Estudo de caso ambiental

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CENTRO UNIVERSITÁRIO – CATÓLICA DE SANTA CATARINA
CURSO DE BIOMEDICINA
PROJETO DE PESQUISA
DANIEL COSTA DE SOUZA, GUSTAVO VIEIRA KAMRADT, JAMES HUGO GRÜDTNER JUNIOR, PAULO VARGAS REBELO, VICTORIA CUNHA FARAH
ESTUDOS DE CASO E SUA APLICAÇÃO: PROPOSTA DE UM ESQUEMA TEÓRICO PARA PESQUISAS NO CAMPO DA BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
JOINVILLE
Novembro, 2016
FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DO PROJETO DE PESQUISA
	Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Centro Universitário – Católica de Santa Catarina – Campus Joinville
	Curso (s): Biomedicina
	NOME DO PROJETO: Proposta de um esquema teórico para tratamento biológico de drenagem ácida em minas com a aplicação de bactérias redutoras de sulfato em águas superficiais na região carbonífera catarinense
	Nome do Coordenador: Rafael Dutra de Armas
	Nome dos Colaboradores: Daniel Costa De Souza, Gustavo Vieira Kamradt, James Hugo Grüdtner Junior, Paulo Vargas Rebelo, Victoria Cunha Farah
Joinville, 27 de Novembro de 2016.
DADOS CADASTRAIS
IDENTIFICAÇÃO DO COORDENADOR
	NOME DO COORDENADOR:
Rafael Dutra de Armas
	CPF:
	CURSO:
Biomedicina
	Identidade:
	Órgão Emissor-UF:
	Data de Emissão:
	E-MAIL: rafael.dutra@unerj.br
	Endereço Residencial:
	Bairro
	Cidade
Joinville
	UF
SC
	CEP
	Telefone residencial:
Telefone Comercial:
Celular:
INTERVENIENTES 
	Nome
	Sigla
	CNPJ
	Endereço:
	Cidade:
	CEP
	UF
	Telefone
	Fax
	E‐mail
	Nome do Dirigente:
	Cargo:
	Natureza Jurídica:
	Atividade Econômica Predominante:
DESCRIÇÃO DO PROJETO
	Título do Projeto:
Análise da eficiência da aplicação de bactérias redutoras de sulfato em áreas contaminadas por DAM na região carbonífera catarinense
	Resumo do Projeto
Atualmente os estudos referentes à utilização de microrganismos para limpeza de 
solos e afluentes possuem a finalidade minimizar os impactos prejudiciais dos descartes de resíduos ao meio-ambiente e promover o desenvolvimento sustentável. O desenvolvimento de novos processos e aplicação de tecnologias mais modernas está sendo realizadas com o intuito de reduzir ou tratar os rejeitos produzidos nas atividades atuais, bem como naquelas já finalizadas. (ALMEIDA, 2005)
Os métodos práticos de atenuação e controle da drenagem ácida em minas envolvem procedimentos que apresentam resultados não esperados ou de baixa eficiência. Este estudo propôs uma metodologia inovadora com base em biocarvão e bactérias redutoras de sulfato (BRS), para diminuir a acidez e a presença de contaminantes nas águas da região carbonífera. 
O biocarvão, produto oriundo de pirólise, apresenta alta alcalinidade, uma grande área de superficial, proporcionando afinidade por adsorção de componentes químicos, servindo também de microbioma para organismos (SULZBACH et al., 2015) A cinza de carvão é um resíduo produzido em grandes quantidades em todo o mundo. O resíduo inclui as cinzas volantes, mais leves, e pesadas. Os tratamentos convencionais são descarte seco, em aterros, e úmido, em lagoas de decantação, procedimentos que introduzem diversos compostos xenobióticos no ambiente. Os desafios ambientais têm se tornado cada vez mais críticos e frequentes, devido ao crescimento populacional e econômico das do meio urbano. A composição e a estrutura do solo são determinantes na distribuição de ar e água, influenciando diretamente as condições do ambiente subterrâneo e as populações microbianas autóctones, o que coloca em evidência a necessidade de avaliar o solo como suporte para a sobrevivência e a manutenção da microbiota local (ÖSTERREICHER, 2014)
Em Santa Catarina, os resíduos produzidos na mineração do carvão e acumulados desde os anos 60 (cerca de 200 milhões de toneladas), contêm altos teores de enxofre, principalmente pirita. A água ácida gerada polui cerca de dois terços dos cursos de água da região. (NASCIMENTO, 1998). 
