22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
I-111 - ANÁLISE DE ALGAS – CIANOBACTÉRIAS E CIANOTOXINAS COMO PARÂMETROS DE CONTROLE DO TRATAMENTO DA ÁGUA PARA
ABASTECIMENTO
Fernando Antônio Jardim (1)
Mestrado em Saneamento Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG); Biólogo, formado pelas Faculdades Metodistas Integradas Izabela Hendrix; coordenador do setor de Biologia do Laboratório Metropolitano (L.M.) da COPASA.
Tales Heliodoro Viana
Mestrado em Saneamento Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG); Biólogo, formado pela Universidade Federal de Minas Gerais; Técnico da Superintendência de Meio Ambiente e Recursos Hídricos da COPASA. e- mail: tales@copasa.com.br
Endereço(1): Laboratório Metropolitano - Setor de Biologia - Companhia de Saneamento de Minas Gerais - COPASA - Br 356 - Km 4 - Cercadinho - Belo Horizonte - MG - Brasil - CEP: 31.950-640 Fone: +55 (31) 3250-2340 - FAX: : +55 (31) 3250-2355 - e-mail:
fjardim@copasa.com.br
RESUMO
Nos últimos 20 anos as cianobactérias passaram a fazer parte da lista dos chamados
"patógenos emergentes". Essas bactérias podem liberam toxinas com graves efeitos à saúde do homem e de outros animais, principalmente quando ingeridas ou inoculadas. O Brasil foi o primeiro país do mundo a ter em uma lei federal (portaria no. 1469 do Ministério da Saúde) a obrigatoriedade de se fazer a detecção das cianobactérias e das cianotoxinas na água para abastecimento público. Com a edição dessa portaria, novos parâmetros analíticos começaram a fazer parte do elenco de parâmetros analisados para garantir a qualidade da água potável nos sistemas produtores de água. A partir da detecção das cianobactérias e das
cianotoxinas na água de abastecimento público uma nova visão sobre os processos de tratamento, até então tidos como verdadeiras barreiras sanitárias para alguns patógenos, começou a ser reavaliada. Novos métodos de tratamento, como a flotação, começaram a permear o tratamento convencional da água incluindo mais uma operação unitária ao processo. O presente trabalho objetiva apresentar estudos de casos de sistemas de tratamento de água onde a análise das algas, cianobactérias e cianotoxinas contribuíram para a implementação de medidas operacionais e relativas ao gerenciamento ambiental. Através desse trabalho pode-se avaliar o quanto foi efetiva a inclusão desse parâmetro analítico no padrão de potabilidade brasileiro.
PALAVRAS-CHAVE: Cianobactérias, cianotoxinas, testes de toxicidade.
INTRODUÇÃO
A partir da edição da portaria no. 1469 pelo Ministério da Saúde em dezembro de 2000, todos os órgãos produtores de água no Brasil, passaram a ter alguns novos parâmetros de controle de qualidade da água potável. Dentre esses parâmetros, a análise de cianobactérias e das toxinas produzidas por algumas espécies, passaria a ser obrigatória, três anos a partir da edição da citada lei. Diante disso, alguns órgãos produtores de água tiveram que se adequar à nova demanda em realizar a análise do fitoplâncton e a determinação das
cianotoxinas. No ano da edição da referida portaria, poucas companhias produtoras de água potável realizavam essas determinações, mesmo porque, a legislação anterior (portaria no. 036 de janeiro/1990) não às exigia. De acordo com JARDIM (1999), a companhia
responsável pelo abastecimento de água potável em aproximadamente 90% das cidades do Estado de Minas Gerais, realizava o monitoramento hidrobiológico regular na região metropolitana de Belo Horizonte há 20 anos. No interior do Estado esse monitoramento era voltado para atender às demandas operacionais de algumas cidades, exceção feita para a represa de Juramento, em Montes Claros, onde esse monitoramento era também regular. A partir de 1998 já eram realizados os testes de toxicidade em camundongos e a determinação das toxinas pelo laboratório metropolitano da companhia, isso fez com que fosse elaborado um programa de monitoramento mais objetivo, que possibilitou a busca e a implantação de métodos operacionais mais eficazes na remoção das cianobactérias e consequentemente das cianotoxinas. O presente trabalho objetiva apresentar como essas análises forneceram subsídios para a implantação desses métodos e relatar a eficiência dos mesmos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Com o trabalho realizado por JARDIM et al. (2000) fez-se uma seleção de três cidades (Montes Claros, Carmo do Rio Claro e Medina) onde já havia ocorrido floração de
