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22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina

I-067 - RELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E CONTAGEM DO FITOPLÂNCTON NA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO

Andrea Cristina da S ilva Ferreira(1)

Bióloga pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), mestre em Botânica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e doutoranda em Engenharia Civil – Recursos Hídricos pela Universidade Federal do Ceará (UFC).

Carlo s Rossas Mota Filho

Engenheiro Civil e mestrando em Saneamento Ambiental pela Universidade Federal do Ceará (UFC), Engenheiro da Companhia de Água e Esgoto do Ceará (CAGECE). Valter Lúcio de Pádua

Engenheiro Civil pela UFMG, mestre e doutor em Hidráulica e Saneamento pela EESC-USP, professor adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG, pesquisador PROFIX/CNPq.

Endereço(1): Av. Borges de Melo, 1001, Bloco E-10/202 – Fátima – Fortaleza – CE – CEP: 60415-510 – Brasil – Tel: +55 (85) 288-9628 - Fax: +55 (85) 288-9627 – e-mail: andcrisfe@ig.com.br

RESUMO

Em virtude de a turbidez ser uma medida da presença de materiais em suspensão na água, este tem sido um parâmetro importante na avaliação da qualidade da água para o consumo humano. Este parâmetro é amplamente utilizado, tanto em pesquisas quanto no dia-a-dia de Estações de Tratamento de Água, muito embora possa ter muitas interferências, como as relacionadas à presença de materiais em suspensão e/ou substâncias dissolvidas que

absorvam luz. Este estudo foi idealizado tendo em vista determinações e recomendações da portaria 1469/00, em relação a valores de turbidez e em relação a patamares de número de células por mililitro e de biovolume por litro de cianobactérias, para assegurar a qualidade da água para consumo humano. Nele, foi investigada a relação da turbidez com as

densidades fitoplanctônicas encontradas no açude Gavião/CE, Brasil, e aquelas verificadas em amostras tratadas por tecnologia de filtração direta descendente, em instalação-piloto.

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Verificou-se forte correlação entre estes parâmetros, para as águas do açude estudado. Para a água tratada, mesmo com valores de turbidez abaixo de 1,0 uT, a qualidade

microbiológica da água não esteve assegurada, visto que foram encontradas, para valores de turbidez de menos de 1,0uT, densidades de cianobactérias de até 30.000 células mL-1. Com relação ao desenvolvimento fitoplanctônico verificado no açude Gavião, e de acordo com os níveis de alerta relacionados por Chorus & Bartram (1999), o manancial encontra-se no nível de alerta 2, que se caracteriza pela confirmação do estabelecimento de uma floração de cianobactérias causando problemas na qualidade da água. Deve ser salientado que a espécie de cianobactéria dominante nas águas do açude Gavião é potencialmente tóxica. Contudo, a realização de bioensaios em camundongos com extratos de algas provenientes do manacial têm indicado ausência de toxicidade da floração.

Palavras-chave: Densidades fitoplanctônicas, Turbidez, Saúde humana, Cianobactérias, Planktothrix agardhii.

INTRODUÇÃO

A turbidez é uma medida de resistência da água à passagem da luz pela presença de materiais em suspensão, entre eles: matéria orgânica coloidal, silte, matéria orgânica particulada e dissolvida, o plâncton e outros microorganismos.

Segundo Babbitt et al. (1962), "Turbidez é uma medida opcional da matéria em suspensão na água. Turbidez absoluta é o decréscimo fracional da luz monocromática incidente através de um centímetro da amostra, integrando luz difundida e transmitida. Turbidez nefelométrica é uma medida empírica da turbidez baseada na medida das características difusoras da luz (efeito Tyndall) da matéria em suspensão em uma amostra."

Modernamente o método de medida nefelométrico da turbidez é preferid o ao método direto, devido à maior sensibilidade e precisão deste. Este método é baseado na comparação da intensidade de luz difundida pela amostra sob condições definidas com a intensidade de luz difundida por uma suspensão padrão de referência sob as mesmas condições (Eaton et al. 1995).

A correlação entre a turbidez e o peso ou número de partículas em suspensão é difícil porque o tamanho, a forma e o índice de refração das partículas afetam as propriedades de difusorão da luz da suspensão. Interferem nestas medidas a presença de materiais em

suspensão que absorvam luz e a cor verdadeira, isto é, a presença de substâncias dissolvidas que absorvam luz (Eaton et al. 1995).