Uma das melhores alternativas possíveis para o tratamento químico de efluentes é a biorremediação usando bactérias redutoras de sulfato, apresentando vantagens de esses microrganismos crescerem em ambiente de mineração. Algumas BRS têm sido isoladas do fundo de lagoas de mineração. Deste modo, têm sido provados que ecossistemas aquáticos contaminados por águas ácidas têm sido capazes serem recuperados naturalmente a situação inicial graças à presença de espécies com a capacidade para regenerar o meio (GARCIA et al., 2001).
	Problematização
Em vista que a drenagem ácida de mina (DAM) é um dos fatores de grande atuação
com relação à contaminação em aguas superficiais na região sul, mais precisamente Criciúma, e mesmo tendo trabalhos de grande foco para monitoramento nas áreas dessa região que sofrem com a degradação pela mineração do carvão a SATC - Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de
Santa Catarina procura metodologias de avaliação e novas técnicas que atuem em
pró da biotecnologia ambiental. Com base nisso qual eficiência que aplicação de bactérias redutoras de sulfato em áreas contaminadas por DAM afim reduzir e corrigir a contaminação?
	Justificativa 
A região de Criciúma é uma parte fundamental na economia catarinense, pois essa
região é rica em carvão mineral. A atividade relacionada com esse material que realizou a projeção dessa região para o cenário de grande importância econômica e
para também o desenvolvimento da região catarinense. Essa descoberta trás efeitos positivos e negativos, pois, mesmo tendo um grande crescimento econômico
a suas instalações e trabalhos relacionados com a mineração de carvão acarretam 
em um grande impacto ambiental, pois, ao fim a DAM se torna um fator de contaminação e degradação em águas superficiais e outros recursos naturais.
(SULZBACH, 2015.) Para realizar uma restauração em todo o bioma de uma determinada localização, vários aspectos devem ser levados em conta como também diversas analises fisioquímicas. Estas são de suma importância devida ser o ponto de partida para restaurar o ambiente contaminado. Sendo que assim que identificados são estes geram a sustentação de toda a diversidade dos seres vivos existentes no local. (MUGGLER et al., 2006).
	Objetivo Geral
Analisar qual eficiência que aplicação de bactérias redutoras de sulfato em áreas contaminadas por DAM afim reduzir e corrigir a contaminação
	Objetivos específicos 
Determinar quais inóculos são de forma mais aptos e atuantes como degradadores e redutores de contaminação ao DAM
Viabilizar o custo beneficio que a metodologia apresentada pode trazer para as empresas que se utilizarem desse projeto e o beneficio para o ecossistema
	Metodologia 
Foi realizada uma revisão bibliográfica na literatura e em sites científicos como: scielo, pubmed, google acadêmico, entre outros. Foram pesquisados artigos e assuntos relacionados à restauração química de ambientes degradados, biorremediação em minas de carvão, contaminação por metais pesados, entre outros. (CARDOSO, 2012). Este trabalho analisou na bibliografia disponível na integra as possíveis técnicas de remediação de danos em microbiomas naturais, técnicas de biorremediação em ambientes contaminados.
	Fundamentação Teórica
O maior problema ambiental da mineração de carvão no Brasil é a geração de águas ácidas (DAM). Essas águas ácidas (pH 2-3) contem íons de metais pesados (Fe, Mn, Al, Zn, Cu, outros) e ânions sulfato. (DANTAS, 2011). 
