Biorremediação: características, tipos, vantagens e desvantagens - Ciência - 2023

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o biorremediação é um conjunto de biotecnologias de saneamento ambiental que utiliza as capacidades metabólicas de microrganismos bacterianos, fungos, plantas e / ou suas enzimas isoladas, para eliminar contaminantes em solos e águas.

Microorganismos (bactérias e fungos) e algumas plantas podem biotransformar uma grande variedade de compostos orgânicos poluentes e tóxicos, até que eles não sejam prejudiciais ou inofensivos. Eles podem até mesmo biodegradar alguns compostos orgânicos em suas formas mais simples, como o metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂).

Além disso, alguns microrganismos e plantas, podem extrair ou imobilizar no meio ambiente (no local) produtos químicos tóxicos, como metais pesados. Ao imobilizar a substância tóxica no meio ambiente, ela não está mais disponível para os organismos vivos e, portanto, não os afeta.

Por esse motivo, reduzir a biodisponibilidade de uma substância tóxica também é uma forma de biorremediação, embora não implique a eliminação da substância do meio ambiente.

Atualmente, há um crescente interesse científico e comercial no desenvolvimento de tecnologias econômicas e de baixo impacto ambiental (ou “ambientalmente amigáveis”), como a biorremediação de águas superficiais e subterrâneas, lamas e solos contaminados.

Características da biorremediação

Contaminantes que podem ser biorremediados

Entre os poluentes biorremediados, encontram-se metais pesados, substâncias radioativas, poluentes orgânicos tóxicos, substâncias explosivas, compostos orgânicos derivados de petróleo (hidrocarbonetos poliaromáticos ou HPAs), fenóis, entre outros.

Condições físico-químicas durante a biorremediação

Como os processos de biorremediação dependem da atividade de microrganismos e plantas vivas ou de suas enzimas isoladas, as condições físico-químicas adequadas devem ser mantidas para cada organismo ou sistema enzimático, a fim de otimizar sua atividade metabólica no processo de biorremediação.

Fatores a serem otimizados e mantidos ao longo do processo de biorremediação

-A concentração e a biodisponibilidade do poluente em condições ambientais: uma vez que se for muito elevada pode ser prejudicial aos mesmos microrganismos que têm a capacidade de os biotransformar.

-Humidade: a disponibilidade de água é essencial para os organismos vivos, bem como para a atividade enzimática dos catalisadores biológicos livres de células. Geralmente, 12 a 25% de umidade relativa deve ser mantida em solos submetidos à biorremediação.

-Temperatura: deve estar na faixa que permita a sobrevivência dos organismos aplicados e / ou a atividade enzimática necessária.

-Os nutrientes biodisponíveis: essenciais para o crescimento e multiplicação dos microrganismos de interesse. Principalmente, carbono, fósforo e nitrogênio devem ser controlados, assim como alguns minerais essenciais.

-A acidez ou alcalinidade do meio aquoso ou pH (medição de íons H⁺ No meio).

- Disponibilidade de oxigênio: na maioria das técnicas de biorremediação, microorganismos aeróbicos são usados (por exemplo, em compostagem, biopilhas e "Terra agrícola"), e a aeração do substrato é necessária. No entanto, microrganismos anaeróbicos podem ser usados em processos de biorremediação, sob condições muito controladas em laboratório (usando biorreatores).

Tipos de biorremediação

Entre as biotecnologias de biorremediação aplicadas estão as seguintes:

Bioestimulação

A bioestimulação consiste na estimulação no local desses microrganismos já presentes no ambiente que foi contaminado (microrganismos autóctones), capazes de biorremediação da substância contaminante.

Bioestimulação no local Consegue-se otimizando as condições físico-químicas para que ocorra o processo desejado, ou seja; pH, oxigênio, umidade, temperatura, entre outros, e adição dos nutrientes necessários.

Bioaumentação

A bioaumentação envolve o aumento da quantidade de microrganismos de interesse (preferencialmente autóctones), graças à adição de seus inóculos cultivados em laboratório.

Mais tarde, uma vez que os microrganismos de interesse foram inoculados no local, as condições físico-químicas devem ser otimizadas (como bioestimulação) para promover a atividade degradante dos microrganismos.

Para a aplicação do bioaumentação, devem ser considerados os custos de cultura microbiana em biorreatores em laboratório.

Tanto a bioestimulação quanto a bioaumentação podem ser combinadas com todas as outras biotecnologias descritas abaixo.

Compostagem

A compostagem consiste em misturar o material contaminado com solo não contaminado suplementado com agentes de reprodução vegetal ou animal e nutrientes. Essa mistura forma cones de até 3 m de altura, separados uns dos outros.

A oxigenação das camadas inferiores dos cones deve ser controlada, por meio de sua retirada regular de um local para outro com maquinário. Condições ótimas de umidade, temperatura, pH, nutrientes, entre outros, também devem ser mantidas.

Biopilhas

A técnica de biorremediação com biopilhas é a mesma que a técnica de compostagem descrita acima, exceto por:

Ausência de agentes de reprodução vegetal ou animal.
Eliminação da aeração por movimento de um local para outro.

As biopilhas permanecem fixas no mesmo local, sendo aeradas em suas camadas internas através de um sistema de tubulações, cujos custos de instalação, operação e manutenção devem ser considerados desde a fase de projeto do sistema.

Terra agrícola

A biotecnologia chamada “landfarming” (traduzido do inglês: lavrar a terra), consiste em misturar o material contaminado (lama ou sedimento) com os primeiros 30 cm de solo não contaminado de uma grande área.

