros. Efectivamente, os teores elevados em metais nas folhas, defendem a
planta contra herbívoros (especialmente insectos) e contra microrganismos
patogénicos, protegendo a planta de doenças e pestes.
A maioria das espécies hiperacumuladoras são provenientes dos trópicos, e
pertencem sobretudo à família das Euforbiáceas. Nos climas temperados o maior
número de espécies pertence à família das Brassicáceas. Espécies do género
Thlaspi, são capazes de acumular zinco, cádmio ou chumbo, espécies do género
Alyssum, acumulam elevadas quantidades de níquel e algumas cultivares de
Brassica juncea podem acumular e tolerar Pb, Cd, Cr, Ni, Zn, Se e Cu. São,
geralmente, plantas com flores muito bonitas, atraíndo facilmente um elevado
número de predadores potenciais (Figura 3), podendo haver propagação da
contaminação ao longo da cadeia alimentar. O risco pode ser minorado se fôr
colocada uma protecção em rede em volta da cultura, ou se fôrem colocados
reflectores metálicos ou instrumentos com ruído que afugentem os animais. Por
outro lado, alguns estudos mostram que os insectos preterem as plantas que
acumularam metais, às plantas sem acumulação.
a)
b)
Figura 3 - a) Thlaspi caerulescens. b) Brassica juncea.
As plantas hiperacumuladoras são relativamente raras, existindo geralmente em
áreas geograficamente remotas ou distribuindo-se em zonas ameaçadas pela
devastação da actividade mineira. Efectivamente, a maioria das plantas com
características hiperacumuladoras de metais, encontram-se nos trópicos e sub6
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trópicos e nas zonas montanhosas como os Alpes e as Montanhas Rochosas, áreas
que sobreviveram à Era Glaciar. Além disso, o seu potencial de exploração, como
meio de descontaminação dos solos, é claramente limitado pela baixa produção que
apresentam. Por exemplo, da hiperacumuladora de Pb Thlaspi rotundifolium só se
consegue obter 5 a 50 mg de tecido seco, por planta, após cinco meses de
crescimento.
Por outro lado, as plantas com elevadas produtividades acumulam geralmente
pequenas quantidades de metais pesados, e se estes estiverem disponíveis em
concentrações moderadas. Estas características das plantas, assim como a
disponibilidade dos metais pesados no solo, influenciam fortemente o tempo
necessário para a descontaminação, que pode variar entre um a centenas de anos,
o que pode comprometer a utilização desta técnica.
Assim, o progresso na área da fitoextracção pode ter várias opções:
a) Recolha e identificação de espécies de plantas em áreas onde os solos
contêm teores superiores ao normal em metais pesados, devido a factores
geológicos ou à poluição.
b) Aumento da produção das hiperacumuladoras. A optimização das práticas
agrícolas, como a irrigação, a fertilização, a aplicação de correctores, a plantação ou
a data da colheita, pode incrementar em cerca de 25%, a produtividade destas
culturas. A selecção dos melhores genótipos e um programa de multiplicação de
sementes poderá, também, contribuir para o aumento da produtividade.
O aumento da biomassa pode também ser obtido, por exemplo, através do
cruzamento com plantas aparentadas que tenham uma maior produtividade,
originando variedades de crescimento mais rápido e de maior produtividade.
c) Aumento da quantidade e da velocidade de acumulação dos metais.
Vários aspectos da estrutura das raízes das plantas podem ser melhorados. Raízes
mais profundas aumentam a profundidade a partir da qual o contaminante pode ser
retirado do solo por fitoextracção. Também o aumento da densidade das raízes no
solo torna a extracção mais eficiente. O conhecimento mais profundo dos
mecanismos fisiológicos, bioquímicos, moleculares e dos genes envolvidos na
hiperacumulação em espécies tolerantes aos metais pesados, pode fornecer a base
para o melhoramento do seu desempenho em termos de tolerância e acumulação
de metais.
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Fitorremediação de solos contaminados com metais pesados
Outro objectivo, é o desenvolvimento de plantas transgénicas, com maior
capacidade de acumulação de metais, mas em que a acumulação permaneça e se
localize apenas nas raízes. Desta forma, pode haver uma redução do movimento
dos metais ao longo da cadeia alimentar e, particularmente, a diminuição de metais
pesados, como o cádmio, nas folhas do tabaco.
Em muitos casos a fitorremediação é considerada como um passo de polimento
final, para encerramento de locais após terem sido aplicadas outras tecnologias de
remediação. A combinação de diferentes técnicas de remediação deverá ser um
ponto chave na investigação futura, de forma a optimizar as eficiências dos
diferentes processos. Efectivamente, nenhuma tecnologia é, por si só,
universalmente aplicável com o mesmo sucesso a todos os tipos de contaminantes
e em todos os locais. Sobretudo nos casos em que a poluição é provocada por mais
de um tipo de contaminante, será necessário utilizar mais de uma técnica de
remediação para resolver eficazmente os problemas de contaminação.
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