Artigo biorremediacao Aula 13

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BIOLOGIA MARINHA
usado, por muitas dØcadas, para a iluminaçªo e, em
menor escala, como lubrificante. A invençªo do mo-
tor de combustªo interna e sua adoçªo rÆpida em
todas as formas de transporte ampliaram o empre-
go desse recurso natural, aumentando a demanda
– e com isso a produçªo, o transporte, a estocagem
e a distribuiçªo tanto do óleo cru quanto de seus
derivados. Todas essas atividades envolvem riscos
de derrames acidentais, que podem ser minimizados,
mas nªo totalmente eliminados.
Felizmente, os grandes derrames – que contami-
nam oceanos e Æreas costeiras de forma significativa
– nªo ocorrem com freqüŒncia. Sªo exemplos desses
desastres ambientais as 200 mil toneladas de óleo
despejadas na costa da França pelo acidente com o
navio petroleiro Amoco Cadiz (1978); as 40 mil 4
Explorado comercialmente desde meados do século 19, o petróleo foi
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A poluição por petróleo
e seus derivados,
em ambientes marinhos,
tem sido um dos principais
problemas ambientais
das últimas décadas.
Diversas técnicas físicas
e químicas foram
desenvolvidas para
a retirada do petróleo
derramado no mar ou para
a redução dos seus efeitos
sobre o ecossistema.
A descoberta de que certas
bactérias que vivem nos
sedimentos marinhos,
inclusive na areia das
praias, podem degradar os
componentes do petróleo
abriu a possibilidade
de usar métodos biológicos
para o tratamento
dos derrames.
Esses métodos, objeto
de pesquisas recentes
no Brasil, são chamados,
em seu conjunto,
de biorremediação.
BIOLOGIA MARINHA
TRATAMENTO
PARA DERRAMES
DE PETRÓLEO
B I O R R EB I O R R E
Mirian A. C. Crapez,
Alexandre L. N. Borges,
Maria das Graças S. Bispo
e Daniella C. Pereira
Programa de Pós-Graduação
em Biologia Marinha,
Universidade Federal Fluminense FOT
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M E D I A Ç Ã OM E D I A Ç Ã O
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toneladas lançadas pelo Exxon Valdez no litoral do
Alasca (1989); e o incŒndio do Haven, na costa da
ItÆlia, com 140 mil toneladas de óleo a bordo (1991).
TambØm em 1991, a Guerra do Golfo contaminou o
Kuwait com 820 mil toneladas de óleo e, dois anos
depois, o petroleiro Braer derramou 80 mil tonela-
das de óleo nas Æguas costeiras das ilhas Shetland
(Escócia).
No Brasil, em março de 1975, um acidente rom-
peu o casco do navio-tanque iraquiano Tarik Ibn
Ziyad no canal central de navegaçªo da baía de Gua-
nabara. VÆrias praias foram atingidas nas cidades do
Rio de Janeiro e de Niterói, tanto no interior da baía
quanto na costa oceânica. O óleo provocou incŒn-
dios em Æreas de manguezal, em torno da baía, e a
contaminaçªo afetou seriamente as comunidades
animais da zona entremarØs.
Em agosto de 1997, um vazamento nas instala-
çıes dos Dutos e Terminais do Sudeste (DTSE)
atingiu o mangue adjacente à Refinaria Duque de
Caxias (Reduc), na baía de Guanabara. AlØm do
mangue, o óleo espalhou-se pelas praias de Fregue-
sia, Barªo, Pitangueiras, Bandeira e Zumbi, localiza-
das na ilha do Governador. Em janeiro de 2000,
outro vazamento de óleo ocorreu no mesmo local,
atingindo inœmeras Æreas de manguezal, alØm da
ilha de PaquetÆ e do norte e leste da ilha do Gover-
nador. Esse vazamento foi considerado um dos
maiores acidentes com petróleo jÆ ocorridos na baía
de Guanabara (ver ‘500 anos de degradaçªo’, em CH
n” 158).