Naqueles primeiros centímetros de solo, a degradação de substâncias poluentes é favorecida graças à sua aeração e mistura. Máquinas agrícolas, como tratores de arado, são usadas para essas tarefas.

A principal desvantagem da agricultura é que ela requer necessariamente grandes extensões de terra, que podem ser usadas para a produção de alimentos.

Fitorremediação

A fitorremediação, também chamada de microrganismo e biorremediação assistida por plantas, é um conjunto de biotecnologias baseadas no uso de plantas e microrganismos para remover, confinar ou reduzir a toxicidade de substâncias poluentes em águas superficiais ou subterrâneas, lamas e solos.

Durante a fitorremediação, pode ocorrer degradação, extração e / ou estabilização (diminuição da biodisponibilidade) do contaminante. Esses processos dependem das interações entre plantas e microrganismos que vivem muito próximos de suas raízes, em uma área chamada rizosfera.

A fitorremediação tem sido especialmente bem-sucedida na remoção de metais pesados e substâncias radioativas de solos e águas superficiais ou subterrâneas (ou rizofiltração de água contaminada).

Nesse caso, as plantas acumulam os metais do meio ambiente em seus tecidos e são então colhidas e incineradas em condições controladas, para que o poluente passe de disperso no meio ambiente a concentrado na forma de cinzas.

As cinzas obtidas podem ser tratadas para recuperação do metal (se for de interesse econômico), ou podem ser abandonadas em locais de disposição final de resíduos.

Uma desvantagem da fitorremediação é a falta de conhecimento profundo das interações que ocorrem entre os organismos envolvidos (plantas, bactérias e possivelmente fungos micorrízicos).

Por outro lado, as condições ambientais que satisfaçam as necessidades de todos os organismos aplicados devem ser mantidas.

Biorreatores

Biorreatores são recipientes de dimensões consideráveis que permitem que condições físico-químicas muito controladas sejam mantidas em meios de cultura aquosos, com o objetivo de favorecer um processo biológico de interesse.

Microrganismos bacterianos e fungos podem ser cultivados em grande escala em laboratório em biorreatores e depois aplicados em processos de bioaumentação. no local. Microrganismos também podem ser cultivados com o objetivo de obter suas enzimas de degradação de poluentes.

Biorreatores são usados em processos de biorremediação ex situ, ao misturar o substrato contaminado com o meio de cultura microbiano, favorecendo a degradação do contaminante.

Microorganismos cultivados em biorreatores podem até ser anaeróbicos, caso em que o meio de cultura aquoso deve ser desprovido de oxigênio dissolvido.

Dentre as biotecnologias de biorremediação, o uso de biorreatores é relativamente caro, devido à manutenção dos equipamentos e às necessidades de cultura microbiana.

Microrremediação

Micorremediação é o uso de microrganismos fúngicos (fungos microscópicos) em processos de biorremediação de uma substância contaminante tóxica.

Deve-se considerar que a cultura de fungos microscópicos costuma ser mais complexa que a de bactérias e, portanto, implica custos mais elevados. Além disso, os fungos crescem e se reproduzem mais lentamente do que as bactérias, sendo a biorremediação assistida por fungos um processo mais lento.

Biorremediação versus tecnologias convencionais físicas e químicas

-Vantagem

As biotecnologias de biorremediação são muito mais econômicas e ecologicamente corretas do que as tecnologias de saneamento ambiental químico e físico convencionalmente aplicadas.

Isso significa que a aplicação da biorremediação tem um impacto ambiental menor do que as práticas físico-químicas convencionais.

Por outro lado, entre os microrganismos aplicados em processos de biorremediação, alguns podem até mineralizar os compostos poluentes, garantindo seu desaparecimento do meio ambiente, algo difícil de se conseguir em uma única etapa com os processos físico-químicos convencionais.

- Desvantagens e aspectos a considerar

Capacidades metabólicas microbianas existentes na natureza

Visto que apenas 1% dos microrganismos existentes na natureza foram isolados, uma limitação da biorremediação é justamente a identificação de microrganismos capazes de biodegradar uma determinada substância contaminante.

Falta de conhecimento do sistema aplicado

Por outro lado, a biorremediação funciona com um sistema complexo de dois ou mais organismos vivos, que geralmente não é totalmente compreendido.

Alguns microrganismos estudados têm compostos poluentes biotransformados em subprodutos ainda mais tóxicos. Por este motivo, é necessário estudar previamente em laboratório os organismos de biorremediação e suas interações.

Além disso, testes-piloto de pequena escala (em campo) devem ser realizados antes de aplicá-los em massa e, por fim, os processos de biorremediação devem ser monitorados. no local, para garantir que a remediação ambiental ocorra corretamente.

Extrapolação dos resultados obtidos em laboratório

Devido à alta complexidade dos sistemas biológicos, os resultados obtidos em pequena escala em laboratório nem sempre podem ser extrapolados para processos em campo.

Particularidades de cada processo de biorremediação

Cada processo de biorremediação envolve um desenho experimental específico, de acordo com as condições particulares do local contaminado, o tipo de contaminante a ser tratado e os organismos a serem aplicados.

É necessário, então, que esses processos sejam dirigidos por grupos interdisciplinares de especialistas, entre os quais biólogos, químicos, engenheiros, entre outros.

A manutenção das condições físico-químicas ambientais que favoreçam o crescimento e a atividade metabólica de interesse implica um trabalho permanente durante o processo de biorremediação.

Tempo requerido

Finalmente, os processos de biorremediação podem demorar mais do que os processos físico-químicos convencionais.

Referências

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