cianobactérias tóxicas ou que essas liberassem compostos como a geosmina em suas captações, como foi o caso de Pitangui (selecionada através dos resultados internos da COPASA). Salienta-se que em Medina de acordo com VIANA & SPERLING (2002), uma segunda floração foi detectada e analisada. Em um diagnóstico posterior feito por JARDIM et al. (2001a) foram selecionadas outras cidades devido às elevadas concentrações de cianotoxinas na água bruta (Ninheira e na estação de tratamento de Vargem das Flores na região metropolitana de Belo Horizonte). As coletas e as análises hidrobiológicas seguiram a metodologia padronizada em APHA (1998) e COPASA (1992a e 1992b). Os testes de toxicidade para as espécies encontradas em Medina foram realizados na floração e posteriormente no cultivo. Após os resultados dos mesmos, foram repetidos os
procedimentos para três frascos com o cultivo mantidos abertos por uma semana e para outros três frascos mantidos hermeticamente fechados, também por uma semana. Isolamento e cultivo das cianobactérias
De acordo com COSTA & AZEVEDO (1994) realizou-se o isolamento das colônias de Microcystis spp. e Radiocystis fernandoi por capilaridade em uma pipeta de Pasteur com ponta afinada. As colônias foram então transferidas para um Erlenmeyer de 500 ml contendo 300 mL do meio ASM1 líquido, que foi preparado de acordo com CETESB (1993). Esse Erlenmeyer com o inóculo foi então deixado sobre a bancada da sala de cultivo aclimatada à 26,0 ± 1,0 oC, exposto continuamente à 1.500 Lux (aproximadamente 20 µM . m-1. s-1).
Testes com o seston e com o cultivo
Alíquotas de aproximadamente de 500 mL do seston ou do cultivo foram transferidas para dez placas de Petri previamente pesadas. Essas placas foram tampadas e levadas ao
congelamento à – 20 ºC. O cultivo congelado foi liofilizado por 48 horas e a biomassa algal seca foi solubilizada em água deionizada, numa proporção de 1.000 mg/L, centrifugado a 3.000 rpm (à 4ºC, por 20 minutos), com o sobrenadante utilizado para a realização dos testes de toxicidade nos camundongos e analisado através do kit ELISA e por CLAE. Técnicas de triagem
Para avaliar a toxicidade das amostras contendo cianobactérias utilizou-se o teste de toxicidade em camundongos, através da injeção intraperitonial (i.p) em camundongos machos Swiss. Segundo CETESB (1993), o método de bioensaio com camundongos
consiste na inoculação intraperitonial de extrato, em diferentes doses, nos organismos-teste. Tal procedimento permite determinar a DL50 até 24h, da alga ou floração. A toxicidade das amostras foi analisada através da (i.p.) de quatro concentrações diferentes, utilizando-se quatro camundongos por concentração. Os camundongos foram pesados e os sintomas observados durante sete dias após a (i.p). Após a morte os fígados foram retirados e pesados para o cálculo da relação entre o peso dessa glândula e o peso corpóreo. Análise da microcistina
Utilizou-se o método de imunoensaios do tipo ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) proposto por CHU et al. (1990), sendo oferecido comercialmente sob a forma de um kit enzimático através de placas ou de tubos. Para o presente trabalho utilizou-se o de tubos devido à precisão semiquantitativa requerida e foram avaliadas as frações particuladas e solúveis nas amostras. O método para a análise por Cromatografia Líquida de Alta
Eficiência (CLAE) baseou-se em KRISHNAMURTHY et al. (1986), no qual um grama das células liofilizadas foi imerso numa solução de Metanol:Butanol:Água (15:10:75, v/v/v). Após a extração por aproximadamente uma hora, este material foi centrifugado três vezes por 30 minutos a 3.000 rotações por minuto e o sobrenadante passou por um processo de evaporação a 30 oC, durante a noite (overnight). O extrato concentrado foi parcialmente purificado em cartucho de octadecilsilano (ODS-C18), ativado previamente com 20 mL de metanol 100%, seguido de 20 mL de água deionizada. O material retido foi eluído
sucessivamente com 20 mL de água deionizada, 20 mL de metanol a 20% e a 100% (fração que contém a toxina). A fração metanólica foi seca e o resíduo resuspenso em 1 mL de água deionizada, filtrado em filtro de nylon e analisado por HPLC, equipado com um detetor de UV (ultra-violeta - HP 1100), operando a 238 nm. A detecção foi feita em condições isocráticas em coluna de fase reversa C-18 MACHEREY-NAGEL (MN) com 4,6mm x 15 cm e porosidade de 5 m m. A fase móvel consistiu de acetonitrila e acetato de amônio 20 mM, a um pH de 5,0, na proporção de 28:72 v/v, com o fluxo de 1,0 mililitro por minuto. O espectro de absorção de cada pico foi analisado na faixa de 195 a 300nm, utilizando-se um fotodetector de diodo e comparado ao espectro do padrão de microcistina.
