Metais pesados - Apostilas - Biotecnologia, Notas de estudo de . Universidade de São Paulo (USP)
Raimundo
Raimundo15 de Março de 2013

Metais pesados - Apostilas - Biotecnologia, Notas de estudo de . Universidade de São Paulo (USP)

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Apostilas de Biotecnologia sobre o estudo dos Metais Tóxicos ou Pesados, Toxicidade dos Metais, solubilidade e disponibilidade, Fontes de Metais no Solo.
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Metais Tóxicos ou Pesados: • São designados metais pesados os elementos que apresentam

peso específico maior a 6 g.cm-3 ou que possuem número atômico maior a 20.

• Dentre estes podem ser citados: cádmio, chumbo, níquel, zinco, cobre e manganês.

Toxicidade dos Metais: -A toxicidade de metais pesados é atribuída à sua habilidade de se ligar a enzimas, provocando sua inativação ou mesmo aumentando a atividade de algumas, resultando em alterações na sua função catalítica. -Um dos aspectos mais importantes que distingue metais pesados de outros elementos tóxicos é que sua toxicidade é grandemente controlada pelas suas propriedades físicas e químicas: concentração do metal no solo; conteúdo em matéria orgânica;teor dos óxidos de Fe, Al e Mn; tipos e concentrações dos minerais de argila; da CTC; da relação macro/microporos e da umidade.

solubilidade e disponibilidade Os metais presentes no solo podem estar

associados a diferentes componentes do solo: 1. Metais livres ou compostos metálicos solúveis

presentes na solução do solo. 2. Metais como íons de troca adsorvidos à

superfície inorgânica das partículas do solo. 3. Compostos metálicos insolúveis (óxidos,

hidróxidos, fosfatos, carbonatos). 4. Metais complexados por compostos orgânicos

solúveis ou insolúveis. 5. Metais associados a minerais de sílica.

solubilidade e disponibilidade

• A fração dos metais presentes no solo que está imediatamente disponível para absorção pelas plantas são as frações solúveis ou frações solubilizaveis pelos exudados da raiz – fração muito pequena dos metais pesados presentes no solo.

• Para a fitoextração ser efetiva, tem de se solubilizar os metais pesados presentes no solo, através de alteração do pH do solo e/ou da adição de agentes quelantes dos metais.

• Nos solos, a disponibilidade de metais pesados aumenta para valores de pH<5,5. Agentes quelantes como EDTA podem solubilizar determinados metais (Pb) tornando-os disponíveis para absorção pela planta.

ADIÇÃO DE COMPOSTOS AO SOLO:

A adição de determinados compostos ao solo para redução da toxicidade de metais pesados, deve ter uma ação rápida,prevenindo a lixiviação, absorção pelas plantas e reduzir a disponibilidade biológica. Os compostos mais utilizados na redução da disponibilidade de metais pesados no solo são os fertilizantes de fosfato, matéria orgânica, oxi- hidróxidos de Fe e Mn.

Fontes de Metais no Solo: Os metais existem nos solos em consequência de:

-fenômenos naturais= ‘fontes naturais de metais’: depósitos de minérios e rochas, que ao longo dos tempos, por erosão, se disseminam no meio ambiente; ou

-como resultado de atividades humanas= ‘fontes antropogênicas de metais’: várias indústrias, extração de minérios, exaustão de partículas de gases de motores, centrais de produção de energia, agricultura intensiva, resíduos municipais, etc

Biorremediação de Solos Contaminados por metais tóxicos:

O mecanismo bioquímico microbiano consiste na mudança do estado de oxidação do metal, permitindo a sua detoxificação.

Independentemente das reações que ocorrem o metal ainda permanecerá no local, porque as bactérias possuem capacidade para concentrar ou remover estes metais. seja em forma de precipitados ou de

substâncias voláteis, transformando as espécies em compostos menos tóxicas e mais facilmente disponíveis.

esta troca no estado de oxidação permite que várias estratégias de biorremediação sejam

seguidas:

a) metal se torna menos solúvel e precipita, o que permite que esteja menos disponível para os organismos do ambiente.

b) Torna-se mais solúvel, o que facilita sua remoção pela permeação através da sua membrana celular.

c) Permite que possa haver uma volatilização do elemento e/ou do composto.

d) Converte-se em um produto menos tóxico para os organismos do meio.

