Biorremediação

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Biorremediação 
Aspectos gerais 
Universidade Federal Rural do Semi-Árido 
Microbiologia Geral – ANI0335 
Raphaela V .G. Barreto 
Biorremediação - Aspectos Gerais 
Profa. Raphaela Barreto 
Compostos xenobióticos 
• Substâncias estranhas ao ambiente natural. 
Foram introduzidas no ambiente a partir do 
início do século XX. 
 
• Agrotóxicos, corantes, fármacos, polímeros... 
 
Acúmulo de muitos componentes 
 recalcitrantes no planeta!!!! 
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Danos 
• Morte dos organismos em geral presentes no 
ecossistema afetado 
• Contaminação de bacias hidrográficas 
– Distribuição de água potável 
– Pesca, maricultura, entre outros 
 
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Mutações devido ao uso de agrotóxicos 
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Persistência de alguns pesticidas no solo 
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Degradação dos Contaminantes 
Pode ocorrer no solo, no ar, na água e nos 
organismos 
 
• Química: Hidrólise, oxidação, redução 
 
• Fotoquímica: luz ultra-violeta 
(fotossensitivadores) 
 
• Biológica: catabolismos dos seres vivos 
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1. Compostos facilmente biodegradáveis e não 
tóxicos; 
2. Compostos facilmente biodegradáveis e tóxicos; 
3. Compostos não biodegradáveis e não tóxicos; 
4. Compostos não biodegradáveis e tóxico. 
Classificação dos compostos orgânicos 
quanto à periculosidade 
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Categorias de biodegradabilidade 
1. Rapidamente biodegradáveis: condições de equilíbrio ambiental quase 
que instantaneamente, uma vez suspenso o seu lançamento suas 
concentrações tendem a zero; 
2. Praticamente biodegradáveis: meia-vida inferior ao seu tempo de 
residência em compartimentos ambientais específicos, não se 
acumulam; 
3. Pouco biodegradáveis (persistentes): composto com meia vida superior 
ao seu tempo de residência, persiste por longos períodos, mesmo após 
seu uso ter sido interrompido; 
4. Não biodegradáveis ou recalcitrantes: biodegradação próxima a zero, 
não mostram evidência de mineralização significativa por micro-
organismos, acumula-se e não atingem concentrações de equilíbrio. 
 
 
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a) Biodegradação: transformação de compostos orgânicos 
através da atividade metabólica dos organismos, 
especialmente micro-organismos – CO2 e água. 
 
b) Biotransformação: a conversão de um composto orgânico 
em estrutura molecular alterada, induzindo a perda de 
alguma propriedade característica da substância, podendo 
alterar sua toxicidade por exemplo. 
Compostos orgânicos: biodegradável, 
persistente ou recalcitrante. 
Biodegradação x biotransformação 
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- Suscetibilidade do composto sofrer a ação dos 
micro-organismos. 
- Depende dos seguintes fatores: 
 
a) Características físicas do composto e do ambiente; 
b) Características químicas; 
c) Disponibilidade dos micro-organismos que 
apresentem as enzimas necessárias. 
Biodegradabilidade 
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Estratégias de remediação de 
ambientes 
Física Química Biológica 
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“Utilização de processos ou atividades biológicas para 
transformar os contaminantes em substâncias inertes. Em 
alguns casos, apresenta menos custo e maior eficiência na 
remoção dos contaminantes que as técnicas físicas e 
químicas.” (Josemar et al., 2007) 
 
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E por que micro-organismos? 
Diversidade metabólica 
Metabolismo integrado (consórcios) 
 
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Mais efetivos que culturas puras na degradação desses 
compostos. Eles podem mineralizar completamente 
estes compostos, devido à complementaridade 
metabólica entre os membros do consórcio (Josemar et 
al., 2007) 
Consórcios microbianos 
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Vantagens da Biorremediação 
 
 As técnicas podem ser feitas no local contaminado; 
 
 Causam pouco desequilíbrio ecológico; 
 
O custo é relativamente baixo; 
 
 Elimina permanentemente os resíduos; 
 
 Pode ser acoplada a outras técnicas de tratamento. 
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Diferentes técnicas de remediação 
para tratamento de solo 
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Dificuldades em processos de 
Biorremediação 
 Co-existência de diferentes tipos de compostos químicos; 
 
 BIODISPONIBILIDADE nem sempre ocorre (concentração do 
poluente, interação com a matriz...); 
 
 Alguns compostos químicos não são facilmente 
biodegradados; 
 
 Pode levar à produção de substâncias mais tóxicas que a 
original; 
 
 É um procedimento extensivo que deve ocorrer de acordo 
com as condições específicas do local (eleva custos); 
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 Taxa de biorremediação pode ser muito baixa; 
 
Há necessidade de monitoramento intensivo; 
 
 Limitações para sua implementação, relacionadas com 
as condições do local e com o poluente a ser degradado; 
 
 Limitações relacionadas à utilização de OGMs. 
 
Dificuldades em processos de 
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 Natural: processo passivo no qual os micro-organismos 
autóctones transformam os contaminantes alvos em 
produtos finais inócuos – atenuação natural. 
 
 Acelerada: empregam técnicas para estimular a 
degradação dos contaminantes alvos, como adição de 
oxidantes, substrato, nutrientes inorgânicos, micro-
organismos específicos, etc. 
Biorremediação 
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Biorremediação “in situ”: resíduo é tratado no 
local. 
 