Levantamento e cadastro dos sistemas de abastecimento
A fim de se caracterizar as condições operacionais dos sistemas durante a ocorrência das florações das cianobactérias foi feito o levantamento descrito na tabela 1 abaixo:
Tabela 1 – Condições operacionais dos sistemas estudados durante a ocorrência de cianobactérias na água bruta dos sistemas.
Cidade/Sistema Q nominal l/s Tratamento utilizado Cloração Tempo de carreira (h) média pré
pós médio M. Claros (VG) 500 Convencional x 24 C. do Rio Claro 60 Clarificador de contato x 12 Medina 40 Convencional x 14 Pitangui 75 Convencional
x 12 Ninheira 6 Convencional x 14
Vargem das Flores 1000 Filtração direta x 14 Obs: Q = Vazão RESULTADOS E DISCUSSÃO
De acordo com as análises realizadas e os testes de toxicidade durante as florações foram obtidos os seguintes resultados descritos na tabela 2
Tabela 2 – Resultados das análises hidrobiológicas, das toxinas e dos testes de toxicidade durante a ocorrência de cianobactérias na água bruta dos sistemas.
Cidade/Sistema Gêneros/espécies
Resultado ELISA * DL50 mg/Kg pc** Resultado CLAE *** Montes Claros (VG) Microcystis spp. e Radiocystis microcistina 247,0 100,0 C. do Rio Claro
Microcystis spp., R. fernandoi, C. raciborskii, Aphanizomenon tropicale e A . volzii microcistina
Não detectada Não realizado Medina
M. protocystis, M. aeruginosa, M. novacekii e R. fernandoi. microcistina Não detectada Não realizado C. raciborskii ausência 95,2
Não realizado Pitangui
Anabaena spiroides e Anabena planctonica ausência Não detectada Não realizado Ninheira C. raciborskii saxitoxina 450,0 177,6
Vargem das Flores
Microcystis spp. e R. fernandoi e Nostocaceae microcistina
315,0 31,0
Legenda: * ELISA = Kit imunoenzimático; ** DL50 mg/Kg pc = Dosagem letal em mg/Kg de peso corpóreo que mata 50% dos organismos-teste; *** m g equivalentes da toxina por litro de amostra.
Para a cidade de Montes Claros as espécies cultivadas apresentaram toxicidade sendo detectada uma elevada concentração de microcistina no cultivo. A água da estação de tratamento, além de abastecer a uma população aproximada de 203.000 hab itantes, abastece também dois hospitais com clínicas de hemodiálise. Isso fez com que a gerência local tomasse uma série de providências no sentido de minimizar os efeitos de uma possível floração de cianobactérias. A primeira delas foi a construção de uma estação de tratamento de efluentes para a cidade de Juramento, através de reator anaeróbio de fluxo ascendente e uma lagoa facultativa, visando reduzir a carga orgânica lançada no rio Juramento, afluente da represa de mesmo nome. Foi implementado também um programa de educação
ambiental com os alunos das escolas localizadas na sub -bacia hidrográfica. Além disso, foi realizado um trabalho de conscientização dos produtores da região inclusive com a
construção adequada de depósitos para as embalagens utilizadas de agrotóxicos. Foram também distribuídas mudas de espécies nativas para recuperação da mata ciliar. A estação de tratamento passou também por modificações na sua estrutura com a construção de mais dois decantadores e filtros com um intenso trabalho para se otimizar as dosagens de
coagulantes. Como resultado imediato através dessa última medida, obteve-se uma redução do tempo médio de carreira dos filtros de 24 horas para 12 horas. Contrapondo-se a isso, a qualidade da água bruta melhorou consideravelmente, refletindo na redução do número de reclamações por parte dos usuários quanto às alterações das características organolépticas da água tratada.
