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REDE COOPERATIVA DE PESQUISAS

CONTRIBUIO AO ESTUDO DA REMOO DE CIANOBACTRIAS E MICROCONTAMINANTES ORGNICOS POR MEIO DE TCNICAS DE TRATAMENTO DE GUA PARA CONSUMO HUMANO

INSTITUIES PARTICIPANTES

EESC/USP, EPUSP, FEIS/UNESP, UFMG, UFSC, UNB, IPH/UFRGS

ApresentaoEsta publicao um dos produtos da Rede de Pesquisas sobre o tema Tratamento de guas superficiais visando a remoo de microalgas, cianobactrias e microcontaminantes orgnicos potencialmente prejudiciais sade, do Programa de Pesquisas em Saneamento Bsico PROSAB - Edital 04, coordenada pelo Prof. Valter Lcio de Paula do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais. O PROSAB visa ao desenvolvimento e aperfeioamento de tecnologias nas reas de guas de abastecimento, guas residurias (esgoto), resduos slidos (lixo e biosslidos) que sejam de fcil aplicabilidade, baixo custo de implantao, operao e manuteno, bem como visem recuperao ambiental dos corpos d'gua e melhoria das condies de vida da populao, especialmente as menos favorecidas e que mais necessitam de aes nessas reas. At o final de 2005 foram lanados quatro editais do PROSAB, financiados pela FINEP, pelo CNPq e pela CAIXA, contando com diferentes fontes de recursos, como BID, Tesouro Nacional, Fundo Nacional de Recursos Hdricos (CT-HIDRO) e recursos prprios da Caixa. A gesto financeira compartilhada do PROSAB viabiliza a atuao integrada e eficiente de seus rgos financiadores que analisam as solicitaes de financiamento em conjunto e tornam disponveis recursos simultaneamente para as diferentes aes do programa (pesquisas, bolsas e divulgao), evitando a sobreposio de verbas e tornando mais eficiente a aplicao dos recursos de cada agncia. Tecnicamente, o PROSAB gerido por um grupo coordenador interinstitucional, constitudo por representantes da FINEP, do CNPq, da CAIXA, do Ministrio das Cidades, das universidades, da associao de classe e das companhias de saneamento. Suas principais funes so:

definir os temas prioritrios a cada edital; analisar as propostas, emitindo parecer para orientar a deciso da FINEP e do CNPq; indicar consultores ad hoc para avaliao dos projetos; e acompanhar e avaliar permanentemente o programa. O Programa funciona no formato de redes cooperativas de pesquisa formadas a partir de temas prioritrios lanados a cada Chamada Pblica. As redes integram os pesquisadores das diversas instituies, homogeneizam a informao entre seus integrantes e possibilitam a capacitao permanente de instituies emergentes. No mbito de cada rede, os projetos das diversas instituies tem interfaces e enquadram-se em uma proposta global de estudos, garantindo a gerao de resultados de pesquisa efetivos e prontamente aplicveis no cenrio nacional. A atuao em rede permite, ainda, a padronizao de metodologias de anlises, a constante difuso e circulao de informaes entre as instituies, o estmulo ao desenvolvimento de parcerias e a maximizao dos resultados. As redes de pesquisas so acompanhadas e permanentemente avaliadas por consultores, pelas agncias financiadoras e pelo Grupo Coordenador, atravs de reunies peridicas, visitas tcnicas e Seminrios anuais. Os resultados obtidos pelo PROSAB esto disponveis atravs de manuais, livros, artigos publicados em revistas especializadas e trabalhos apresentados em encontros tcnicos, teses de doutorado e dissertaes de mestrado publicadas. Alm disso, vrias unidades de saneamento foram construdas nestes ltimos anos por todo o pas e, em maior ou menor grau, utilizaram informaes geradas pelos projetos de pesquisa do PROSAB Alm de seu portal (www.finep.gov.br/prosab/index.html) , a divulgao do PROSAB tem sido feita atravs de artigos em revistas da rea, da participao em mesas-redondas, de trabalhos selecionados para apresentao em eventos, bem como pela publicao de porta-flios e folders contendo informaes sobre os projetos de cada edital.

GRUPO COORDENADOR DO PROSAB:Jurandyr Povinelli SAE/SC e EESC [email protected] e [email protected] Ccero O. de Andrade Neto - UFRN [email protected] Deza Lara Pinto - CNPq [email protected] Marcos Helano Montenegro Ministrio das Cidades [email protected] Sandra Helena Bondarowsky CAIXA [email protected] Jeanine Claper - CAIXA [email protected] Anna Virgnia Machado ABES [email protected] Ana Maria Barbosa Silva - FINEP [email protected] Clia Maria Poppe de Figueiredo - FINEP [email protected] edital 4 do PROSAB foi financiado pela FINEP,CNPq e CAIXA com as seguintes fontes de recursos: Fundo Setorial de Recursos Hdricos e Recursos Ordinrios do Tesouro Nacional do Fundo Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico e Caixa Econmica Federal.

Valter Lcio de Pdua(coordenador)

Contribuio ao Estudo da Remoo de Cianobactrias e Microcontaminantes Orgnicos por Meio de Tcnicas de Tratamento de gua para Consumo Humano.

Belo Horizonte - MG 2006

Copyright 2006 ABES RJ 1 Edio tiragem: 1000 exemplares Projeto Grfico, editorao eletrnica e fotolitos SERMOGRAF Artes Grficas e Editora Ltda: Rua So Sebastio, 199 CEP 25645-045 So Sebastio Petrpolis - RJ TEL: (0xx24) 2237 3769 Fax: (0xx24) 2237-3709 [email protected] Coordenador Valter Lcio de Pdua

Contribuio ao estudo da remoo de Contribuio ao estudo da remoo de cianobactrias e microcontaminantes cianobactrias e microcontaminantes orgnicos por meio de tcnicas de orgnicos por meio de tcnicas de tratamento de gua para consumo tratamento de gua para consumo humano / Valter Lcio de Pdua humano / Valter Lcio de Pdua (coordenador). Rio de Janeiro: (coordenador). Rio de Janeiro: ABES, ABES, Sermograf, 2006 2006 504 p. : il 504 p. : il Projeto PROSAB Projeto PROSAB ISBN: 85-7022-149-5 ISBN: 85-7022-149-5 ISBN: 978-85-7022-149-0 ISBN: 978-85-7022-149-0 1. Tratamento de gua 2. Cianobactrias 1. Tratamento de gua 2. Cianobactrias 3. Microcontaminantes orgnicos I. 3. Microcontaminantes orgnicos I. Pdua, Valter Lcio Pdua, Valter Lcio

Valter Lcio de Pdua(coordenador)

Instituies Participantes e Coordenadores de Projeto Universidade de So Paulo - USP Escola de Engenharia de So Carlos EESC Coordenador: Luiz Di Bernardo Email: [email protected] Universidade de So Paulo - USP Escola Politcnica da USP - EPUSP Coordenador: Jos Carlos Mierzwa Email: [email protected] Universidade Estadual Paulista - Unesp Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Coordenador: Edson Pereira Tangerino Email: [email protected] Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG Escola de Engenharia da UFMG - EE.UFMG Coordenador: Valter Lcio de Pdua (coordenador da rede) