Faculdade de Viçosa - FDV
Engenharia Ambiental
Biodegradação do Petróleo
DEA 230 – Microbiologia e Bioquímica Aplicadas
Professora: Narah Vitarelli
O que é Petróleo?
• Petróleo (do latim petroleum: petrus = pedra e oleum = óleo
• combinação complexa de hidrocarbonetos (carbono + hidrogênio),
composta na sua maioria de hidrocarbonetos alifáticos, alicíclicos e
aromáticos, podendo conter também quantidades pequenas de nitrogênio,
oxigênio, compostos de enxofre e íons metálicos
• É a principal fonte de energia utilizada pelo homem, porém
não é renovável
• derivados do petróleo: querosene, óleos combustíveis,
óleos lubrificantes, óleo diesel, combustível para avião,
parafina, ...
Petróleo - origem
Sedimentos do
carbonífero
Petróleo e Meio
Ambiente
• Um dos maiores desastres ecológicos mundiais
• Contaminação das águas
• Fauna marinha ameaçada
• Difícil degradação!!!
Desastre de 2010: plataforma Deepwater Horizon
(Golfo do México)
20 de abril: explosão da
plataforma
25 de abril: imagem de satélite do
derramamento de petróleo
Consequências do derramamento de petróleo:
Tentando amenizar o problema ...
Tentando amenizar o problema ...
A solução (se é que assim podemos dizer) mais
eficiente é ...
Biodegradação do Petróleo
Biodegradação do Petróleo
• Capacidade de certos microrganismos de utilizar hidrocarbonetos como
fonte de energia (fonte de carbono)
• Na déc. 60 ocorreram 3 incidentes ambientais com petróleo (naufrágio
do tanque Torrey Canyon; Santa Bárbara e Flórida) -> colocaram a
poluição ambiental por vazamento de petróleo no foco do mundo
• o petróleo pode ser eliminado do meio por evaporação, queima ou
biodegradação, porém outros compostos são recalcitrantes.
• a biodegradação completa do petróleo consiste na quebra dos
hidrocarbonetos tendo como produtos finais CO2 + H2O.
Hidrocarbonetos do petróleo
N-alcanos
Metano
BTEX: Benzeno, Tolueno, Etilbenzenos e Xilenos
HPAs: Hidrocarbonetos Policíclicos, Aromáticos
A maioria das moléculas
é composta por C e H,
podendo ocorrer S e N
Quais são os
microrganismos capazes de
degradar o petróleo?
• Há uma grande diversidade de microrganismos capazes de utilizar
hidrocarbonetos como fonte de energia (fonte de carbono)
• A maioria são mesofílicos. Porém alguns foram encontrados em
ambientes extremos (Ártico e Antártico), poucos em ecossistemas com
altas temperaturas (temperatura máxima de biodegradação 60°C, ex:
deserto do Kuwait)
• quem são: Maioria bactérias, porém fungos, cianobactérias, algas e
protozoários também são degradadores de hidrocarbonetos do petróleo
• a degradação de hidrocarbonetos -> CO2 envolve reação de oxidação,
portanto: ↑ microrganismos aeróbios (há lenta degradação anaeróbia)
• Atenção: os produtos parcialmente oxidados podem ser mais tóxicos do
que os hidrocarbonetos -> pode ocorrer aumento temporário da toxicidade
no processo de biodegradação
Biodegradação da fração saturada
N-alcanos
alcanos ramificados
Cicloalcanos (naftenos)
• n-alcanos são os mais facilmente degradados
(foi demonstrada biodegradação até n-C44)
• degradação: ataque terminal -> ác. Carboxílico -> β-oxidação ->
ác. graxos -> CO2
• ác. graxos tóxicos podem se acumular
• presença de grupo metil aumentam a resistência dos
hidrocarbonetos ao ataque microbiano
• os cicloalcanos são particularmente resistentes à biodegradação
• compostos alicíclicos são
mais persistentes na
natureza
•Estruturas com no máximo 6 anéis condensados podem ser
degradadas
Biodegradação da fração aromática
HPAs: Hidrocarbonetos Policíclicos, Aromáticos
• 1 a 3 anéis são degradados facilmente, há microrganismos
capazes de degradar até 5 anéis
• cianobactérias são capazes de oxidar o naftaleno em
presença de luz apenas
• importante em ecossistemas aquáticos (marinho ou doce)
já que o petróleo espalha-se superficialmente, porém...