Em Carmo do Rio Claro, apesar de não haver hospitais ou clínicas de hemodiálise, a água produzida pela estação de tratamento abastece aproximadamente a uma população de 13.000 habitantes. De acordo com JARDIM et al. (2001b) algumas das espécies citadas na Tabela 2 foram comprovadamente tóxicas na captação de água da cidade de Alfenas. Como essa água também é oriunda da represa de Furnas, as preocupações se voltaram com a capacidade do clarificador de contato na remoção das cianotoxinas durante a ocorrência de florações de cianobactérias. Diante disso, foi construído um flotador `a montante dos filtros, sendo que a eficiência da estação em remover as algas refletiu no aumento do tempo de carreira dos filtros que de 12 horas atingiu uma média de 80 horas. Isso trouxe uma considerável economia com os gastos de água de lavagem.
Em Medina ocorreram duas florações de cianobactérias, na primeira, em setembro de 1999, ficou caracterizado o predomínio de Cylindrospermopsis raciborskii apresentando uma elevada toxicidade de acordo com Lawton et al. (1994b) apud CHORUS & BARTRAM (1999). Tão logo o número de células dessa espécie começou a aumentar, foi feita uma diluição da água da barragem com a água do córrego São Pedro (onde não se tinha
detectado cianobactérias). Essa medida operacional fez com que ocorresse uma redução de aproximadamente 98% do número de células na água bruta que era aduzida à estação de tratamento, além disso, o tempo médio de carreira dos filtros passou de 14 horas para 19 horas. Em uma segunda floração, ocorrida em maio de 2002 foram identificadas as seguintes espécies: M. protocystis, M. aeruginosa, M. novacekii e R. fernandoi. Após a realização dos testes de toxicidade da amostra (não congelada) que foi encaminhada ao laboratório metropolitano em Belo Horizonte, a aproximadamente 600 Km de Medina, não foi identificada toxicidade com as dosagens recome ndadas pela Organização Mundial de Saúde. A presença de aerótopos e bainhas mucilaginosas, comuns nas espécies acima citadas somada à ação de ventos, fez com que essa biomassa algal fosse arrastada para a margem contrária à captação. Essa biomassa foi então bombeada para o maciço da
barragem. Após o cultivo das células das espécies separadas, foram realizados novos testes de toxicidade e todas as espécies foram hepatotóxicas com a presença de microcistina. A toxicidade ficou na faixa de 200 a 230 mg/Kg de peso corpóreo. Na terceira bateria de testes de toxicidade com as amostras armazenadas em frascos abertos e fechados, os resultados dos testes obtidos com as amostras que ficaram armazenadas nos frascos abertos foram os mesmos encontrados para o do cultivo. A dosagem letal ficou na mesma faixa acima mencionada e detectou-se a presença de microcistina. Já para as amostras que ficaram hermeticamente fechadas, após a realização do teste de toxicidade, os animais não morreram, mas foi detectada a presença da microcistina. De acordo com Gary Jones
pressões. Sendo esse um dos fatores que contribuíram para a orientação de se manter a rede de distribuição de água pressurizada na portaria no. 1469 do Ministério da Saúde, além evidentemente, de se evitar a contaminação externa devido ao efeito da subpressão. Trabalhos realizados por AMARAL et al. (2001) conseguiram uma considerável remoção de neurotoxinas do tipo PSP quando utilizaram unidades de tratamento compactas
pressurizadas.