Tratamento inicial das marés negras
Tais desastres mostraram como o petróleo Ø danoso
ao ambiente marinho, mas eles tambØm serviram
para o desenvolvimento de tØcnicas para lidar com
os derrames acidentais – chamados de marØs negras
– no mar e nas praias. Essas tØcnicas incluem em
geral mØtodos físicos e químicos, como barreiras de
contençªo, aparelhos de sucçªo, uso de jatos d’Ægua
para dispersar o óleo, absorventes, formadores de
gel, precipitantes e dispersantes químicos.
As barreiras de contençªo e os aparelhos de suc-
çªo sªo eficientes em Æguas calmas, onde as ondas
Figura 1. A degradação
do petróleo derramado
é influenciada por inúmeros
fatores químicos,
físicos e biológicos
nªo comprometem essas tØcni-
cas. Uma variedade ampla de ma-
teriais absorventes – como espu-
mas de polietileno ou poliuretano
e palha – sªo empregados para
remoçªo do óleo derramado, prin-
cipalmente na regiªo de quebra-
mar. A aplicaçªo de agentes quí-
micos sobre o óleo, para provocar
a formaçªo de gel ou a coagula-
çªo, diferentemente dos proces-
sos anteriores, Ø feita na coluna
d’Ægua, distante da praia, o que
aumenta o custo, devido aos gas-
tos com embarcaçıes.
Da mesma forma, a queima do
óleo no mar nªo Ø considerada
um tratamento satisfatório. Tan-
to esse mØtodo quanto o uso de
agentes químicos sªo danosos à
fauna e à flora marinhas. De to-
das as tØcnicas, apenas as de pre-
cipitaçªo e dispersªo tŒm suces-
so ‘aparente’ em mar aberto. A
precipitaçªo Ø realizada com o
lançamento, sobre a camada de
petróleo na superfície, de pós ou
FATORES QUE AFETAM A DEGRADAÇÃO DO PETRÓLEO
FATORES CARACTERÍSTICAS
Composição Cerca de 60% a 90% são hidrocarbonetos alifáticos, passíveis
química de biodegradação. Nessa classe, o fitano e o pristano são mais
resistentes à degradação e podem ser usados como marcadores
químicos em monitoramento. Entre os aromáticos, deve-se monitorar
benzeno, tolueno e xileno (BTX), mais tóxicos aos seres vivos; hopano
pode ser usado como marcador químico, em monitoramento. Nos seres
vivos, o petróleo pode ser incorporado às gorduras, causar distúrbios
metabólicos ou interromper a quimiorrecepção.
Estado físico Condiciona agregação, espalhamento, dispersão ou adsorção
no ambiente.
Mudanças A composição química e o estado físico do óleo, associados
químicas à temperatura, à radiação solar e ao batimento das ondas,
induzem mudanças químicas, evaporação e fotooxidação.
Água É essencial à vida bacteriana, mas é excluída dos agregados,
porque o petróleo é hidrofóbico.
Temperatura Determina a evaporação, constituindo um fator importante
no processo de degradação.
Oxigênio É fator decisivo para iniciar e sustentar a biodegradação.
Nutrientes São essenciais nitrogênio (N) e fósforo (P). Teoricamente, para cada
grama de óleo degradado são necessários 150 mg de N e 30 mg de P.
Salinidade É desconhecida a biodegradação em ambientes hipersalinos.
Microrganismos As bactérias hidrocarbonoclásticas podem estar ausentes
ou em número insuficiente para desencadear a biodegradação.
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materiais de granulometria fina, mas com alta den-
sidade. O óleo absorve essas partículas e sofre pre-
cipitaçªo, depositando-se no sedimento. JÆ os
dispersantes químicos fazem com que o óleo se
espalhe de modo muito rÆpido, tornando-o ‘menos
visível’. Nos dois casos, porØm, o material continua
no ambiente, sendo assimilado pelos organismos
marinhos e acumulado nos tecidos, em diferentes
níveis da cadeia alimentar (desde os microrganis-
mos atØ os grandes peixes, alØm das aves e mamífe-
ros que se alimentam no mar e dependem dele).
