Estudo da migração vertical diária das Cianobactérias na represa do Iraí



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Estudo da migração vertical diária das Cianobactérias na represa do Iraí. E a avaliação das Cianotoxinas.
EQUIPE TÉCNICA E INSTITUIÇÃO:

Biol. Esp. CLAUDIA ROSA REGINA VITOLA1

Eng. CARLOS EDUARDO PIERIN1

Dr. JOÃO SARKIS YUNES2

Biol. SONIA MARIA SOARES DE FARIA1

Téc. Químico GUILHERME DE SOUZA MARQUES1.


1 Companhia de Saneamento do Paraná - SANEPAR, Rua Eng. Antônio Batista Ribas n.º 151, Bairro Tarumã, Curitiba, PR. CEP 80.800.130; e-mail:claudiav@sanepar.com.br.
2 Campus Carreiros da FURG. Av. Itália Km 8 – Rio Grande - RS, prédio Hidroquimica, CEP: 96.201.900. e-mail: dqmsarks@super.furg.br

1. Objetivo Geral:
Verificar a migração vertical das cianobactérias na coluna d’água no ponto de saída da água da represa isto é: no ponto da (tulipa), para a partir destes conhecimentos possa-se estabelecer procedimentos de retirada da água nas alturas da coluna da água onde ocorrem um menor número de células de Cianobactérias, e avaliar também quanto a toxidez destas em análises de bioensaios de camundongos e analises químicas de detecção de Cianotoxinas.
1.1.Objetivos Específicos:
1.1.1. Realizar amostragens nas estações de verão e inverno, num período total de 2 anos, (4 campanhas de amostragens), sendo cada amostragem num período de 48 horas com intervalo de 4 horas entre uma e outra coleta, em coletas em 3 profundidades sendo elas: de superfície 0,30 m, comporta intermediária a 3m. e 6m comporta de fundo.
1.1.2 Encaminhar amostras para a investigação de toxidez das cianobactérias, com realização de bioensaio com camundongos e/ou análise de toxinas por cromatografia HPLC ou ELISA imunoensaio , a cada campanha de coleta.
1.1.3. Realizar trabalho com os dados. Foram aplicados as construções de tabelas, gráficos e cálculos de porcentagens, para facilitar a interpretação dos resultados.
1.1.4. Elaborar relatório com os dados obtidos. Estes foram elaborados a cada 6 meses durante a fase do projeto de pesquisa.
2. Introdução
A represa do Iraí é uma represa muito importante para o abastecimento da região metropolitana de Curitiba, esta contribui com água para cerca de 70% de Curitiba.

Esta devido a diversos fatores apresenta-se eutrofizada, levando-se a favorecer a proliferação de Cianobactérias (algas azuis) as quais são organismos que precisam de muitos procedimentos de monitoramento, por serem organismos produtores de substâncias que causam alteração de sabor e odor e também são potencialmente tóxicas.

A proposta deste estudo foi de se fazer uma investigação quanto a migração vertical diária na coluna d’água da represa no ponto onde a água sai da represa (tulipa), nas principais estações do ano isto é verão e inverno, para que com base nestes conhecimentos sejam mantidos os usos de recursos de melhores alturas de captações, da água desta represa com a tomada da água, onde estes organismos ocorrem em menores quantidades ao longo do dia, os parâmetros foram analisados a partir das porcentagens medias, dos valores obtidos ao longo dos dias das coletas, analisados em cada uma das profundidades amostradas.

E também quanto a toxicidade das cianobactérias, estas foram realizadas na Universidade do Rio Grande , com o Dr. João Sarkis Yunes .


3. Revisão bibliográfica:
3.1 Quanto a migração de cianobactérias:
A maior parte dos trabalhos consultados que foram encontrados sobre este assunto, são para responder a seguinte pergunta: Como as Cianobacterias migram na coluna da água dentro deste enfoque tem alguns aspectos que achamos relevantes salientarmos:

3.2 Mecanismos que fazem com que as Cianobactérias migrem:
Uma importante característica sobre o bloom de Microcystis, é a sua capacidade de regular a migração por vesículas de gases. Experimentos com culturas de populações naturais de Cianobactérias tem demonstrado que há três mecanismos envolvidos nas migrações, são elas: diferenças de pressão intracelulares(Dinsdale e Walsby, 1972).

Segundo as mudanças de flutuações em culturas unicelulares de Microcystis, se dão pelo mecanismo de poliglicose presentes nas células. (Kromkamp and Mur, 1984).