Os atuais estudos indicam o biorreator como um ótimo método para tratamento de água DAM, isso devido sua base, elaborada de biocarvão, um material enriquecido de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e possuinte de uma matriz capaz de exercer diversas atividades como a imobilização de bactérias, redução nos teores de elementos traços e alteração do pH da água DAM. (SULZBACH, 2015). 
Os microrganismos também veem se destacando como degradadores de alto potencial em recuperação de ambientes contaminados, entrando em destaque fungose bactérias. (BALAN, 2001).O processo metabólico que tem se mostrado mais apto em biodegradar moléculas xenobióticas (moléculas estranhas ao ambiente natural) recalcitrantes (moléculas de difícil degradação) nos processos de biorremediação, é o microbiano, uma vez que os microorganismos desempenham a tarefa de reciclar a maior parte das moléculas da biosfera, participando dos principais ciclos biogeoquímicos e representando, portanto, o suporte de manutenção da vida na Terra (GAYLARD; BELLINASO; MANFIO, 2005).
Um dos grandes fatores interferentes na degradação dos poluentes é a estrutura química do material, sendo que alguns orgânicos podem ser degradados facilmente enquanto outros recalcitrantes (ATLAS, 1981). Isso dependera se as enzimas que catabolizam a degradação de compostos naturais apresentam baixa especificidade pelo seu substrato, caso isso os xenobióticos com estrutura química semelhante a estes compostos naturais podem ser reconhecidos pelo sistema ativo da enzima e, assim, aproveitados pelo micro-organismo como fonte de nutrientes e energia (GAYLARD; BELLINASO; MANFIO, 2005). Assim, a degradação do poluente é baseada em processos nos quais ocorrem reações bioquímicas mediadas por micro-organismos. Em geral, um composto orgânico, quando é oxidado, perde elétrons para um aceptor final de elétrons, que é reduzido (ganha elétrons). O oxigênio atua comumente como aceptor final de elétrons, sendo que a oxidação de compostos orgânicos com a redução do oxigênio molecular é chamada de respiração aeróbia heterotrófica. No entanto, quando o oxigênio não está presente, os micro-organismos podem usar compostos orgânicos ou íons inorgânicos como aceptores finais de elétrons, condições estas chamadas de anaeróbias. A biodegradação anaeróbia pode ocorrer por desnitrificação, redução do ferro, redução do sulfato ou condições metanogênicas (CORDAZZO, 2000). 
Na realização do projeto a escolha com relação a biorremediação se da através da importância da qualidade que as estratégias dessas técnicas incluem como a utilização de micro-organismos autóctones nesses presente projeto no caso os redutores de sulfato, ou seja, do próprio local mais natural sem a interferência das diversas tecnologias outra estratégia empregada para viabilizar a escolha de realizar essa técnica é a adição de agentes que excitam sendo estes por exemplo os nutrientes, oxigênio e biossurfactantes, sendo assim quando possível para ajudar há obter estes o bioaumento é utilizado. (BENTO, 2003) 
Para entender melhor a questão ambiental que esse projeto envolve deve se entender o tipo de biorremediação utilizado sendo a in situ, realizada no próprio local, assim faz com que os custos e também impactos ambientais não sejam disseminados com relação a movimentação de solos e as águas de um local contaminado para outros, tendo em vista após uma boa realização produtos finais e efetivos como H2O e CO2 (processo denominado mineralização), que podem vir a ser devolvidos ao meio ambiente com menos toxicidade e assim menos nocivos à saúde humana(MARIANO, 2006).Durante a mineralização o substrato é dividido em pequenas moléculas, que depois serão metabolizadas para gerar energia. Com isso, a biomassa da população aumenta à custa do substrato e a concentração deste diminui consideravelmente com a expansão da população microbiana. As moléculas geradas nesse processo são inorgânicas de ocorrência universal, como CO2, CO, H2O NH3, H2S e HCL. Uma das técnicas in situ, é a biorremediação