Aplicação de nanobiorremediação em um solo residual de basalto contaminado com cromo hexavalente e pentaclorofenol

Abstract

O crescimento industrial, associado a grande explosão populacional ocorrida nos últimos séculos, favoreceu o surgimento de novos compostos químicos que suprissem uma nova demanda, até então inexistente. O descarte indevido de compostos metálicos tóxicos e organoclorados no meio ambiente vem a muito tempo sendo alvos de estudos, sendo associados a centenas de áreas impactadas. Formas alternativas de recuperação destas áreas vem sendo estudadas ao longo dos anos, tais como a biorremediação e mais recentemente a nanorremediação. Objetivou-se avaliar o processo de Nanobiorremediação de um solo residual de basalto com contaminação mista de organoclorados e metais tóxicos, utilizando nano partículas de ferro zero valente e microrganismos nativos do solo. O estudo foi elaborado em 6 etapas. A determinação do método de extração de Pentaclorofenol através de espectrofotometria foi realizado utilizando 4 comprimentos de onda () e 10 concentrações de Pentaclorofenol (PCP). Para a definição da eficiência de extração definiu-se 5 concentrações em solo. A Análise de toxicidade foi realizada utilizando o método de produção de CO2. Foram determinadas 4 concentrações de contaminação para cada contaminante. As medições de CO2 foram realizadas a cada 2 dias, sendo o teor residual monitorado em diferentes tempos. Para o ensaio de eficiência de degradação, utilizou 4 concentrações de nZVI, duas concentrações de Cr6+ e duas concentrações de PCP. Os teores residuais foram analisados em 4 tempos. Para a análise de dispersão do nZVI via injeção, moldou-se corpos de prova contaminados com Cr6+ (100 mg/kg), utilizando 600 kPa como pressão padrão de injeção. Adotou-se a concentração de 12,5 g/Kg de nZVI como padrão. As análises foram realizadas em 3 diferentes profundidades, 3 diferentes raios de injeção e em três diferentes tempos. Para a avaliação da eficiência de degradação do processo de injeção adotou-se duas concentrações de nZVI, 3 tipos de contaminação em 3 tempos. Para a análise de Nanobiorremediação adotou-se dois tipos de contaminação, 4 concentrações de nZVI e 5 tempos de análise. O método de determinação de PCP apresentou um comportamento linear para todas os comprimentos de onda analisados, atingindo regressões acima de 0,98. Adotou-se o comprimento de onda de 230 nm para a curva de extração de PCP do solo, a qual apresentou um comportamento linear e uma regressão acima de 0,99. No ensaio de toxicidade, observou-se que o nZVI apresenta uma leve toxicidade para os microrganismos nativos do solo, não havendo alteração no aumento desta. Para o PCP e o Cr6+, a toxicidade aumenta significativamente com a concentração. Para a efetividade de degradação, observou-se que o tempo de reação do nZVI é significante para a degradação dos contaminantes, sendo que quanto maior a concentração menor é o tempo necessário. A pressão de 600 kPa é suficiente para um diâmetro efetivo de 33 cm, como adotado no experimento, sendo que quanto mais profunda é a contaminação, maior será a efetividade de degradação. A presença de compostos orgânicos não apresenta influência na degradação de Cr6+. Por outro lado, a presença de contaminantes inorgânicos apresentam uma forte influência na degradação de compostos clorados. Para o processo de Nanobiorremediação, verificou-se uma descloração natural de cerca de 20% do teor inicial do contaminante, podendo isso ser associado à efeitos bióticos e abióticos. A concentração de 50 g/kg promoveu a completa descloração do PCP. A concentração 25 g/kg apresentou valores de degradação de 71% ao final do experimento, indicando pouca ação biológica no tempo analisado. Conclui-se desta maneira que existe seletividade das nano partículas de ferro zero valente quando em contaminações orgânicas e inorgânicas, fazendo com que existam reduções de efetividade em compostos orgânicos. Conclui-se ainda que o processo de Nanobiorremediação é passível de ser aplicado, sendo necessário tempos superiores a 60 dias para observa-se efetivamente a ação microbiana.

The industrial growth, associated with the great population explosion that occurred in the last centuries, favored the appearance of new chemical compounds that supplied a new demand, until then nonexistent. The undue disposal of toxic metallic and organochlorine compounds in the environment has long been the target of impact studies related to the environment and humans, associated with hundreds of impacted areas. Alternative forms to remediate these areas have been studied over the years, such as bioremediation and, more recently, nanoremediation. The objective of this work was to evaluate the nanobiorremediation process in a residual basalt soil with mixed contamination of organochlorines and toxic metals, using zero valent iron nanoparticles (nZVI) and native soil microorganisms. The study was elaborated in 6 stages. The determination of the extraction method of pentachlorophenol by spectrophotometry was carried out using 4 wavelengths () and 10 pentachlorophenol (PCP) concentrations. For the definition of the extraction efficiency 5 soil concentrations were defined. Toxicity analysis was performed using the CO2 production method. Four concentrations of contamination were determined for each contaminant. The CO2 measurements were performed every 2 days, and the residual content was monitored at different times. For the degradation efficiency assay, 4 concentrations of nZVI, two concentrations of Cr6+ and two concentrations of PCP were used. The residual contents were analyzed in 4 stages. For analysis of dispersion of nZVI via injection, specimens contaminated with Cr6 + (100 mg / kg) were molded using 600 kPa as standard injection pressure. The concentration of 12.5 g/kg of nZVI was adopted as the standard. The analyzes were performed in 3 different depths of the body test, 3 different injection radius and at three different times. To evaluate the degradation efficiency of the injection process Two concentrations of nZVI, 3 types of contamination and 3 times, were adopted. For the analysis of nanobiorremediation two types of contamination were adopted, 4 concentrations of nZVI and 5 times of analysis. The method of determination of PCP presented a linear behavior for all analyzed wavelengths, reaching regressions above 0.98. The wavelength of 230 nm was adopted for the soil PCP extraction curve, which presented a linear behavior and a regression above 0.99. In the toxicity test, it was observed that the nZVI presents a slight toxicity to the native microorganisms of the soil, not having a change in the increase of this concentration. For PCP and Cr6+, the toxicity increases significantly with concentration. For the effectiveness of degradation, it was observed that the reaction time of nZVI is significant for the degradation of the contaminants, and the higher the concentration the shorter the time required. The pressure of 600 kPa is sufficient for an effective diameter of 33 cm, as adopted in the experiment. We have also found that the deeper the contamination, the greater the degradation effectiveness in the sample. The presence of organic compounds does not influence the degradation of Cr6+. On the other hand, the presence of inorganic contaminants has a strong influence on the degradation of chlorinated compounds. For the nanobioremediation process, a natural dechlorination around 20% of the initial content of the contaminant was verified, which may be associated with biotic and abiotic effects. The concentration of 50 g/kg promoted complete dechlorination of PCP. The concentration 25 g/kg presented degradation values of 71% at the end of the experiment, indicating little biological action in the time analyzed. It is concluded that there is selectivity of nZVI when in organic and inorganic contaminations, promoting reductions of effectiveness in organic compounds. It is also concluded that the nanobiorremediation process can be applied, but it takes more than 60 days to the microbial action being effectively observed.