Tanto os mØtodos físicos quanto os químicos
devem levar em conta que o óleo derramado no mar
espalha-se na superfície da Ægua, formando uma
camada fina e homogŒnea, semelhante a ‘mousse de
chocolate’, e que esta camada pode ser degradada
por fatores físicos, químicos e biológicos.
Preocupação com
o ambiente marinho
Em 1946, o microbiólogo marinho norte-americano
Claude E. ZoBell (1905-1989)identificou, pela pri-
meira vez, microrganismos capazes de consumir
petróleo, isto Ø, de usÆ-lo como fonte de carbono
para a geraçªo de biomassa. Na Øpoca, porØm, os
derrames de petróleo ainda nªo eram vistos como
um problema ambiental sØrio. Apenas 21 anos de-
pois, em 1967, o acidente com o superpetroleiro
Torrey Canyon, na Inglaterra, e o desenvolvimento
da exploraçªo de petróleo no `rtico serviram de
alerta para o risco de outros acidentes.
A partir daí, os cientistas passaram a se preocu-
par em conhecer o destino do petróleo como poluen-
te e uma atençªo especial foi dada ao ambiente
marinho, o maior e œltimo receptor das marØs ne-
gras. As pesquisas desenvolvidas desde entªo pro-
curavam respostas para diversas perguntas sobre:
1. os componentes biodegradÆveis do petróleo;
2. os fatores ambientais que influenciariam a biode-
gradaçªo dessa substância; e 3. a distribuiçªo das
populaçıes de microrganismos capazes de degradar
o petróleo.
O petróleo, formado por processos biogeoquí-
micos, Ø uma mistura complexa de hidrocarbonetos.
Sua composiçªo varia em funçªo de sua localizaçªo
geogrÆfica e das condiçıes físico-químicas e bioló-
gicas que o originaram. Assim, grande parte de seus
componentes (de 60% a 90%) Ø passível de biode-
gradaçªo (figura 1). Entretanto, o restante – bruto ou
Figura 2. Colônias de três consórcios
de bactérias hidrocarbonoclásticas (A, B, C)
isoladas de sedimentos marinhos impactados
por hidrocarbonetos de petróleo
refinado – Ø recalcitrante, isto Ø, demora a desapare-
cer por meios naturais, após algum acidente em um
ambiente. Mesmo tratando-se de uma fraçªo menor
(de 10% a 40%), Ø preciso lembrar que isso significa
toneladas de material poluente impactando o ambi-
ente e podendo ser bioacumuladas nos seres vivos
(ver ‘Filtros biológicos’, em CH n” 58). Assim, o des-
tino dessa substância no ambiente, após um derra-
me, dependerÆ da interaçªo de vÆrios fatores.
A biodegradaçªo Ø um desses fatores. Pesquisas
desenvolvidas em regiıes frias (como o `rtico) ou
temperadas mostraram que diversos grupos de bac-
tØrias e fungos tŒm habilidade para degradar os
componentes de petróleo. As bactØrias, denomina-
das hidrocarbonoclÆsticas, fazem parte da microflora
presente no solo, na Ægua e no sedimento. Quando
esses ambientes sªo expostos a marØs negras, ocorre
um fenômeno de adaptaçªo ou aclimataçªo de cer-
tas populaçıes de bactØrias, que passam a reconhe-
cer os componentes do óleo como fonte de carbono,
iniciando o processo de degradaçªo. 4
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A complexidade dos processos metabólicos ne-
cessÆrios a essa degradaçªo leva à formaçªo de
consórcios, com bactØrias de diferentes gŒneros e
espØcies, cada uma especializada em degradar uma
ou vÆrias fraçıes do óleo derramado (figura 2). Os
principais gŒneros sªo Acidovorans, Acinetobacter,
Agrobacterium, Alcaligenes, Aeromonas, Arthro-
bacter, Beijemickia, Burkholderia, Bacillus, Co-
momonas, Cycloclasticus, Flavobacterium, Goordo-
na, Moraxella, Mycobacterium, Micrococcus, Neptu-
nomonas, Nocardia, Pasteurella, Pseudomonas, Rho-
dococcus, Streptomyces, Sphingomonas, Stenotro-
phomonas e Vibrio.