De acordo com a legislação brasileira, portaria 1469/00 – Ministério da Saúde, para assegurar a qualidade microbiológica da água, deve ser observado o padrão de turbidez de até 1,0 uT, mas recomenda-se enfaticamente, para filtração rápida, que se estabeleça como meta a obtenção de efluente filtrado com valores de turbidez inferiores a 0,5 uT em 95% dos dados mensais e nunca superiores a 5,0 uT.

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Do que trata a referida lei com relação à presença de cianobactérias na água destinada ao consumo humano, ressaltam-se os patamares:

a) em que se regulamenta a freqüência do monitoramento de cianobactérias no ponto de captação (Artigo 19, parágrafo 1º) => deverá ser mensal à presença de menos que 10.000 células mL-1 ou que 1 mm3 L-1 de biovolume de cianobactérias no ponto de captação, passando a semanal quando estes valores forem excedidos;

b) em que se é vedado o uso de algicidas no manancial (Artigo 19, parágrafo 2º) => quando a densidade das cianobactérias exceder 20.000 células mL-1 ou 2 mm3 L-1 e;

c) nos quais será exigida a investigação semanal de cianotoxinas na água de saída do tratamento, salvo se comprovada ausência de toxicidade aguda da floração por meio da realização de bioensaios em camundongos (Artigo 18, parágrafo 5º) => quando a densidade das cianobactérias exceder 20.000 células mL-1 ou 2 mm3 L-1, no ponto de captação. Tendo em vista as recomendações da portaria 1469/00, em relação a valores de turbidez permitidos e recomendados e em relação a patamares de número de células por mililitro em que se deve intensificar o monitoramento de cianobactérias e proceder ao monitoramento de cianotoxinas, o presente estudo tem por objetivo investigar a relação entre a turbidez e as densidades fitoplanctônicas para as águas do açude Gavião, município de Pacatuba/CE, e para a água tratada por meio de tecnologia de filtração direta descendente, visando ao monitoramento da qualidade da água para o consumo humano.

MATERIAIS E MÉTODOS Obtenção das amostras

Foram tomadas amostras da água bruta (captada do manancial) e de água tratada,

proveniente de instalação-piloto, operando com filtração direta descendente. As amostras foram colhidas durante os meses de julho e agosto de 2002, num total de 75 amostras referentes a 15 carreiras de filtração, sendo, a cada carreira, colhidas uma amostra de água bruta e quatro outras provenientes de quatro filtros existentes na instalação-piloto.

Manancial

O açude Gavião é localizado no município de Pacatuba – CE, na faixa litorânea do estado. Dados relativos à qualidade das águas deste açude foram obtidos através de métodos de análise colorimétricos (para as análises de nutrientes) e gravimétrico (para carga sestônica e % de material orgânico), e pela utilização de eletrodos específicos (pHmetro- mod. 60 e oxímetro- mod. 55, ambos da marca YSI, e condutivímetro da marca ORION), em incursões ao açude. Os procedimentos para as análises realizadas estão descritos em Carmouze

(1994) e Paranhos (1996).

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A quantificação foi realizada em microscópio óptico, marca PZO, a 100 aumentos em câmara de Sedgwick-Rafter, segundo procedimentos descritos em Eaton et al. (1995), a partir de amostras fixadas com solução de lugol. Foram contados pelo menos 100 indivíduos da espécie dominante, em amostras provenientes do manancial, sendo o erro padrão estimado em aproximadamamente 20%, de acordo com Edler (1979). Em amostras provenientes dos filtros, devido às baixas densidades encontradas, foram contados pelo menos 50 indivíduos da espécie dominante, de forma que o erro padrão estimado foi de aproximadamente 28%.

As densidades, em número de células mL-1, das espécies dominantes (formas filamentosas) foram estimadas multiplicando-se o número de indivíduos contados (indiv. mL-1) pelo número médio de células por tricoma (comprimento total/comprimento celular). Este número médio de células foi calculado separadamente para as amostras originadas do manancial, dos filtros sem pré-cloração e dos filtros com pré-cloração, tendo sido baseado nas medições de, aproximadamente, 200 indivíduos para cada tipo de amostra mencionado. O biovolume (mm3 L-1) foi estimado apenas para as espécies dominantes, multiplicando-se as densidades, em número de indivíduos mL-1, pelos respectivos volumes médios,

considerando-se as dimensões médias tomadas como descrito anteriormente. O volume dos organismos foi calculado a par tir de modelos geométricos aproximados à forma destes (Edler 1979).

