A irradiação ultra-sónica foi avaliada à escala laboratorial com recurso a um sistema de banho como uma alternativa possível de controlar b lo o m s de cianobactérias.
Os mecanismos de inibição ao desenvolvimento das cianobactérias podem ser atribuídos à cavitação ultra-sónica transitória que, por sua vez, depende fortemente da frequência e amplitude (potência), assim como do sistema de ultra-sons. Dos diferentes parâmetros seleccionados para um tempo de exposição fixo de cinco minutos, a frequência de 35 KHz associada à amplitude de 100% (equivalente a 500 W) representaram os parâmetros mais adequados para a inibição do crescimento das espécies, aproximadamente 84,5% (Ensaio 3). Apesar dos restantes ensaios, à excepção do Ensaio 4, apresentarem menores inibições de crescimento, é de realçar que as respectivas taxas de redução foram igualmente significativas, superiores a 75%. No caso particular do Ensaio 4 (130 KHz e 20%, equivalente a 100 W), associado ao registo da redução mais elevada do crescimento, a presença dominante de algas verdes pode ter contribuído para o efeito. Deste modo, assumiu-se que o Ensaio 3, anteriormente referido, teve um melhor desempenho em termos de inibição do crescimento da M ic r o c y s t is spp.
Esta inibição indica uma correlação verosímil com o eventual colapso das vesículas gasosas, constituintes dos vacúolos, quando sujeitas à irradiação ultra-sónica. No campo ultra-sónico, as vesículas gasosas também actuam como bolhas cavitacionais. Quando a acção combinada das pressões hidrostática e ultra-sónica excede a força finita da parede das vesículas gasosas, estas colapsam inviabilizando a capacidade de flutuação das células. Como resultado, a sedimentação das células e a subsequente inibição do crescimento até uma nova geração são inevitáveis. De facto, a perda de flutuabilidade celular da M ic r o c y s t is spp. foi corroborada pela visualização de uma deposição de partículas nas amostras sonicadas, acompanhada pela descoloração das mesmas amostras, durante um período de 14 dias posteriores à sonicação. Esta sedimentação progressiva foi consistente com a ausência de crescimento, presenciado na totalidade dos ensaios.
A energia gerada na cavitação transitória pode traduzir-se em pressões e temperaturas bastantes elevadas, acompanhadas por ondas de choque de alta pressão. Um aumento da temperatura das amostras submetidas aos ultra-sons foi, de facto, verificado nos ensaios cuja frequência utilizada foi de 130 KHz, tendo sido proporcional à amplitude. Esta energia
Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente – Perfil Sanitária 73 substancial gerada também pode danificar o material celular circundante às vesículas gasosas. A cedência da parede celular e a destruição de pigmentos fotossintéticos, como a clorofila a , são duas consequências plausíveis da aplicação dos ultra-sons sobre as cianobactérias. Estes dois eventos foram confirmados em alguns dos ensaios, ou mesmo na sua totalidade.
A observação microscópica das colónias de M ic r o c y s t is spp. permitiu confirmar alguma irregularidade das superfícies celulares nos ensaios 2, 3 e, principalmente, no ensaio 6, após submissão aos ultra-sons. No último ensaio, as alterações causadas pela irradiação ultra- sónica incidiram sobretudo na expansão intracelular, sem qualquer efeito aparente sobre a parede celular das células. Nos ensaios 2 e 3, e sobretudo neste último, para além de uma certa irregularidade na forma básica das células, o conteúdo intracelular apresentou-se homogéneo e sem pigmentação. A homogeneidade verificada nas células reforça a provável destruição dos pigmentos fotossintéticos, para além de outros organelos celulares, como efeito da acção dos ultra-sons. De facto, o Ensaio 3 foi representativo de uma maior redução da concentração de clorofila a (60,5%), igualmente consistente com a maior inibição do crescimento obtida, uma vez que a clorofila a é um pigmento fotossintético indispensável à sobrevivência das cianobactérias.
A subsistência do material intracelular nas células de M ic r o c y s t is spp. observada no Ensaio 6 (130 KHz e 100% equivalente a 500W), após exposição ultra-sónica, também foi concordante com a menor taxa de crescimento detectada. Apesar da incoerência do resultado obtido para a concentração clorofila a , e tendo em consideração a tendência dos resultados de todos os ensaios para este parâmetro, seria expectável a mesma conformidade entre os vários parâmetros respeitantes ao Ensaio 6. Amplitudes de 20% (100 W) e 50% (250 W), para ambas as frequências adoptadas, desempenharam um papel menos eficaz na destruição imediata da clorofila a que se traduziu em menores taxas de inibição do crescimento a longo prazo (ensaios 1, 2, 5 e 6). Deste modo, é possível verificar existir uma correlação positiva entre as concentrações de clorofila a e a inibição do crescimento.
