fitorremediação de solos

Universidade Federal de Juiz de Fora
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Química Analítica Ambiental
FITORREMEDIAÇÃO DE
SOLOS
Mariana Cunha
Tayrine Fernandes
Professor: Dr. Rafael Arromba
Juiz de Fora, 18 de Junho de 2014
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Introdução
A preocupação com o meio
ambiente evoluiu ao longo dos
anos e parte disso foi em função
da aplicação de técnicas
tradicionais inadequadas de
manejo do solo
A SUSTENTABILIDADE passou
a ser umas das palavras mais
importantes para designar a
modificação do enfoque dos
sistemas agrícolas brasileiros
http://www.cpatc.embrapa.br/publicacoes_2009/doc_156.pdf acessado em 13/05/2014.
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Composição do solo: ar, água, matéria orgânica e
mineral
Estrutura que possibilita o desenvolvimento das
mais diversas espécies de plantas que
conhecemos
É do solo que retiramos a maior parte de nossa
alimentação direta ou indiretamente  se este
estiver contaminado, nossa saúde estará em risco
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Substâncias como lixo, esgoto,
agrotóxicos e outros tipos de
poluentes produzidos pela ação do
homem, provocam sérios efeitos no
meio ambiente.
Contaminação dos lençóis
freáticos, produzem gases tóxicos,
além de provocar sérias alterações
ambientais como, por exemplo, a
chuva ácida.
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Desenvolvimento de técnicas de remediação de
áreas contaminadas com diversos tipos de
poluentes.
Tecnologias Inovativas de Tratamentos
(ITT´s)
http://www.cpatc.embrapa.br/publicacoes_2009/doc_156.pdf acessado em 13/05/2014.
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Remediação
Consiste na aplicação de diferentes medidas de
contenção e tratamento do material contaminado
para o saneamento da área.
• Ela pode ser QUÍMICA, FÍSICA ou BIOLÓGICA.
http://www.cpatc.embrapa.br/publicacoes_2009/doc_156.pdf acessado em 13/05/2014.
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Remediação Química
Processos convencionais ou oxidativos avançados
Tratamento de solos contaminados com petróleo
• Os métodos convencionais são aqueles que usam íons como
agentes oxidantes - por exemplo, o emprego de KMnO4;
• Os processos oxidativos avançados utilizam diferentes reagentes
para produzir o radical hidroxila (•OH), uma espécie altamente
oxidante e pouco seletiva.
Andrade Graciano, Vivian; de Souza Pires, Carolina; Godinho Teixeira, Silvio César; Lourenço Ziolli, Roberta; Vidal Pérez, Daniel. 2012. Remediação de um
solo contaminado com petróleo por oxidação química. Revista Brasileira de Ciência do Solo 36: 1656-1660.
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Remediação Física
Injeção de Ar (Air Sparging)
Utiliza o insuflamento de ar ou oxigênio na zona saturada do solo.
• O objetivo é promover uma espécie de "stripping" na água
subterrânea, desprendendo os compostos orgânicos voláteis.
• A injeção de ar no solo também promove a biodegradação dos
contaminantes pela atividade bacteriana aeróbia.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Remediação_de_áreas acessado em 15/06/2014
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Mas apesar da alta eficiência que apresentam, essas técnicas são de
CUSTO ELEVADO e, algumas, de difícil execução, sendo
praticamente inviáveis para a aplicação em áreas extensas.
ALTERNATIVAS BIOLÓGICAS
SCHNOOR, J. L.; DEE, P. E. Technology evaluation report: phytoremediation.Pittsburgh, PA: Ground-Water Remediation Technologies Analysis
Center. 1997. 37 p.
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Fitorremediação
É uma técnica que consiste no uso de plantas e
sua comunidade microbiana associada para
degradar, sequestrar ou imobilizar poluentes
presentes no solo.
• Pode envolver também o EMPREGO DE AMENIZANTES
no solo, além de práticas agronômicas que, se aplicadas
em conjunto, removem, imobilizam ou tornam os
contaminantes menos tóxicos ao ecossistema.