passiva ou intrínseca, também denominada atenuação natural, na qual o contaminante permanece no local e, por meio de processos naturais, como biodegradação, volatilização, diluição e sorção, ocorrendo à descontaminação do ambiente (MULLIGAN; YONG, 2004). A biorremediação passiva é muito lenta, por depender de processos naturais, sendo necessário o uso de substâncias aditivas, conjunto de outras técnicas e uma ótima monitoração do local visando à descontaminação. (JACQUES et al., 2007). Na refinaria do petróleo, indústria têxtil, de celulose e farmacêutica os microrganismos estão cada vez mais sendo utilizados. Porém, nem sempre os agentes fundamentais para os processos de biorremediação estão presentes, ou também podem estar em número reduzido. O tratamento da drenagem ácida de mina vem sendo intensificado por questões socioeconômicas e ambientais. Com característica de diminuir os impactos, são necessárias ações, como prevenção e remediação. Uma das melhores alternativas encontradas é o uso do tratamento anaeróbio de águas. É importante ressaltar que além do sulfato, as BRS necessitam de uma fonte de carbono para que o seu metabolismo ocorra. Este processo gera alcalinidade e pode precipitar metais solúveis na forma de sólidos altamente insolúveis (SHEORAN et al., 2010 apud BORGES; SANCINETTI, 2014). 
Na prática existem duas formas de se conseguir a redução biológica do sulfato no meio, adição de células suspensas ou imobilizadas, essas células suspensas estão associada a baixas vazões de escoamento e alto tempo de residência para evitar o arraste das células. Os reatores com células imobilizadas tendem a oferecer uma maior resistência a condições desequilibradas de pH e a altas concentrações de metais dissolvidos (TANG et al., 2009 apud BORGES; SANCINETTI, 2014). 
Os tratamentos biológicos podem ser divididos em passivo ou ativo. O passivo para áreas contaminadas abaixo da superfície plana consistindo em um maior enriquecimento da atividade microbiana na microbiota afetada, inserindo o substrato adequado ou barreiras permeáveis reativas (BENNER et al., 1999 apud BORGES; SANCINETTI, 2014). 
Tal forma comprova que onde as águas ácidas contaminaram os sistemas aquáticos subterrâneos, têm a capacidade de se recuperar naturalmente com a aplicação de espécies que são capazes de regenerar o meio ao seu estado inicia ou parcial. Toda via necessitam de grandes áreas, apresentando uma maior dificuldade para recuperar metais presentes em grande quantidade que estão sujeitas às variações determinísticas. (GARCIA et al., 2001; RODRIGUEZ, 2010 apud BORGES; SANCINETTI, 2014).
CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO
	Objetivo Específico
	Etapa/Fase
	Especificação
	Início
	Término
	Investigação preliminar da área contaminada com o objetivo de levantar subsídios para a concepção e detalhamento de um projeto de remediação
	Levantamento e estudo de viabilidade de alternativas de remediação
	Coleta e análise de dados;
Levantamento e seleção de alternativas de remediação;
Fixação do objetivo da remediação;
Plano de medidas harmonizadas.
	10/12/16
	10/06/17
	Desenvolvimento de projetos para o tratamento da água de DAM, focando na redução da acidez, remoção de elementos-traço e níveis de sulfato, antes de sua liberação no ambiente.
	Caracterização e monitoramento de parâmetros físico-químicos dos biorreatores no tratamento da água de DAM
	Determinação de ph, temperatura, potencial redox (Eh), sulfato (SO4), e dos elementos-traço: Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb e Zn
	10/12/16
	10/06/17
	Enriquecimento de biocarvão para a confecção de biorreatores com o intuito de servir como matriz para imobilização das bactérias, bem como pelo seu poder tamponante e manutenção de pH alcalino nos biorreatores.
	
	
	10/12/16
	10/06/17
REFERÊNCIAS
	AHTIAINEN, J. et al. Microbial toxicity tests and chemical analysis as monitoring parameters at composting of creosotecontaminated soil. Ecotoxicology and Environmental Safety, San Diego, v.53, n.3, p.323-329, June 2002. 