Aplicação da biorremediação: A Tabela mostra um conhecimento prévio dos graus de dificuldade da biodegradação segundo os agentes contaminantes.

Mecanismos de captação dos metais vários são os mecanismos pelos quais os microrganismos interagem

com os metais:

Mobilização A mobilização dos metais é a passagem de um estado insolúvel inicial correspondente a uma fase sólida, para um estado solúvel final em fase aquosa . Os mecanismos empregados pelos microrganismos podem mobilizar os metais por meio de:

-lixiviação autotrófica e heterotrófica; -quelação por metabólitos e sideróforos microbianos -metilação, que pode resultar em volatilização.

Esses processos podem levar a uma dissolução parcial ou completa de componentes metálicos e minerais insolúveis

Imobilização É a passagem de um estado solúvel inicial em

fase aquosa para um insolúvel final em fase Sólida Processos que levam à imobilização dos metais:

-biossorção e bioacumulação, a -associação com peptídeos ligantes de

metais, -precipitação metálica por bactérias

redutoras de sulfato; e -formação de carbonatos e oxalatos.

Principais Dificuldades para o Sucesso dos Tratamentos Biológicos de Solos Contaminados:

Heterogeneidade do rejeito: os rejeitos são distribuídos de modo heterogêneo no solo e o contaminante pode ocorrer em formas não acessivas.

Concentração do contaminante: contaminantes podem estar presentes em concentações variadas (de muito baixa a muito alta). Se muito alta, pode ser tóxica e inibir o crescimento.

Persistência e toxidade: tratamentos biológicos são eficientes para remover matérias

biodegradáveis e de baixa toxidade. Contaminantes resistentes à biodegradação exigem

adequadação nutricional do solo. (com fonte de C) e consórcio microbiano.

Condições adequadas para o crescimento microbiano: atividade microbiana suficiente para promover adequada

degradação exige condições ambientais favoráveis passíveis de destoxicação por biorremediação, como por exemplo umidade, temperatura e aeração do solo.

Fonte de Metais para as Plantas: Para as plantas, a fonte imediata de metais é a

solução do solo. Nesta solução os metais podem existir sob diferentes formas:

- íons metálicos livres ou complexos solúveis; - íons metalicos não-livres ('adsorvidos') em

constituintes inorgânicos do solo. • Plantas que crescem em solos contaminados por

metais pesados não podem evitar a absorção, mas somente restringi-la, acumulando estes metais em seus tecidos.

• Os metais pesados no solo não apenas exercem efeitos negativos no crescimento das plantas, como também afetam os processos bioquímicos que aí ocorrem, com reflexos diretos na fertilidade e na produtividade das culturas.

Fitoextração por plantas: • Na fitoextração, as plantas agem removendo, armazenando, transferindo, estabilizando e tornando inofensivos os metais pesados presentes no solo. • É aplicada principalmente para metais como cádmio,níquel, cobre, zinco e Chumbo. • Alguns fatores podem influenciar

diretamente na absorção dos metais pesados pela planta, tais como a natureza do solo (pH, salinidade e textura), o clima, o tipo da concentração dos poluentes

Fitoextração por plantas: Plantas Hiperacumuladoras

• Emprega plantas hiperacumuladoras para remover os metais do solo pela absorção e acúmulo nas raízes e na parte aérea, podendo ser, posteriormente, dispostas em aterros sanitário ou recicladas para a recuperação do metal.

Fitoextração por plantas:

• Essas plantas são capazes de tolerar, absorver e translocar altos níveis de metais pesados que seriam tóxicos a qualquer outro organismo.

• A planta ideal para fitoextração de metais pesados deve ser tolerante aos seus altos níveis,acumular grandes quantidades na parte aérea, ter alta taxa de crescimento, produzir muita biomassa e ter sistema radicular abundante.

Remoção do contaminante: A fitoextração só é eficiente se o contaminante for removido do solo.