Terceiro A síntese do gás associada ao aumento do número de células fazem também aumentar as mudanças nas flutuações (Kromkamp, 1989).

O primeiro relato sobre regulação das populações naturais de Microcystis por Dinsdale e Walsby(1972), este comentou que a perda das flutuações se dá quando estas são expostas a altas intensidade de luz resultando em uma correlação negativa entre a pressão de enchimento e a variação.

Muitos autores entre eles Reynolds(1973, 1976,1981), Reynolds et al.(1981), Oliver et al (1985), demonstraram que o início da estratificação é a principal causa do aumento no número das colônias.

A estabilidade das condições de estratificação e a migração das colônias, é uma grande vantagem para as Cianobactérias na competição inter especifica(Bas W. Ibeling, Luuc R. Mur and Anthony E. Walsly).

No trabalho em lagos rasos de B. W. Ibellings, L.R. Mur, realizado em setembro de 1988. Este verificou uma porcentagem de 65% de ocorrência de Microcystis na superfície, 50% de ocorrência para 3m de profundidade, 30% para 6 m de profundidades. Estes resultados foram similares aos encontrados em nossas amostragens no Iraí conforme demonstrado no gráfico de numero 3, o que demonstra ser uma tendência deste gênero para lagos rasos.
3.3 Quanto as Cianotoxinas:
As Cianotoxinas são um grupo diverso de toxinas naturais dos pontos de vista químico ou toxicológico. Embora sejam de origem aquática, muitas das cianobactérias nocivas tem sido identificadas até hoje por serem mais nocivas a mamíferos terrestres do que a organismos aquáticos.

De fato as Cianobacterias sintetizam uma grande quantidade de metabólicos desnecessários ao seu metabolismo, ou de função desconhecida ou mesmo que até o momento ao contrario das toxinas não tenham sido responsáveis por quaisquer impactos sobre os outros seres vivos.




    1. Cianotoxinas e remoção nos processos de tratamentos:


3.4.1 Coagulação e Filtração:

Wimberg et.AL 1989 em seus estudos constatou uma redução de 11% a 32% em dosagens de 36 a 71 mg/L de sulfato de alumínio.

Na Australia, Falconer et. AL 1989, aplicou 120 mg/L de alumínio sozinho ou combinado com polieletrólitos havendo remoção de aproximadamente 20% da toxidade (AWWA Research Foundation and America Water Works Association), Cyanobacteria (Blue - Green Algal Toxins:

A Resouse Guide.


3.4.2 Absorção do carvão ativado em pó :

Na Australia Donat et AL 1993, constatou que uma amostra concentração de 50 mg/L de microcistina, com aplicação de 25 mg/L do melhor carvão teve uma redução de 99% da toxina. Porém com um carvão não tão bom , mesmo aplicando-se 50 mg/ L teve-se uma redução de menos de 60% da toxina.

(AWWA - Cyanobacterias (Blue-Green Algal) Toxins: A Resourge Guide).

3.4.3 Cloração:

A partir de estudos recentes realizados na Australia por Nicholson et Al 1994, estes detectaram que o cloro é bastante eficiente na destruição, de Hepatotoxinas, microcistina L-R e Nodularina, considerando um residual de cloro livre de 0,5 mg/L com um tempo de contato de 30 minutos.

Experimentos mostraram que a eficiência na remoção das toxinas é pH dependente, com efetiva destruição ocorrendo em pH abaixo de 8,0. A cloraminação foi dada como completamente ineficaz, na remoção das Hepatotoxinas, criando assim um problema para águas naturais mostrando uma demanda significativa de cloreto de nitrogênio (cloramina). A cloração das Neurotoxinas, Anatoxinas-a foi dada, como ineficiente porque a dose de cloro de 15 mg/L em pH 7,0 atingiu apenas 16% na remoção após 30 minutos de contato.

AWWA, Cyanobacterias (Blue-Green Algal) Toxins: A resouurce Guide.

A eficiência da cloração na remoção das hepatotoxinas é uma descoberta significativas e oferece um baixo custo relativo e solução simples na remoção destas toxinas. Porém outras investigações são requeridas para determinar a eficiência da cloração Blooms tóxicos naturais cianobactérias e quando a cloração destas toxinas, na remoção das mesmas, introduzem outros co-produtos nocivos.