Os organismos fitoplanctônicos foram identificados a nível específico, sempre que possível, de acordo com literatura recente. A identificação dos táxons foi feita com base no material fixado em solução de Transeau. Os sistemas de classificação para a circunscrição

infraclasse das cianobactérias (Divisão Cyanophyta/Cyanobacteria, classe Cyanophyceae) foram os de Komárek & Anagnostidis (1986) e Anagnostidis & Komárek (1988).

Determinação da turbidez: medida em unidades de turbidez (uT) com turbidímetro Hach mod. 2100P.

Análise de dados: as correlações foram acessadas através da correlação de Pearson pelo programa estatístico Sigma Stat, sendo consideradas significativas aquelas em que p<0,05.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As águas do Açude Gavião podem ser definidas como: mesotróficas a eutróficas, de acordo com o sistema de classificação do estado trófico da OECD (1982) e os valores totais de nutrientes (N e P); de baixas razões nitrogênio/fósforo, indicando limitação por nitrogênio; cronicamente deficiente em fósforo e nitrogênio inorgânicos dissolvidos; de elevada contribuição de material orgânico no total do material particulado em suspensão (carga sestônica) e; túrbidas, de pH levemente alcalino e temperatura média elevada.

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Tabela 1: Mostra valores médios para os parâmetros abióticos aferidos durante o período de estudos, onde: P e N-totais são, respectivamente, fósforo e nitrogênio totais; N/P, razão nitrogênio-fósforo (os totais); NID, nitrogênio inorgânico dissolvido e; M.O.P., material orgânico particulado. Parâmetros Unidade Valor médio N-total µg L-1 593 P-total µg L-1 41,5 N/P admensional 13,8 N-NO3- µg L-1 43,5 N-NO2- µg L-1 0,9 N-NH4+ µg L-1

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55,4 P-PO43- µg L-1 4,4 NID/PO4- admensional 31,6 Turbidez uT 8,95 pH admensional 7,8 Temperatura ºC 28,7 Condutividade µS cm-1 460 Carga Sestônica µg L-1 7,93 M.O.P.

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% 93,9

Uma avaliação qualitativa preliminar aliada à quantificação do fitoplâncton, no manancial, indicou predominância de cianobactérias (classe Cyanophyceae), observando-se quase uma monocultura da espécie Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis & Komárek (figura 2). Também foi detectada importante contribuição da cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (figura 2). Ambas as espécies são relatadas na literatura como potencialmente tóxicas (Yoo et al. 1995; Chorus & Bartram 1999). A tabela abaixo sumariza valores médios para as contribuições percentuais destas e demais espécies fitoplanctônicas no açude Gavião.

Tabela 2: Contribuição percentual média, durante o período de estudos, das principais espécies/grupos fitoplanctônicos, tendo por base a densidade de células mL-1, no manancial estudado

Espécies/grupos fitoplanctônicos Contribuição percentual média Planktothrix agardhii 79,0 % Cylindrospermopsis raciborskii 5,5 % Outras cianobactérias 14,6 %

Outros grupos de algas 0,9 %

O fitoplâncton, na água bruta, perfez totais de 2,4x105 a 3,7x105 em densidades de células mL-1, durante o período estudado, sendo que as espécies mais abundantes, Planktothrix agardhii e Cylindrospermopsis raciborskii, variaram de 2,0x105 a 2,9x105 células mL-1 e

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de 0,07x105 a 0,3x105 células mL-1, respectivamente. Em termos de biovolume, na água bruta, estas duas espécies apresentaram valores de 17 a 25mm3 L-1 e 0,3 a 1,0mm3 L-1, respectivamente. Já a turbidez variou, durante o período de estudos, de 7,74 a 11,1uT, na água bruta. Na água filtrada sem pré-cloração, as densidades fitoplanctônicas, em células mL-1, variaram entre 0,9x105 e 2,2x105, correspondendo a valores de 2,7 a 6,8uT. Na água filtrada, mas pré-clorada, o fitoplâncton variou entre 0,04x105 e 0,5x105 células mL-1, correspondendo a valores de 0,5 a 2,5uT.