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BALAN, D.S.; MONTEIRO, R.T. Decolorization of textile índigo dye by ligninolytic fungi. Journal of Biotechnology. Amsterdam, v.89, n.2-3, p.141-145, Aug. 2001.
BENTO, F.M.; CAMARGO, F.; OKEKE, B. Bioremediation of soil contaminated by diesel oil. Brazilian Journal of Microbiology, São Paulo, v.34, n.1, p.65-68, 2003.BORGES, S.L.P.; SANCINETTI, G.P. Tratamento anaeróbio de drenagem ácida de mina em reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF). Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas – MG, 2014. 31p.
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MELO, I.S.; AZEVEDO, J.L. Microbiologia ambiental. 2.ed. rev. e ampl. Jaguariúna: Embrapa Meio Ambiente, 2008. 
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PHILIPPI JÚNIOR, A.; ROMERO, M. A.; BRUNA, G. C. (Ed.). Curso de gestão ambiental. São Paulo – Barueri: Manole, 2004.
SILVAS, S.P.C.; TENÓRIO, J.A.S. Biotecnologia aplicada ao tratamento de drenagem ácida de mina. Escola politécnica da Universidade de São Paulo [dissertação], 2010. 124p. 
SULZBACH, T.S. GIANCHINI, A.J.; ARMAS, R.D. Biorreatores a base de biocarvão para a remoção de sulfato e elementos-traço em águas de drenagem ácida de mina. Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de ciências biológicas – Programa de Pós Graduação em Biotecnologia e Biociências, Florianópolis – SC, 2015. 94p.
SPAIN, J.C.; PRITCHARD, P.H.; BOURQUIN, A.W. Effects of adaptation on biodegradation rates in sediment/watercores from estuarine and freschwater environments. Applied and Environmental Microbiology, Washington, v.40, n.4, p.726-734, Apr. 1980. 
VIANA, I.R.; BORGES, M.S.; CARDOSO, P.S. Estratégias De Restauração Química Em Ambientes Alterados: Uma Revisão. Revista Iniciação Científica, v.10, n.1, Criciúma – Santa Catarina, p.145-158, 2012.
VON SPERLING, M.; FREIRE, V.H.; CHERNICHARO, C.A.L. Performance evaluation of an UASB: activated sludge system treating municipal wastewater. In: WORLD WATER CONGRESS OF THE INTERNATIONAL WATER ASSOCIATION, 2000, Paris. Anais. Paris: IWA, 2000. p. 94-100.
RESUMO DO ORÇAMENTO:
	
	FERJ
Setor de Pesquisa
	Contrapartida
	Total
R$
	Elementos de Despesa
	Quantidade
	Preço Unitário
R$
	Quantidade
	Preço Unitário
R$
	
	Participação em eventos
	5
	60,00
	-
	-
	300,00
	Passagens e Despesa de
Locomoção.
	15
	150,00
	-
	-
	2.250,00
	Material de Consumo
	10
	22,50
	-
	-
	225,00
	Aquisição de Livros
	2
	220,00
	-
	-
	440,00
	Cópias monocromáticas, fotocópia colorida, fotos aéreas, mapas, plotagens, cópias em metro.
	35
	1,50
	-
	-
	52,50
	Equipamentos e Material Permanente
	8
	12,50
	-
	-
	100,00
	Outros
	-
	-
	-
	-
	
	Total do Projeto
	75
	466,50
	-
	-
	3.267,50
____________________________
CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) 
	Objetivo
Específico
	Elementos de despesas
	Tempo (meses)
	Custo (R$)
	Biorremediação in situ – Tratamento de agua superficial contaminada
	Metabólitos intermediários e polimerização;
	Tempos elevados;
	Liberação de microrganismos;
	18-60
	200-520
7. EQUIPE
	Importante: Não foi possível a inserção dos Lattes.
____________________________