SILICIANO, S. D.; GERMIDA, J. J. Enhanced phytoremediation of chlorobenzoates in rhizosphere soil. Soil Biology and Biochemistry, Oxford, v.31, p. 299305, 1999.
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Desde a década de 90, diversas pesquisas tiveram
como foco a fitorremediação, principalmente nos EUA
e Europa.
No Brasil, o termo fitorremediação ainda parece
desconhecido para grande parte da comunidade
científica.
SANTOS, J. B.; SILVA, A. A.; PROCÓPIO, S. O. et al. Fitorremediação de áreas contaminadas por herbicidas. In: SILVA, A. A.; SILVA, J. F. (Ed.). Tópicos
em manejo de plantas daninhas. Viçosa: UFV, 2007. p. 249-278.
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Brasil
Potencial de
uso dessa
tecnologia
Biodiversidade
existente
Condições
climáticas
BRASIL. Biodiversidade: riqueza de espécies. Ministério do Meio Ambiente, 2002. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/biodiversidade/biodiv/ brasil.html>.
Acessado em: 20/05/2014
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Mecanismos Biológicos da Fitorremediação
Fitoextração
Fitoacumulação
Fitodegradação
Fitovolatilização
Fitoestimulação
Rizodegradação
Rizovolatilização
Rizoestabilização
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Fitoextração
Absorção e armazenamento dos contaminantes pelas
raízes ou são transportados e acumulados nas partes
aéreas.
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Esta técnica utiliza plantas chamadas hiperacumuladoras
capazes de armazenar altas concentrações de metais
(0,1% a 1% do peso seco, dependendo do metal).
Plantas acumuladoras de Pb, Cu, Co, Ni e Zn: Brassica
juncea; Aeolanthus biformifolius; Alyssum bertolonii e
Thlasp caerulescens.
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Fitoestabilização
Os contaminantes são incorporados e os metais são
precipitados sob formas insolúveis, sendo posteriormente
aprisionados na matriz do solo.
Objetiva evitar a mobilização do contaminante e limitar sua
difusão no solo, através de uma cobertura vegetal.
Exemplos de plantas cultivadas com este fim são as espécies
de Haumaniastrum, Eragrostis, Ascolepis, Gladiolus e Alyssum.
CUNNINGHAM, S. D.; ANDERSON, T. A.; SCHWAB, A. P. Phytoremediation of soils contaminated with organic pollutants. Advances in Agronomy, New
York, v. 56, p. 55-114, 1996.
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Fitoestimulação
Esta técnica consiste no fato das raízes liberarem
exsudatos como, aminoácidos e polissacarídeos, que
estimulam a atividade dos microorganismos do solo,
degradando os contaminantes .
As plantas devem apresentar um sistema radicular denso,
com raízes profundas que cubram uma grande área de
contato.
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Fitovolatilização
Alguns íons de elementos como Hg, Se e As, são
absorvidos pelas raízes, convertidos em formas não
tóxicas e depois liberados na atmosfera.
Esta técnica pode ser empregada para compostos
orgânicos também.
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Fitodegradação
• Processo
cujas plantas são capazes de degradar
poluentes orgânicos. Em alguns casos, os poluentes são
degradados em moléculas que são usadas para o
crescimento da planta.
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• Os contaminantes orgânicos são degradados ou mineralizados
dentro das células vegetais por enzimas específicas.
• Entre essas enzimas destacam-se:
 nitroredutases (degradação de nitroaromáticos)
 desalogenases (degradação de solventes clorados e pesticidas)
 lacases (degradação de anilinas)
• Populus sp. e Myriophyllium spicatum são exemplos de plantas
que possuem tais sistemas enzimáticos.
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Rizofiltração
• Esta
técnica é utilizada, principalmente, com água
contaminada;
• Similar
a fitoextração, porém as plantas utilizadas
apresentam raízes que desenvolvem um sistema
radicular com grande área de contato;
• Quando as raízes tornam-se
saturadas com os contaminantes, as
plantas são coletadas e trocadas
para a continuação da remediação.