Biorremediação “ex situ”: remoção física do 
material contaminado e seu encaminhamento 
para o local de tratamento. 
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Biorremediação “in situ” 
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Estímulo dos micro-
organismos já existentes 
(autóctones, indígenas 
ou nativos) no 
ambiente. 
Introdução de micro-
organismos no solo ou 
água (aclimatados ou 
modificados) 
• Bioaumento: • Bioestímulo: 
Bioestímulo x Bioaumento 
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In situ 
- Atenuação ou biorremediação passiva (ou intríseca); 
- Bioaumento; 
- Bioestímulo; 
- Fitorremediação; 
 
Ex situ 
- Compostagem; 
- Biorreatores. 
Técnicas de biorremediação 
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Tecnologias de Biorremediação 
 “Landfarming”- Resíduos depositados e arados. 
 
Figura 1 – Técnica de “Landfarming”(A) e Desenho esquemático (B) 
A 
B 
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Tecnologias de Biorremediação 
• Biorreatores- Sistema com material biológico em suspensão (5 a 
50% de sólidos), agitado mecanicamente – homogeneidade, 
biodisponibilidade e aeração. Biodegradação controlada. 
 
 
 
A 
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Tecnologias de Biorremediação 
 Biopilhas- amostras de solos são tratadas em grandes pilhas. 
 
 
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Tecnologias de Biorremediação 
 Bioventilação- injeção de ar no substrato. 
 
 Fitorremediação- utilização de plantas para remoção 
de contaminates. 
 
 
Figura 4 – Desenho esquemático da técnica de bioventilação (A) e fitorremediação (B) 
A 
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Tecnologias de Biorremediação 
• Frasco de Bartha e Pramer, 
para estudos de 
degradação por 
respirometria. 
 
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Formas de degradação microbiana 
Aeróbia: 
Fungos e 
Bactérias 
Anaeróbia: 
Bactérias e 
Leveduras 
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Vantagens dos processos aeróbios 
• Maior velocidade de degradação; 
• A degradação pode ser completa, havendo 
mineralização do(s) composto(s); 
• Leva a detoxificação; 
• Produção de CO2, um gás sem energia, menor efeito 
estufa que CH4. 
 
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Vantagens dos processos anaeróbios 
• Baixa produção de lodo, cerca de 5 a 10 vezes inferior 
a que ocorre nos processos aeróbios; 
• Menor consumo de energia elétrica; 
• Baixa demanda de área, reduzindo os custos de 
implantação e transporte; 
• Produção de metano, um gás combustível de elevado 
teor calorífico. 
 
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• Ausência de microrganismos com sistemas enzimáticos 
adequados; 
• Estrutura química, presença de halogênios e anéis aromáticos 
• Concentrações tóxicas; 
• Temperatura, organismos mesofilos; 
• pH afeta principalmente disponibilidade e solubilidade; 
• Umidade do ambiente; 
• Conteúdo de oxigênio; 
• Biodisponibilidade. 
Causas da recalcitrância 
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• Não é uma solução com resultados imediatos; 
 
• Incapacidade dos micro-organismos autóctones de metabolizar 
eficientemente os contaminantes; 
 
• Falta de micro-organismos degradadores; 
 
• Presença de condições ambientais desfavoráveis (falta de 
nutrientes, por exemplo) aos micro-organismos degradadores; 
 
• Baixa disponibilidade dos contaminantes à microbiota degradadora, 
devido à sorção à fase sólida mineral e orgânica do solo. 
 
Limitações da biorremediação 
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• Espécie microbiana depende do contaminante 
Biodegração x poluente 
Contaminante Espécie utilizada (bactérias e fungos) 
Anéis 
aromáticos 
Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus, Arthrobacter, Penicillum, 
Aspergillus, Fusarium, Phanerocheate 
Cádmio 
Staphlococcus, Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter, Klebsiella, 
Rhodococcus 
Cobre Escherichia, Pseudomonas 
Cromo Alcaligenes, Pseudomonas 
Enxofre Thiobacillus 
Petróleo Pseudomonas, Proteus, Bacillus, Penicillum, Cunninghamella 
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Bactérias degradadoras de HPAs 
Bacteria (Gêneros) 
Pseudomonas, Rhodococcus 
Mycobacterium 
Sphingomonas 
Acinetobacter, Alcaligenes 
Flavobacterium, Nocardia 
Xanthomonas, Comamonas 
Agrobacterium 
Aeromonas, Arthrobacter 
Acidovorax, Brevibacterium 
Corynebacterium 
Micrococcus, Streptomyces 
Vibrio, Bacillus 
Moraxella 
Aquamicrobium 
Rhizobium 
Pseudomonas 
Mycobacterium 
Sphingomonas 
Streptomyces 
Bacillus 
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Micro-organismos imobilizados 
 Imobilização - Termo geral utilizado 
para descrever diferentes formas de 
fixação de células ou moléculas em 
suportes poliméricos 
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• Maior tolerância contra grandes concentrações de compostos 
tóxicos; 
• Maior estabilidade catabólica; 
• Maior taxa de crescimento; 
• Manutenção de uma maior quantidade de biomassa 
microbiana 
• Estabilidade das células por um maior período. 
Vantagens da imobilização celular 
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2006 
Imobilização em fibras de quitosana 
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Imobilização em esferas de quitosana 
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(Adaptado de Microbial diversity: Application of microrganisms for the 
biodegradation of xenobiotics, Current Science, 89(1), p.101-112, 2005.) 
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