Derrames sucessivos no mesmo ambiente acele-
ram cada vez mais o aumento da biomassa bacteriana
hidrocarbonoclÆstica. A maior concentraçªo dessas
bactØrias, portanto, serve como um indicador de
ambiente impactado cronicamente por petróleo.
Uma nova tecnologia atrai interesse
Após o acidente com o petroleiro Exxon Valdez, em
que o óleo derramado no mar atingiu 15% da costa
do golfo do Alasca, e a Guerra no Golfo, que formou
330 lagos de óleo no Kuwait, os processos de degra-
daçªo biológica – chamados, em conjunto, de biorre-
mediaçªo – receberam maior atençªo. Tais proces-
sos surgiram a partir de estudos de decomposiçªo e
detoxificaçªo de pesticidas em solos e, mais tarde,
foram propostos como promissores para a recupera-
çªo de Æreas costeiras atingidas por derrames de
petróleo.
A tecnologia de biorremediaçªo usa, para a re-
moçªo de poluentes, o potencial fisiológico de bac-
tØrias. Estas transformam o petróleo em biomassa,
Ægua, dióxido de carbono e outros compostos (figu-
ra 3). O objetivo principal da biorremediaçªo Ø mi-
nimizar o impacto das substâncias recalcitrantes
no ambiente, criando condiçıes favorÆveis ao cres-
cimento e à atividade bacterianas. A ‘bioestimula-
çªo’ (adiçªo de fertilizantes) e a ‘bioamplificaçªo’
(semeadura de nœmero expressivo de bactØrias hidro-
carbonoclÆsticas) podem ser consideradas aborda-
gens gerais nessa tecnologia.
Os trabalhos de biorremediaçªo devem ser feitos
tanto no ambiente quanto em condiçıes controladas
de laboratório, para obter informaçıes que permi-
tam estimar custo, viabilidade e duraçªo do trata-
mento, e para identificar os fatores limitantes do
processo e as vias possíveis de superaçªo dos mes-
mos. A eficÆcia da tecnologia Ø testada, em labora-
tório, pela determinaçªo da biomassa da populaçªo
bacteriana (total e hidrocarbonoclÆstica), o isola-
mento e a manutençªo de consórcios das bactØrias
que fazem a biodegradaçªo, a mediçªo da taxa de
respiraçªo (consumo de oxigŒnio e/ou produçªo de
gÆs carbônico), a quantificaçªo da atividade de
enzimas ligadas à degradaçªo do óleo e a determina-
çªo das taxas de degradaçªo do poluente.
É bom ressaltar que todos esses parâmetros tam-
bØm podem ser usados para avaliar ambientes
impactados por óleo, exceto o consumo de O2 e/ou
produçªo de CO2. No ambiente, mudanças quantita-
tivas nesses fenômenos podem indicar tanto a
mineralizaçªo da matØria orgânica quanto o consu-
mo de óleo pelas bactØrias, levando a uma interpre-
taçªo errônea dos resultados.
Pesquisas sobre
biorremediação no Brasil
Os estudos de biorremediaçªo, no Brasil, ainda sªo
incipientes. O Laboratório de Microbiologia Mari-
nha, da Universidade Federal Fluminense, Ø pionei-
ro nessa Ærea e vem desenvolvendo pesquisas para
estabelecer as bases dessa tecnologia em funçªo das
condiçıes ambientais brasileiras.