Alguns destes trabalhos estão sobre pesquisas no centro Australiano de qualidade de água (Toxic Cyanobacteria Current Status of Research and Management, Procredings of na International Work Shop Adelaide, Australia, march 1994, D.A Steffensen and B.C Nicholson).


3.5 Principais Cianotoxinas, seus efeitos principais, e os gêneros que as produzem:


  • A mais comum delas é a Microcistinas, estas são Hepatotoxinas, podem causar câncer hepático, ou hemorragia hepática, os gêneros que as produzem são: Microcystis, Anabaena, Planktothrix (Oscillatoria), Nostoc, Hapalosiphon.

  • Anatoxinas e Saxitoxinas são Neurotoxinas causam insuficiência respiratória que leva a morte por 2 a 30 minutos, são alcalóides neurotóxicos, os gêneros produtores são: Anabaena, Planktothrix, Aphanizomenon, Anabaena.

  • Cilindrospermopsina, são alcalóides citotóxicos, são hepatotoxicos, os organismos produtores são: Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia.

  • Alcalóides dermatotóxicos, alguns gêneros de Cianobactérias bentônicas como Lyngbya, Oscillatoria, Schizothrix produzem toxinas que causam dermatites severas em nadadores e praticantes de esportes em geral quando eles entram em contato com seus filamentos.


4. Material e Métodos
Os dados foram obtidos a partir de quatro campanhas de coletas sendo estas de verão e inverno nos anos de 2002 e 2003, no ponto de saída da água do reservatório do Iraí, que é chamado de Tulipa.

As coletas foram realizadas de 4 em 4 horas, em um período de 48 horas, em três profundidades sendo estas de superfície (realizada com balde), e duas nas profundidades de 3 e 6 metros(realizadas através de garrafa de Van Dorn), as profundidades foram assim determinadas pelo fato de serem os locais onde a água sai da represa.

As medições dos parâmetros físico químicos, foram obtidos através de aparelho de campo com sonda marca Digmed.

As contagens das cianobactérias foram realizados através da metodologia pela CETESB, 1991 adaptada para contagem em células por ml, baseado em Chorus e Barthan 1999, e a identificação baseado em Komarek, 1999.

As analises de Cianotoxinas foram feitas através testes de toxidez com camundongos LD50, e analises cromatograficas em HPLC, para Microcistina, Saxiotoxinas e Cilindrospermopsinas.
5. Resultados e Discussões
P
ara a avaliação dos resultados foram avaliados os gêneros de cianobactérias separadamente. Quanto ao gênero Cylindrospermopsis sp, verificou-se quando da ocorrência deste gênero na primeira coleta de verão, que este esteve presente em menor porcentagem na superfície da água, nos horários entre 10:00h da manhã, as 14:00h da tarde nos dois dias das coletas. Conforme mostra o gráfico n.º 1:



Quanto a Cianobacteria enquadrada como Oscillatoriales detectada na 1.º coleta de inverno de 2002, esta foi enquadrada sistematicamente dentro de ordem e não de gênero por não apresentar nas amostras analisadas células tipo heterocitos terminais ou intercalares, que é o que determinaria ser estas Cylindrospermopsis ou Aphanizomenom.

Estas tiveram sua ocorrência parecida com o gênero Cylindrospermopsis, tendo ocorrido em menor quantidade na superfície da água as 11h da manhã nos dois dias das coletas, caracterizando-as como Cianobactérias com pouca afinidade de luz, baseado neste fato sugere-se que quando possível se altere o ponto da captação para a superfície da água nos períodos de alta intensidade luminosas isto é, no período de 10:00 as 14:00h, onde se pegará uma menor quantidade de células neste período. Demonstrado no gráfico n.º 2:


O gênero Microcystis esteve presente, nas quatro coletas no período de estudo, sendo que na ultima coleta foi quando tivemos a maior concentração destas, verificamos pelas médias das porcentagens de ocorrência deste gênero nas quatro coletas e nas três profundidades de coletas, que estas tiveram as seguintes variações médias: 48% de ocorrências médias na superfície, 27% de ocorrências médias a 3 metros de profundidade, e 20% a 6 metros de profundidades, demonstrando um predomínio destas na camada de superfície da água. Conforme gráfico n.3:





Q
uanto ao gênero Aphanocapsa, este gênero ocorreu em três das 4 coletas realizadas, não tendo sido detectada a sua presença, somente na coleta de inverno de 2002. Verificou-se que a distribuição deste gênero na coluna da água foi homogênea, sendo de 35% de ocorrência na superfície, 33% a 3 metros e 30% a 6 metros de profundidade. Conforme o gráfico n.º 4:

As Cianotoxinas que foram determinadas durante as estações de coleta do estudo foram as que estão listadas na tabela abaixo, as relacionadas ao período de amostragem, são as que estão pintadas de cinza :



Tabela 1:Resultados de Cianotoxinas, na barragem do Irai, nos anos de 2002 e 2003, quando das coletas do estudo de Migração e também quando ocorreram aumento das cianobactérias na barragem.