A espécie fitoplanctônica dominante, Planktothrix agardhii (antes Oscillatoria agardhii), é uma cianobactéria "filamentosa" que não possui bainha mucilaginosa envolvendo-a e, por isso, ao enfileiramento de suas células dá-se o nome de tricoma, em contraposição a filamento. Suas células são mais curtas que largas (5,6µm de diâmetro e 3,5µm de comprimento, em média), apresentando formato discóide. Esta espécie apresentou

importante variação no comprimento dos tricomas em função da origem da amostra (tabela 3). Estas diferenças podem ser devidas: a) a seletividade da malha da rede de fitoplâncton; b) à quebra dos tricomas devido à turbulência ocorrida no processo de captação da água e, ao ser adicionado o coagulante, na caixa de mistura rápida; c) à tendência em ficarem retidos no leito filtrante, os maiores tricomas e; d) à ação do cloro sobre os tricomas, reduzindo seu comprimento.

Os tricomas de P. agardhii são solitários e permanecem homogeneamente dispersos na coluna d’água. A presença de aerótopos no conteúdo celular confere flutuabilidade a esta espécie, embora a regulação de sua posição na coluna d’água seja pouco pronunciada: somente após horas de repouso da amostra, os tricomas acumulam-se na superfície, aderindo às paredes. Esta ineficiência de flutuabilidade em P. agardhii, quando

empiricamente comparada a flutuabilidade de colônias de Microcystis, pode ser devida à forma pouco hidrodinâmica dos seus tricomas que apresentam alta razão superfície/volume, contrapondo-se à relativa baixa razão superfície/volume das colônias de Microcystis. Esta espécie é extremamente bem adaptada a baixas intensidades luminosas e, pela alta turbidez que pode ocasionar, pode suprimir o crescimento de outras espécies fitoplanctônicas por limitar a entrada de luz na coluna d’água (Chorus & Bartram 1999). P. agardhii possui cepas confirmadamente produtoras de hepatotoxinas, especificamente microcistina (Yoo et al. 1995; Chorus & Bartram 1999).

Tabela 3: Valores médios das medidas tomadas nas populações de Planktothrix agardhii, de origens diversas.

células por tricoma Biovolume

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Comprimento dos tricomas (µm) número de medições Rede de fitoplâncton 106 9132 371 41 Água bruta 70 6029 245 260

Filtros sem cloro 57

4934 200 220

Filtros com cloro 37

3201 130 220

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A espécie Cylindrospermopsis raciborskii também é uma cianobactéria filamentosa, porém, com tricomas curtos (96,4µm de comprimento, em média) e células mais longas que largas (3,6µm de diâmetro e 6,1µm de comprimento, em média), resultando em poucas células por tricoma (valor médio encontrado de 16). Esta espécie também possui aerótopos em seu conteúdo celular, seus tricomas são solitários e dispersos na coluna d’água, mas, não tão homogeneamente quanto os de P. agardhii (Ferreira 2002). Como seria de se esperar, esta espécie também é adaptada a condições de baixa luminosidade na coluna d’água.

Cylindrospermopsis raciborskii é relatado na literatura como produtor de

cilindrospermopsina (Falconer 1999; Chorus & Bartram 1999; MacGregor & Fabro 2000), um alcalóide hepatotóxico. Recentemente, no entanto, foram isoladas toxinas apresentando efeitos neurotóxicos, pertencentes ao grupo das saxitoninas, a partir de cepas brasileiras (Molica et al. 1998; Lagos et al. 1999; Nascimento et al. 2000).

Através de diagramas de dispersão (Figura 2), observou-se que, em grande parte, a variação na turbidez pôde ser atribuída à variação nas densidades fitoplanctônicas, quer fossem expressas em células mL-1, indivíduos mL-1 ou biovolume (mm3 L-1). As correlações acessadas estão sumarizadas na tabela 4, relacionando a turbidez e os dados quantitativos do fitoplâncton.

Tabela 4: . Correlações entre espécies dominantes, grupos de algas e fitoplâncton total, com densidades expressas como células mL-1, indivíduos mL-1 e mm3 de biovolume L-1, e os valores de turbidez. C. raciborskii P. agardhii Outras cianobactérias Outros grupos Fitoplâncton total Células mL-1 0,835 0,960

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0,855 0,663 0,965 Turbidez Indivíduos mL-1 0,828 0,931 0,866 0,865 0,960 Turbidez mm3 de biovolume L-1 0,824 0,959 - - - Turbidez

Figura 1: Fotomicrografias das espécies de cianobactérias Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis & Komárek (à direita) e Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (à esquerda). (Escala = 10µm).

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Figura 2: Diagramas de dispersão dos dados quantitativos do fitoplâncton total (D e E) e da espécie Planktothrix agardhii (A, B e C) em relação aos valores de turbidez com

visualização da linha de regressão (cheia), intervalo de previsibilidade com 95% de confiança (linhas pontilhadas) e r2. Os dados são apresentados em células mL-1 (A e D), indivíduos mL-1 (B e E) e biovolume L-1 (C).