As alterações provocadas pelos ultra-sons sobre a actividade fotossintética, assim como sobre as membranas celulares, resultam da produção de radicais livres de enorme potencial oxidante. Contrariamente ao que seria esperado, devido à presença desses radicais altamente oxidantes, os teores de oxigénio dissolvido (OD) e o pH das amostras submetidas aos ultra-sons sofreram um aumento instantâneo, ainda considerável no caso do OD. Quatro
explicações plausíveis para tal facto resumem-se a erros experimentais, ou à agitação provocada pelo processo de irradiação, ou à ocorrência reduzida de reacções oxidativas imediatas, possivelmente justificada pelo tempo de exposição insuficiente, ou pela capacidade de defesa antioxidante das cianobactérias. Porém, a inibição efectiva do crescimento pode sugerir uma ocorrência posterior de reacções oxidativas nas culturas, afectando provavelmente a permeabilidade passiva das membranas, os processos de transporte activo e as taxas metabólicas das cianobactérias.
Quanto ao parâmetro abiótico de turvação concluiu-se que o aumento da irradiação ultra- sónica foi proporcional à redução do parâmetro. Os resultados para a turvação não evidenciaram uma relação estritamente directa com a remoção ou sedimentação das cianobactérias, visto que maiores reduções de turvação não corresponderam a maiores taxas de inibição do crescimento, assim como de concentrações de clorofila a .
Além da remoção e inibição de crescimento de cianobactérias, a irradiação ultra-sónica parece ter um papel importante na degradação de microcistinas solubilizadas em meios contendo M ic r o c y s t is spp. Este facto foi aparentemente reconhecido nos ensaios 2, 3 e 6, nos quais foi apurada uma redução de microcistinas extracelulares superior à quantidade de microcistinas intracelulares libertadas para o meio solúvel. Os ensaios 3 e 6 levaram a uma maior degradação de microcistinas extracelulares, na ordem dos 30%, contra 6,4%, aproximadamente, no Ensaio 2. No entanto, é de salientar que cinco minutos de irradiação ultra-sónica induziram aumentos significativos de microcistinas extracelulares na ordem dos 93% a 202% para a frequência 130KHz associada às amplitudes de 20% (100 W) e 50% (250 W), respectivamente (ensaios 4 e 5). Por outro lado, a combinação da frequência e amplitude mais altas (Ensaio 6) demonstrou ter uma influência pouco significante no incremento da concentração de microcistinas extracelulares (6,0%, aproximadamente). A alteração das células de M ic r o c y s t is spp. observada por microscopia, assim como as taxas de crescimento correspondentes reforçam a influência pouco expressiva da irradiação ultra- sónica sobre a libertação de microcistinas.
Em suma, é possível concluir que a tecnologia ultra-sónica aplicada no presente trabalho constituiu um método eficiente para a inibição do crescimento da espécie M ic r o c y s t is spp., sendo a selecção dos parâmetros frequência e amplitude de extrema importância. De acordo com os resultados obtidos, uma frequência mais baixa (35 KHz) associada a uma amplitude/potência mais alta (100% / 500 W), para um tempo de exposição de cinco
Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente – Perfil Sanitária 75 minutos, induzem maiores efeitos inibitórios no desenvolvimento da M ic r o c y s t is spp. No entanto, a frequência mais alta (130 KHz) aliada à maior amplitude/potência (100% / 500 W), para o mesmo tempo de exposição, revelaram ser os parâmetros mais adequados no que respeita às concentrações de microcistinas, visto que não induziram uma libertação significativa de microcistinas para o meio solúvel e evidenciaram uma certa capacidade de degradação das microcistinas extracelulares.
Contudo, o tempo limitado para a realização do presente trabalho não possibilitou o estudo de outras variáveis fundamentais à confirmação dos resultados auferidos. Face ao exposto, algumas recomendações são seguidamente descritas:
Estudo da influência do tempo de exposição - períodos de tempo mais curtos e maiores;
Estudo da interferência de amplitudes ou potências mais baixas e mais altas e para diferentes sistemas de ultra-sons (banho e sonda);
Estudo da sensibilidade de outras espécies de cianobactérias face a irradiação ultra- sónica;
Estudo da fase de crescimento de maior sensibilidade à irradiação ultra-sónica; Avaliação contínua dos parâmetros oxigénio dissolvido, turvação, clorofila a e microcistinas, paralela à avaliação do crescimento, assim como os parâmetros de carbono orgânico total (COT) e sólidos suspensos totais (SST);