PONTO DAS COLETAS:

DATAS DAS COLETAS:

TESTES DE TOXICIDADE COM CAMUNDONGOS

MICROCISTINA EM MICRO GRAMAS/L

SAXIOTOXINA(SXT, NEOXT,ETC) EM MICRO GRAMA/L

CILINDROSPERMOPSINA EM MICRO GRAMA / L

Barragem do Irai /In-Nat.

03/03/02

Negativo

0

0

0

Barragem do Irai /In-Nat.

03/05/02

Positivo

2.094

0

0

Barragem do Irai /In-Nat.

11/08/02

Negativo

0

0

0

Barragem do Irai /In-Nat.

19/08/02

Negativo

0

0,82

0

Barragem do Irai /In-Nat.

27/02/03

Negativo

2,8

0

0

Barragem do Irai /In-Nat.

04/08/03

Positivo

2.146,50

0

0

6. Aplicabilidade prática
Este estudo servira para um melhor entendimento quanto ocorrência das Cianobacterias nas três diferentes alturas de saída de água da barragem, ao longo do dia nas principais estações do ano, isto é verão e inverno para a represa do Iraí.

Este também pretende servir de base para outros trabalhos similares no Brasil, já que não localizamos na internet trabalhos publicados, em migração de Cianobactérias, para ambientes de represas que servem para o abastecimento publico.


7. Conclusões

Os resultados obtidos permitem concluir que a migração vertical de Cianobacterias ao longo dos diversos horários do dia que justificariam uma mudança da altura do ponto da captação ocorreu nas duas primeiras coletas de verão e inverno de 2002, quando da ocorrência do gênero Cylindrospermopsis e das Oscillatoriales, que tiveram uma menor concentração na superfície nos horários entre 10:00 e 14:00 h, períodos do dia com maior intensidade de luz.

Para a ocorrência do gênero Microcystis confirmou-se a predominância deste na superfície da água, conforme já era esperado pelo fato destes serem organismos terem por característica a formação de vesículas gás, o que faz com que elas tendam a ficar mais na superfície da água, podendo ficar dispersas ao longo da coluna da água quando da ocorrência do vento, o fato da predominância do Microcystis na superfície da coluna da água, faz com que devam ser tomadas medidas de retirada da água em alturas mais abaixo da superfície da água, numa tentativa de se obter em media um valor menor em número de células por mls, para a captação da água, conseqüente melhoria do produto final, ou seja: água tratada.

Quanto as Cianotoxinas podemos concluir que foram detectadas as presenças de dois tipos de toxinas que são: a Saxiotoxina e a Microcistina, sendo que a primeira só apareceu no dia 19/08/2003, em quantidades bem baixa, no valor de 0,82μg/l, a Microcistina esteve presente em três momentos diferentes, conforme demonstrado na tabela 1 do resultados apresentados.



Referências bibliográficas:




  • Komarek, Jiri, Anagnostidis Konstantinos. Modern approach to the classification system of Cyanophytes 4- Nostales, Arch Hydrobiol. Suppl. 82,3, 247-345, Stugart, september 1989.




  • Komarek, Jiri, Anagnostidis Konstantinos. Modern approach to the classification system of Cyanophytes 3 Oscillatoriales, Arch Hydrobiol. Suppl. 80, 1-4, 327-472, Stugart, Marz 1988.




  • Chorus Ingrid and Bartram Jamie, Toxic Cyanobacteria in Water, 1999.




  • Determinação de Fitoplâncton de água doce, Norma técnica Cetesb, 1991.




  • Bas W.Ibelings, Luuc R. Mur and Anthony E. Walsby, Jornal of plancton research Vol. 13 N.º 2 pp. 419-436, 1991.




  • Abastecimento e Toxicidade de florações de Cianobactérias. Homem: Vitima ou culpado? Dr. João Sarkis Yunes, Unidade de pesquisas em Cianobactérias , Curso IPEN, em são Paulo,2001.


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