*Etapas: -é necessário colher as plantas antes da queda ou da sua

decomposição, de modo que os contaminantes não se dispersem ou retornem ao solo.

-depois do recolhimento da biomassa contaminada, essa deverá ser processada através de processos térmicos, físicos, químicos ou biológicos para extração dos metais adsorvidos. obs: no caso da queima a energia produzida representa

uma valorização econômica do processo. -em alguns casos a remoção pode ocorrer

espontaneamente, por volatilização dos metais absorvidos pelo vegetal.

metais:

Chumbo no ambiente: -O chumbo (Pb) é o maior contaminante de solo -metal pesado que oferece maior risco de envenenamento aos seres humanos, -a média para o teor total de chumbo presente em diversos solos do mundo está em uma faixa considerada normal de 2-30 mg kg -1 e 30-300 mg kg-1 para uma faixa crítica. -O uso de alguns fertilizantes e calcários contribui com a contaminação do solo por metais pesados.Fertilizantes fosfatados podem conter de 7 a 225 mg kg-1 de Pb, enquanto nos calcários os teores podem variar de 20 a 1250 mg kg-1, -é facilmente absorvido e acumulado em diferentes partes das plantas. A absorção é regulada pelo pH, tamanho de partículas e capacidade de troca de cátions dos solos (CTC), assim como pela exsudação e outras características físico-químicas, Excesso de Pb causa vários sintomas de toxicidade em plantas, como: redução de crescimento, clorose, escurecimento e inibição do crescimento do sistema radicular, inibe a fotossíntese, altera a nutrição mineral e o balanço hídrico, modifica o estado hormonal e afeta a estrutura e permeabilidade da membrana.

Cobre no ambiente: -A contaminação do solo por cobre contribui negativamente para o estabelecimento de plantas em áreas de mineração e áreas vinícolas do sul do Brasil. -As plantas podem apresenta um efeito deletério em seu crescimento quando cultivadas em ambiente com excesso de metais, -Esse efeito esta relacionado à indução pelos metais a distúrbios fisiológicos e nutricionais nas plantas,

Zinco no ambiente:

-O zinco como forma metálica, tem uma limitada biodisponibilidade e não apresenta nenhum risco ecológico. -pode reagir com outras substâncias químicas como ácidos e oxigênio para formar compostos, que podem se tornar potencialmente tóxicos -pode apresentar sérios riscos à saúde humana se ingeridos além do recomendado pela RDA (100-300 mg Zn/dia),

Cromo no ambiente:

-Na natureza o cromo ocorre em dois estados de oxidação principais: Cr (III) e Cr (VI). O Cr (VI) induz a uma toxicidade crônica variada denominada de acordo com a doença causada: neurotoxicidade, dermatotoxicidade, genotoxicidade, carcinotoxicidade, imunotoxicidade. -Os componentes do cromo hexavalente são mil vezes mais citotóxicos e mutagênicos do que os do cromo trivalente. O Cr (VI) é altamente solúvel e móvel, enquanto o Cr (III) apresenta baixa solubilidade, sendo facilmente adsorvido na superfície de minerais. -As diferenças no sistema de transporte de membranas, na presença do metal, podem explicar a capacidade dessas duas espécies de cromo de induzir a formação de espécies de oxigênio reativo, que oxidam o tecido. -A redução de Cr (VI) para Cr (III), entretanto representa um mecanismo potencial de diminuição da toxicidade associada ao elemento.

-uma fonte direta de contaminação é a utilização de fertilizantes fosfatados. -a captação de cádmio pelas plantas é maior quanto menor o pH do solo. -as chuvas ácidas representam um fator determinante no aumento da concentração do metal nos produtos agrícolas. -O cádmio é um elemento de vida biológica longa (10 a 30 anos) e de lenta excreção pelo organismo humano.

Mercúrio no ambiente:

-A progressiva utilização do mercúrio para fins industriais e o emprego de compostos mercuriais durante décadas na agricultura resultaram no aumento significativo da contaminação ambiental, especialmente da água e dos alimentos. -Nos processos de extração, o mercúrio é liberado no ambiente principalmente a partir do sulfeto de mercúrio.

Cádmio no ambiente

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