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Apesar de a turbidez ser um parâmetro muito inespecífico, podendo ser influenciado por muitas variáveis, para as águas do açude Gavião este parâmetro descreveu muito bem as variações dos organismos fitoplanctônicos, tendo sido encontrada forte correlação entre estes parâmetros. Tal verificação deve-se: 1) a inexpressividade da contribuição de material sólido inorgânico em suspensão (carga sestônica formada por 78 – 100% de material

orgânico, no manancial); 2) às elevadas densidades fitoplanctônicas presentes mesmo na água tratada (3.500 a 223.000 células/mL) e; 3) à fina dispersão mantida pela espécie fitoplanctônica dominante, P. agardhii.

As diferenças observadas entre as populações de P. agardhii com relação ao comprimento dos tricomas (conseqüentemente, ao número de células por tricoma), devem ser levadas em consideração em programas de monitoramento, uma vez que, generalizações indevidas podem resultar em erros de quantificação, quando os resultados são expressos em número de células por mililitro.

Da relação encontrada, neste estudo, entre valores de turbidez e de densidades fitoplanctônicas, salienta-se que:

i) nas poucas vezes em que se conseguiu valores de turbidez próximos a 0,5 uT, o número de células mL-1 de P. agardhii caiu para cerca de 7.000, em média, valor ainda muito alto; ii) a espécie de cianobactéria dominante, P. agardhii, tem células muito finas e, por isso, são muito numerosas por tricoma, o que leva a densidades em números de células mL-1 muito altas. Por outro lado, valores de biovolume desta espécie também foram elevados: 0,8 mm3 L-1 e 0,5 mm3 L-1, em média, para valores de turbidez de até 1,0uT e próximos de 0,5uT, respectivamente. Para os valores de biovolume as restrições são menores, pois, estes levam em consideração as dimensões das células, sendo uma medida mais realista para descrever as condições de qualidade e potabilidade da água;

iii) mesmo para valores de turbidez abaixo de 1,0 uT, a qualidade microbiológica da água não esteve assegurada, visto que foram encontradas, para valores de turbidez de menos de 1,0uT, densidades de cianobactérias de até 30.000 células mL-1 (acima do patamar no qual se exige verificação semanal de cianotoxinas na água de saída), com valor médio de 16.900 células mL-1 para o total de cianobactérias e de 9.000 células mL-1 para P. agardhii. Sendo assim, quando a turbidez está fortemente influenciada pelas densidades de cianobactérias, a água efluente pode não apresentar qualidade e potabilidade mesmo a

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valores de turbidez tão baixos quanto 0,5uT, exigindo alterações e melhoras no processo de tratamento para melhor remoção de células na água filtrada.

Com relação ao desenvolvimento fitoplanctônico verificado no açude Gavião, de acordo com os níveis de alerta relacionados por Chorus & Bartram (1999), o manancial encontra-se no nível de alerta 2 que encontra-se caracteriza pela confirmação do estabelecimento de uma floração de cianobactérias causando problemas na qualidade da água. Neste nível, dentre outras ações, recomenda-se:

a) promover melhorias no processo de tratame nto (como a utilização de carvão ativado, mudança para a flotação, etc.);

b) preparar-se para a possibilidade de ser necessária a disponibilização de uma fonte alternativa de água e;

c) informar a autoridades da saúde pública e instituições dos riscos potenciais existentes. Deve ser salientado que a espécie de cianobactéria dominante nas águas do açude Gavião, possui um fator agravante que é o de ser potencialmente tóxica. Contudo, a realização de bioensaios em camundongos com extratos de algas provenientes do manacial têm indicado ausência de toxicidade da floração (Ferreira A.C.S., dados não publicados).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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AGRADECIMENTOS

Este trabalho refere-se a resultados parciais de pesquisa realizada no âmbito do PROSAB (Programa de Pesquisa em Saneamento Básico), com apoio financeiro da FINEP, CEF e CNPq. Os autores manifestam seu agradecimento ao CNPq, pela concessão das bolsas de pesquisa, à CAGECE (Companhia de Água e Esgoto do Ceará), pelo apoio logístico e ao LABOSAN (Laboratório de Saneamento/Universidade Federal do Ceará – Engenharia Hidráulica), pela utilização da infraestrutura par realização das análises.

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