As baías sªo ambientes de maior risco para aci-
dentes com petróleo porque, alØm da intensa movi-
mentaçªo de embarcaçıes em seu interior, em geral
apresentam em seu entorno grande densidade
demogrÆfica e maior concentraçªo de portos e in-
dœstrias. As baías da ilha Grande e de Guanabara, no
estado do Rio de Janeiro, sªo exemplos do tipo de
ambiente com alto risco para acidentes de derrames
de óleo, e em ambas foram realizadas pesquisas
sobre biorremediaçªo.
Figura 3. Degradação (da esquerda para a direita)
dos hidrocarbonetos de petróleo
por consórcio bioamplificado de bactérias
hidrocarbonoclásticas e bioestimulados
com fertilizante NPK
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BIOLOGIA MARINHA
Sugestões
para leitura
BALBA, M.T.;
AL-AWADHI, N.
and AL-DAHER, R.
‘Bioremediation
of oil-contaminated
soil: microbiological
methods for
feasibility
assessment and
field evaluation’,
in Journal
Microbiological
Methods, v. 32,
p. 155, 1998.
CRAPEZ, M.A.C.;
TOSTA, Z.T.; BISPO,
M.G.S. & PEREIRA,
D.C. ‘Acute and
chronic impacts
by aromatic
hydrocarbons
on bacterial
communities at
Boa Viagem and
Forte do Rio Branco
beaches, Guanabara
Bay, Brazil’,
in Environmental
Pollution, v. 108/2,
p. 291, 2000.
CRAPEZ, M.A.C.;
BORGES, A.L.N.;
BISPO, M.G.S.;
PEREIRA, D.C.;
ALVES, P.H. &
THIENGO, D.A.
‘Bioremediation
utilizing three
consortiums
of Bacillus spp.
hydrocarbon
degraders, isolated
from tropical beach
sediment’, in 5th
Congress on Marine
Sciences (Marcuba,
La Habana, Cuba),
CD-Rom, 2000.
CRAPEZ, M.A.C.;
TOSTA, Z.T.; BISPO,
M.G.S.; MESQUITA,
A.C.; LOGULLO,C.J.
& CORREA-JÚNIOR,
J.D. ‘Biorremediação
em sedimentos
de praias arenosas
utilizando Bacillus
spp. isolados de
solo de floresta’,
in Oecologia
Brasiliensis, v. 19,
p. 28, 1997.
Os estudos feitos na baía da ilha Grande consta-
taram a presença de populaçıes hidrocarbonoclÆs-
ticas capazes de consumir benzeno, tolueno e nafta-
leno (alguns dos componentes do petróleo) na com-
plexa comunidade bacteriana dos sedimentos de
praias. Ensaios em laboratório com bactØrias desse
tipo, isoladas e introduzidas em amostras de sedi-
mento, aumentaram em mais de 200% a produçªo
de CO2, tornando mais rÆpida e eficaz a degradaçªo
do petróleo.
BactØrias hidrocarbonoclÆsticas tambØm foram
isoladas na baía de Guanabara, em amostras de
sedimento superficial da ilha de `gua, e seu rendi-
mento na degradaçªo do petróleo foi avaliado em
laboratório. Para isso, as bactØrias foram bioampli-
ficadas em meio de cultura contendo petróleo e
depois submetidas a diferentes formulaçıes do
bioestimulante NPK (baseado em nitrogŒnio, fósfo-
ro e potÆssio). Outros projetos estudaram a influŒn-
cia da matØria orgânica na degradaçªo de benzeno,
tolueno e xileno, hidrocarbonetos extremamente
tóxicos. Esses projetos serviram ainda para avaliar e
monitorar Æreas de risco.