• petróleo impede completamente a passagem de luz
Microrganismos degradadores de hidrocarbonetos
• microrganismos são capazes de metabolizar número
limitado de hidrocarbonetos -> é requerida uma mistura de
populações com capacidade enzimática ampliada para
degradação de complexos de hidrocarbonetos do petróleo
no solo, água doce e mar
Microrganismos degradadores de hidrocarbonetos
Ecossistemas:
Aquático
Solo
Marinho
22 bactérias
1 alga
14 fungos
Capacidade de
degradação dos
22 bactérias
microrganismos
31 fungos
dependem das
condições ambientais
25 bactérias
27 fungos
Espécies de protozoários podem transformar n-alcanos
Biodegradação no ambiente marinho
Principal componente dos derrames: óleo cru ou petróleo bruto
(carga principal de grandes cargueiros)
Após o derrame no mar: hidrocarbonetos começam a ser
transformados por fatores físicos, químicos e biológicos
Grau do dano ambiental depende: localização do derrame, tipo de
óleo e quantidade
Derrames catastróficos: ocorrem em regiões costeiras, afetando o
ecossistema marinho e litorâneo
1: óleo se espalha pela superfície da água
2: evaporação dos componentes voláteis
3: componentes solúveis em água se dissolvem no oceano
4: luz do sol pode oxidar moléculas, podendo até levar a uma
degradação completa liberando CO2 e H2O.
Derrames em regiões costeiras
• Poluição da região litorânea
• petróleo em contato com o sedimento: reações complexas ->
compostos aromáticos ficam mais protegidos, ↓ degradação
Ação de Surfactantes
• substância capaz de alterar as propriedades superficiais de um líquido
• Aplicações: detergência, emulsificação, capacidade espumante,
solubilização.
• Desempenham papel importante na remediação in situ: permitem maior
solubilização dos componentes do petróleo, aumentando a área de superfície e
consequentemente permitem maior contato dos microrganismos com o substrato
• Muitos microrganismos são produtores de surfactantes (biosurfactantes)
-> amplamente utilizados na limpeza de tanques-reservatórios de petróleo
Efeito dos fatores físicos e químicos na
biodegradação
Temperatura
• A biodegradação pode ocorrer numa faixa grande de 0° a 70°C
• Em baixa temperatura: ↑ vicosidade
↓ volatilização
↓ Degradação
↓ atividade
enzimática
• A biodegradação máxima de hidrocarbonetos de 30° a 40°C
• Porém varia com a composição do hidrocarboneto
Efeito dos fatores físicos e químicos na
biodegradação
Nutrientes
• Hidrocarbonetos são fonte de carbono para os
microrganismos
• Há necessidade de outros nutrientes como N e P em grande quantidade
e micronutrientes em menor quantidade (S, Fe, Mg, Ca e K)
• Nutrientes podem ser adicionados ao meio como forma de estimular a
biodegradação
Solo
• ajuste no balanço C/N/P é feito pela adição de fertilizantes
Água
• cuidados para não dissipar nutrientes na interface óleo-água:
1. encapsulamento do fertilizante em matriz com lenta liberação
2. Utilizar fertilizantes oleofílicos. Ex: uréia parafinada
Efeito dos fatores físicos e químicos na
biodegradação
pH
• solo: varia de 2,5 a 11
• a maioria das bactérias e fungos se desenvolvem melhor em pH neutro
• Com a correção do pH do solo pode-se obter o dobro da taxa de
biodegradação
Efeito do derrame na comunidade
microbiana
• a presença de hidrocarbonetos pode resultar num
aumento ou redução da população microbiana
• O efeito dependerá da composição química do óleo
• pode ocorrer: enriquecimento primário de
microrganismos que usam hidrocarbonetos ->
enriquecimento de microrganismos que usam os
produtos liberados pelos primeiros
• Pode haver redução de microrganismos em contato