Em Pitangui, apesar dos resultados indicarem a ausência de toxicidade para as espécies de cianobactérias encontradas, foi realizado um exaustivo trabalho de diagnóstico local, pois a água produzida pela estação de tratamento para atender a uma população de
aproximadamente 18.000 habitantes possuía um forte odor de hexaclorobenzeno (BHC), sendo rejeitada pela população. A partir desse levantamento, verificou-se que as principais contribuições de carga orgâ nica eram oriundas dos seguintes pontos de lançamento: esgoto não tratado da cidade de Itaúna (onde a empresa não detém a concessão), com
aproximadamente 100.000 habitantes; esgoto da cidade de Pará de Minas com
aproximadamente 100.000 habitantes, onde a empresa detém a concessão desse serviço. Esta prevista a construção de uma estação de tratamento por lagoas facultativas aeradas precedidas de reatores anaeróbios de fluxo ascendente; esgoto não tratado de 150 pocilgas e finalmente os esgotos de uma leiteria que produzia 60.000 litros de leite por dia. Com esse diagnóstico todo o tratamento teve que ser remodelado, o sulfato de alumínio foi
substituído pelo cloreto férrico, pois havia uma variação brusca do pH da água bruta durante o período de funcionamento da ETA que era de 16 horas/dia. O permanganato de potássio a 2,5% passou a ser dosado com uma dosagem média de 0,5 mg/L, isso
correspondia a 0,35% da arrecadação do sistema. Devido a existência do odor na água tratada, o cloro passou a ser dosado na pós-cloração e o carvão ativado em pó passou a ser dosado em suspensão com dosagens que variavam de 5,0 a 44,0 mg/L, dependendo da concentração de cianobactérias na água bruta. Durante a aplicação do carvão ativado o gasto representou 8% da arrecadação do siste ma. Visando reduzir a dosagem de carvão ativado, foi implantado um sistema de aeração na captação no rio São João, conseguiu-se uma redução de 70% no seu consumo. Após essas medidas operacionais o tempo médio de carreira dos filtros passou para 24 horas.
Na cidade de Ninheira, o sistema produtor abastecia aproximadamente 2.000 pessoas. Na estação de tratamento que captava a água na lagoa das Veadas foi instalado um flotador entre o floculador e o decantador. Nesse caso, era opcional a utilização do flotador ou do decantador, pois dependia do número de células/mL de C. raciborskii na água bruta. A remoção de células obtida com a utilização do flotador passou de 45% para 99%. Mesmo assim, estava sendo detectada ainda na água tratada traços de saxitoxina, um carbamato natural que a portaria no. 1469 do Ministério da Saúde permite uma concentração até 3,0 m g equivalentes dessa toxina por litro de amostra. A opção que se encontrou foi a interdição da estação de tratamento e a construção de uma adutora de 10 Km que passou a aduzir água tratada de São João do Paraíso, isenta de cianobactérias. Tanto na estação de tratamento de Carmo do Rio Claro como em Ninheira, todo o lodo gerado durante o processo de flotação foi conduzido para um leito de secagem, ficando exposto à ação da luz solar, durante aproximadamente 20 dias. Esse lodo, após esse processo de maturação, pode ser utilizado na compostagem e ser aplicado como adubo, após os testes pertinentes. A figura 1 ilustra o flotador que foi construído de alvenaria.
Figura 1 – Foto do flotador que foi construído e adaptado `a estação de tratamento de água de Ninheira durante a ocorrência de floração de cianobactérias.
Em Vargem das Flores durante a ocorrência das florações, o tempo médio de carreira dos filtros passava de 14 horas para 9 horas e por se tratar de uma filtração direta, havia constantemente a passagem de algas decompostas para a água tratada. Para minimizar os problemas causados pelas algas ao tratamento, iniciou-se um trabalho de pesquisa utilizando a flotação, com excelentes resultados. Além disso, iniciou-se também a
recuperação da água de um dos principais afluentes da represa, o ribeirão Betim (bacia do rio Paraopeba), que recebia toda a carga poluidora do centro da cidade de Contagem. Esse esgoto, com uma vazão aproximada de 150 l/s, é bombeado para o ribeirão Sarandi (bacia do rio das Velhas), onde será construída a estação de tratamento de efluentes – ETE Onça.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Os resultados das análises hidrobiológicas e os testes de toxicidade contribuíram para a tomada de medidas não só operacionais, mas relativas ao gerenciamento ambiental de alguns sistemas produtores de água potável. Um cuidado especial deve ser tomado no transporte de amostras contendo florações para a realização dos testes de toxicidade, pois ficou comprovado que a elevadas pressões, pode haver uma redução dos efeitos tóxicos das cianotoxinas. Esse é um fato importante a ser observado, pois nos casos em que os testes apresentem um resultado negativo, uma das primeiras recomendações operacionais é que se aplique a pré-cloração da água. E se isso for feito baseado em um resultado falso positivo, poderá ocorrer a lise celular, passando a predominar a fração solúvel das cianotoxinas, consequentemente dificultando a remoção das mesmas pelo sistema de tratamento. No presente trabalho a flotação se mostrou como uma das formas mais eficientes de remoção de células intactas de cianobactérias. Umas das preocupações ambientais se voltam para o destino final do lodo fo rmado no processo, no caso de Carmo do Rio Claro como no de Ninheira o lodo foi usado para agregar a compostagem.
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