Subsídios para biorremediação de águas contaminadas por drenagem ácida de minas utilizando ulothrix SP. (Chlorophyta) proveniente da região carbonífera de Santa Catarina

Abstract

Dentre os principais processos oriundos da atividade extrativista de minério de carvão, a produção de Drenagem Ácida de Minas (DAM) é um dos principais fenômenos responsáveis por grande parte da degradação dos recursos hídricos e do solo. Além da elevada concentração de metais e pH entre 2 e 4, os ambientes contaminados por DAM são caracterizados como oligotróficos, tornando-se favoráveis para o crescimento de um pequeno grupo de organismos adaptados a locais extremos. Organismos presentes em locais contaminados por DAM podem ser denominados acidófilos ou ácido-tolerantes, por exemplo, comunidades de algas. O desenvolvimento dessas comunidades em ambientes contaminados por DAM e seu potencial de bioacumulação de metais pesados levam ao interesse no estudo da aplicação de algas no processo de biorremediação. Dentre as espécies de algas isoladas de águas contaminadas por DAM na região de Sideropólis (SC), foi identificada a microalga filamentosa do gênero Ulothrix. O presente trabalho avaliou a tolerância e o potencial de bioacumulação relacionados a três metais pesados por parte de Ulothrix sp LAFIC 010. Foram realizados experimentos utilizando diferentes concentrações de Zn, Mn e Ni (individualmente e em combinações) no desempenho fisiológico da alga. Também foi testado o potencial de Ulothrix sp. LAFIC 010 para bioacumulação desses metais quando mantida em efluente proveniente de local contaminado por DAM. Os resultados mostraram que somente os cultivos submetidos às concentrações acima de 0,27 mM de Zn apresentaram queda na taxa de crescimento e danos aos processos fisiológicos. Para Mn e Ni não houve diferenças significativas entre os tratamentos, mesmo com o aumento de 8 vezes nas concentrações destes metais no meio. Nos cultivos em que os metais foram combinados, somente os tratamentos submetidos às concentrações mais altas de Zn apresentaram danos de crescimento, independente da presença dos demais metais. Nos ensaios de combinações dos metais realizados neste trabalho, foi observado que Mn e Ni, mesmo em altas concentrações, não diminuíram o efeito tóxico de Zn. Isso porque possivelmente os íons de Zn podem apresentar maior afinidade pelos sítios de ligação da alga do que os íons de Mn e Ni. Nos experimentos dos metais separados e em combinações foi observado desarranjo dos cloroplastos nos tratamentos com altas concentrações de Zn. Também foi indicado acúmulo de Mn na parede celular e Ni no vacúolo. Foi constatado crescimento de Ulothrix sp. LAFIC 010 em percentual de 5.89 por dia durante 14 dias de cultivo em DAM. A baixa remoção de metais Zn, Mn e Ni atrelada à biomassa de Ulothrix sp. LAFIC 010 cultivada em DAM pode ter sido em virtude da alta concentração de prótons no meio, os quais supostamente competem pelos mesmos sítios de ligação que os metais estudados. Sugere-se que a distribuição desta alga em meio contaminado não é afetada pela concentração de Ni e Mn, ao menos no pH avaliado. Vale ressaltar que as concentrações dos metais usadas neste trabalho foram maiores do que as encontradas em ambientes contaminados por DAM e que, mesmo em concentrações elevadas, a alga Ulothrix sp. LAFIC 010 exibiu crescimento. Conclui-se que Ulothrix sp. LAFIC 010 tolera e cresce em condições com concentrações de metais maiores do que as reportadas até então para ambientes contaminados por DAM. Entretanto, não foi possível associar a remoção de metais pesados do ambiente à presença das algas, de modo que testes adicionais são necessários para comprovar o potencial de Ulothrix sp. LAFIC 010 para biorremediação de efluente contaminado por DAM.<br>

Abstract : Among the main processes arising from the extractive activity of coal ore, the production of Acid Mine Drainage (AMD) is one of the main phenomena responsible for much of the degradation of water and soil resources. In addition to the high concentration of metals and a pH between 2 and 4, environments contaminated by AMD are characterized as oligotrophic, becoming favorable for the growth of a small group of organisms adapted to extreme conditions. Organisms present in sites contaminated by AMD may be referred to as acidophilic or acid tolerant, where algae communities are a common example. The development of these communities in environments contaminated with AMD and their potential for bioaccumulation of heavy metals leads to interest in the study of algae as an application in the bioremediation process. Among the species of algae isolated with water contaminated by AMD in the region of Sideropólis (SC), a filamentous microalga from the genus Ulothrix was identified. The present study evaluated the tolerance and bioaccumulation potential related to three heavy metals by Ulothrix sp. LAFIC 010. Experiments were performed using different concentrations of Zn, Mn and Ni (individually and in combination) on the physiological performance of the alga. The potential of Ulothrix sp. LAFIC 010 to bioaccumulate these metals when maintained in effluent from a contaminated site by AMD was also evaluated. The results indicated that only the cultures subjected to concentrations above 0.27 mM Zn showed a decrease in growth rate and damage to physiological processes. For Mn and Ni, there were no significant differences between the treatments, even with the 8-fold increase in the concentrations of these metals in the medium. In the cultures with the three metals combination, only the treatments with the highest concentrations of Zn presented reduced growth, regardless of the presence of the other metals. In the tests of combinations of metals performed in this study, it was observed that Mn and Ni, even in high concentrations, did not decrease the toxic effect of Zn. This is because Zn ions may have a higher affinity for algal binding sites than Mn and Ni ions. Chloroplast damaged was observed in treatments with high concentrations of Zn. Mn accumulation was also observed in the cell wall and Ni in the vacuole. The growth rate of Ulothrix sp. LAFIC 010 was verified to be 5.89% (of total biomass) per day during a period of 14 days of being cultured in AMD. The low removal of the metals Zn, Mn and Ni coupled with the low biomass of Ulothrix sp. LAFIC 010 cultivated in AMD may have been due to the high concentration of protons in the medium, which may compete for the same binding site as the metals studied. It is suggested that the distribution of this alga in contaminated medium is not affected by the concentration of Ni and Mn, at least in the evaluated pH. It is worth mentioning that the concentrations of the metals used in this study were higher than those found in environments contaminated with AMD, however even in such high concentrations, the alga Ulothrix sp. LAFIC 010 achieved growth. We conclude that Ulothrix sp. LAFIC 010 tolerates and grows under conditions with higher metal concentrations than previously reported for AMD contaminated environments. However, it was not possible to associate the presence of Ulothrix sp. LAFIC 010 to the heavy metal removal, and additional experiments are required to ensure the potential for bioremediation of effluents contaminated by AMD.