com componentes tóxicos do petróleo (ex: tolueno e
fenol são usados como desinfetantes)
• alguns microrganismos têm comportamento neutro
Estratégias de Remediação
Ecossistemas Aquáticos
1. Coleta física do material
Estratégias de Remediação
Ecossistemas Aquáticos
2. Uso de dispersantes químicos + catalisadores de fotoxidação
Veja: “dispersores químicos são armas poderosas contra o vazamento de
petróleo”
Scientiphic America - Brasil: “dispersores químicos aumentam a toxicidade
Estratégias de Remediação
Ecossistemas Aquáticos
3. Barreiras Físicas + queima do óleo in situ
Estratégias de Biorremediação
Ecossistemas Aquáticos
4. Biorremediação
• Há diversas patentes e mais de 40 companhias oferecem produtos e
serviços de biorremediação
• O princípio é o mesmo: estimular a biorremediação via adição de
nutrientes (N e P)
• Outro método: introdução de microrganismos exógenos (isolados
naturalmente ou manipulados geneticamente)
4. Biorremediação – estudo de caso no Alaska em 1989
“A maré Negra do Exxon Valdez”
• O navio petroleiro Exxon Valdez despejou na costa do Alaska nada menos
que 257.000 a 750.000 barris
• 250.000 aves marinhas
• 2.800 lontras
• 250 águias
• 22 orcas
4. Biorremediação – estudo de caso no Alaska em 1989
Métodos de biorremediação usando adição de fertilizantes:
• fertilizante de liberação lenta
• fertilizante oleofílico Inipol EAP22 (microemulsão estável, consistindo
de matriz de uréia coberta por ác. Oléico)
• fertilizante solúvel
• 2-3 semana após aplicação dos fertilizantes observou-se maior
limpeza do ambiente
• O uso de fertilizantes acelerou o processo de limpeza
• fertilizantes estimularam de 3 a 4 vezes a biorremediação
4. Biorremediação – estudo de caso no Alaska em 1989
Métodos de biorremediação usando adição de microrganismos exógenos:
• linhagens microbianas, desenvolvidas por C. Oppenheimer,
foram utilizadas para a descontaminação em mar aberto
• Esses microrganismos utilizaram uma ampla variedade de
hidrocarbonetos em seu metabolismo
Estratégias de Biorremediação
Ecossistemas Terrestres
• Fonte de contaminação principal: fundo dos tanques-reservatórios e das
unidades de tratamento
• Nos EUA há 2 milhões de tanques subterrâneos para armazenamento de
gasolina e 90.000 deles oferecem risco
• Refinaria Gabriel Passos (Betim, MG): capacidade 150.000 barris/dia
Estratégias de Biorremediação
Ecossistemas Terrestres
• Refinaria Gabriel Passos (Betim, MG): estudo constatou contaminação do
solo, subsolo e lençol freático devido a falta de correta impermeabilização
dos tanques
Estratégias de Biorremediação
Ecossistemas Terrestres
1. Landfarming
Métodos de biorremediação:
• consiste na dispersão de resíduos do solo e utilização de
microrganismos na biorremediação
•Revolvimento do solo para que os contaminantes estejam em
contato com a “fase fértil” do solo (parte orgânica).
•Experimento mostrou maior eficiência em: umidade 30-90%; pH de
7,5-7,8; temperatura > 20°C.
2. Compostagem
•Adição de material orgânico -> estímulo desenvolvimento microbiano
•Materiais adicionados: palha, grama, folhas, bagaço de cana,
serragem, esterco.
Estratégias de Biorremediação
Ecossistemas Terrestres
Fitorremediação:
• Rizosfera estimulando o crescimento de microrganismos in situ
•Plantas resistentes à presença de óleos devem ser cultivadas nas
regiões poluídas
•A população microbiana presente é dependente do tipo de raiz,
idade da planta e tipo de solo
Como as plantas atuam?
• Absorção direta dos contaminantes do solo e acúmulo
•Liberação de exsudados e enzimas que estimulam a
atividade microbiana
•Aumento da mineralização na rizosfera
Obrigada