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• Emprega plantas terrestres para absorver, concentrar
e/ou precipitar os contaminantes de um meio aquoso.
• As plantas são mantidas num reator sistema hidropônico,
através do qual os efluentes passam e são absorvidos
pelas raízes, que concentram os contaminantes.
• Plantas como Helianthus annus
e Brassica juncea provaram ter
potencial para esta tecnologia.
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Vantagens
• Menor
custo em relação às
técnicas tradicionalmente utilizadas
envolvendo a remoção do solo
para tratamento;
• Incorporação de matéria orgânica
ao
solo,
quando
não
há
necessidade de retirada das
plantas fitorremediadoras da área
contaminada;
• Os compostos orgânicos podem
ser degradados a CO2 e H2O,
removendo toda a fonte de
contaminação;
• As
propriedades biológicas
físicas do solo são preservadas;
• Podem
ser implementadas com
mínimo
distúrbio
ambiental,
evitando escavações e tráfego
pesado;
e
• Utiliza energia solar para realizar
os processos
• Plantas
ajudam no controle do
processo erosivo;
PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta Daninha, Viçosa-MG, v.21, n.2, p.335-341, 2003
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Desvantagens
• Dificuldade na seleção de plantas
para fitorremediação;
• Na fitorremediação de orgânicos,
as plantas podem metabolizar os
compostos;
• Tempo requerido para obtenção de
uma despoluição satisfatória pode
ser longo;
• Clima e condições edáficas podem
restringir o crescimento de plantas
fitorremediadoras;
• Potencial
de contaminação
cadeia alimentar;
da
• Possibilidade
da
planta
fitorremediadora tornar-se planta
daninha
• Elevados níveis do contaminante
no solo podem impedir a
introdução de plantas no sítio
contaminado;
PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta Daninha, Viçosa-MG, v.21, n.2, p.335-341, 2003
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Aplicações
• A Fitorremediação pode ser utilizada em solos contaminados com
substâncias:
Orgânicas
•
Inorgânicas
Agrotóxicos
Metais
pesados
Solventes
clorados
Subprodutos
tóxicos da
indústria
Explosivos
Elementos
contaminantes
É mais difícil trabalhar com contaminantes orgânicos devido à diversidade
molecular que causa maior complexidade de análise.
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• A fitorremediação de áreas poluídas é bastante útil para o meio ambiente
devido à utilização de plantas específicas que amenizam ou até mesmo
despoluem totalmente áreas contaminadas;
• É
necessário a utilização de plantas que possuam determinadas
características:





boa capacidade de absorção
sistema radicular profundo
acelerada taxa de crescimento
fácil colheita
resistência ao poluente
• Solos contaminados apresentam limitações por serem, muitas vezes,
tóxicos às plantas, o que dificulta a seleção de plantas resistentes e
fitorremediadoras.
COUTINHO, H. D., Fitorremediação: Considerações Gerais e Características de Utilização, Lisboa. Portugal, Silva Lusitana, 2007
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Metais Pesados
Metais como Cu2+ e Zn2+
necessários para o
crescimento e
desenvolvimento de
plantas
em excesso podem
produzir sintomas tóxicos
e a inibição do
crescimento da planta
• Várias tecnologias de fitorremediação estão sendo usadas para retirar
metais de áreas poluídas;
• O problema associado à contaminação dos solos por metais pesados se
deve a existências de formas disponíveis desses elementos;
BENNETT, L.E. et al. Analysis of Transgenic Indian Mustard Plants for Phytoremediation of Meta - Contaminated Mine Tailings.
Journal of Environmental Quality 32: 432-440, 2003
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BENNETT et al. avaliaram o potencial
de fitorremediação das plantas
transgênicas da Mostarda indiana
(Brassica juncea) projetada para
produzir peptídios ligantes de metais
As plantas transgênicas, bem como as
do tipo silvestre, foram semeadas no
solo poluído por metais;
Figura: Brassica Juncea
Após 14 semanas de crescimento, as
plantas foram colhidas e as
concentrações de metais comparadas
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Resultado:
 As
plantas transgênicas removeram mais metal de solo
contaminado que o tipo silvestre;
A
superprodução de grupos tiol ligantes de metais e
fitoquelantes representam
uma estratégia promissora para
produção de plantas com maiores propriedades de
fitorremediação de metais pesados;
BENNETT, L.E. et al. Analysis of Transgenic Indian Mustard Plants for Phytoremediation of Meta - Contaminated Mine Tailings.