Avaliaçıes desse tipo tambØm sªo importantes
para verificar o potencial da microbiota hidrocar-
bonoclÆstica em Æreas onde serªo implantados no-
vos projetos ligados ao petróleo. Os estudos do
Laboratório de Microbiologia Marinha tŒm aponta-
do que a resposta da comunidade bacteriana a der-
rames depende das características do ambiente
impactado, do tipo do óleo e de sua concentraçªo,
mas a quantidade e a qualidade da matØria orgânica
disponível nos sedimentos do local tambØm Ø muito
importante para a aclimataçªo e a bioamplificaçªo
da microbiota hidrocarbonoclÆstica presente no
ambiente. Na lagoa de Saquarema e na praia de
Jurujuba, Æreas do estado do Rio de Janeiro onde
grande quantidade de esgoto e de rejeitos de fÆbricas
alimentícias chegam ao sedimento, nªo foi consta-
tada a atividade de bactØrias hidrocarbonoclÆsticas.
Nesses locais, uma marØ negra poderÆ acarretar sØ-
rios prejuízos para a fauna e a flora locais.
O tempo decorrido desde o derrame e o nœmero
de exposiçıes do local ao óleo sªo fatores cruciais
nos processos de biorremediaçªo e de recuperaçªo
ambiental. Para verificar as respostas potenciais da
microbiota aos efeitos agudo e crônico de hidrocar-
bonetos de petróleo, foram realizados ensaios labora-
toriais em amostras de sedimento das praias da Boa
Viagem e do Forte do Rio Branco e da Ærea da Estaçªo
HidroviÆria de Niterói (RJ).
Na Estaçªo HidroviÆria de Niterói, que recebe
considerÆvel volume de esgoto e de óleo, as bactØ-
rias jÆ utilizam essas substâncias como fonte de car-
bono, produzindo biomassa considerÆvel. Os en-
saios feitos com sedimento das praias de Boa Via-
gem e do Forte do Rio Branco, por sua vez, mostra-
ram que, aumentando a freqüŒncia de entrada de
benzeno, tolueno e xileno no sistema, as bactØrias
tornam-se capazes de degradar quantidades cres-
centes desses poluentes.
Tal efeito depende das interaçıes ambientais
entre os componentes do petróleo e as populaçıes
bacterianas, que atuam em cometabolismo (alguns
componentes do petróleo nªo sªo reconhecidos
pelo sistema enzimÆtico das bactØrias, mas a repe-
tiçªo da disponibilidade dessas substâncias faz com
que as bactØrias sintetizem novas enzimas, capazes
de degradar mesmo as mais recalcitrantes) e/ou de
forma sinØrgica (degradaçªo seqüencial de diferen-
tes componentes do petróleo, realizada por gŒneros
ou espØcies diferentes do consórcio de bactØrias, em
que o subproduto de cada etapa Ø fonte de carbono
para a outra).
Quando as bactØrias estªo aclimatadas, ou seja,
jÆ sintetizaram as enzimas para degradar o óleo, sua
concentraçªo pode atingir 10 bilhıes de cØlulas por
mililitro, tanto no meio de cultura quanto no ambien-
te natural. Ao consumirem o óleo, as bactØrias hidro-
carbonoclÆsticas produzem biomassa, podendo au-
mentar em mais de 1.000% seu conteœdo de lipídios
e em 240% o de proteínas.
Os resultados desses estudos – e de inœmeros
outros, ao redor do mundo – deixam claro que as tØc-
nicas convencionais de limpeza das marØs negras
podem e devem ser complementadas com a biorre-
mediaçªo. Em grandes acidentes, mesmo com a
aplicaçªo adequada das tØcnicas mecânicas hoje
existentes, ainda resta uma fraçªo de óleo oxidado
pela luz solar. Essa fraçªo fica disponível para a
biota e precisa ser degradada para que o ecossistema
nªo fique impactado. A biorremediaçªo, portanto,
multiplica a capacidade de depuraçªo do ambiente,
alØm de permitir o restabelecimento da vida animal
e vegetal e o mapeamento de Æreas de risco. nFOT
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