Journal of Environmental Quality 32: 432-440, 2003
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Pesticidas
Uma fábrica de hexaclorociclohexano (HCH), pesticida organoclorado, foi
desativada entre os anos de 1960 e 1965, permanecendo no local todo seu
acervo abandonado, inclusive os "stocks" e resíduos da produção fabril no
RJ
O Ministério da Saúde decidiu
proceder à neutralização do
HCH, numa tentativa de
remediar a contaminação do
solo, por meio da aplicação de
cal virgem (CaO)
Também foi sugerido o plantio de
espécies florestais na área
contaminada, visando uma
fitorremediação associada ao
tratamento químico para
promover a ciclagem de
nutrientes
BUOSI, D., FELFILI, J.M.,2004. Recuperação de áreas contaminadas por pesticidas organoclorados na Cidade de Meninos,
município de Duque de Caxias, RJ. Revista Árvore 28(3) : 465-470.
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• Duas espécies de eucalipto foram escolhidas devido ao seu rápido
crescimento: Eucalyptus grandis e Corymbria citriodora
Eucalyptus grandis
Corymbria citriodora
32
Resultado:
 Análises das amostras indicaram que o solo apresentou pH
8,2 na área de E. grandis
8,4 na área de C. citriodora
resultado positivo da fitorremediação, sendo esta melhor na área com
plantio de E. grandis;
 A área com plantio de C. citriodora apresentou maior conteúdo de
matéria orgânica e solo menos argiloso, favorecendo a decomposição
dos compostos organoclorados;
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Herbicidas
• Solos contaminados com herbicidas apresentam certas limitações à
fitorremediação por serem, muitas vezes, tóxicos para as plantas;
• Fator negativo: maior probabilidade de ocorrência de lixiviação das
moléculas originais ou dos metabólitos para camadas mais profundas do
solo, podendo atingir o lençol freático;
• A absorção de herbicidas pelas plantas é afetada pelas:
 propriedades químicas do composto
condições ambientais
características das espécies vegetais
PIRES, F.R. et al. Seleção de plantas com potencial de fitorremediação de Tebuthioron. Planta Daninha 21(3) : 451-458, 2003b
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O desenvolvimento de herbicidas com efeitos residuais longos
possibilitou o controle efetivo de plantas daninhas por um período de
tempo maior, reduzindo com isso o número de aplicações;
Foi observada a ocorrência de fitotoxicidade em culturas
sensíveis plantadas após a utilização desses herbicidas, cujo
efeito residual varia de alguns meses até três anos ou mais;
Esse fenômeno tem sido observado com os diversos herbicidas.
Nessa situação, é possível e recomendável o emprego de
espécies vegetais na descontaminação do solo.
KNUTESON, S.L., WHITWELL, T., KLAINE, S.J. Influence of Plant Age and Size on Simazine Toxicity and Uptake. Journal of
Environmental Quality 31: 2096-2103, 2002
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Considerações Finais
• Estudos sobre a fitorremediação estão sendo desenvolvidos visando
uma série de benefícios para o meio ambiente e para as futuras
gerações;
• Vários são os poluentes e a cada dia surge algo novo, trazendo
algum tipo de dano para o meio ambiente. Dessa forma, a utilização
de algumas das técnicas de fitorremediação já representa uma
esperança na descontaminação de áreas poluídas;
• O estudo e a subsequente avaliação da interação entre o solo, a
planta e o poluente é um campo bastante necessário e promissor;
• É necessário que mais estudos nessa área sejam realizados para
melhor conhecermos a capacidade fitorremediadora das plantas e
sua possível utilização no combate à poluição.
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Obrigada pela atenção!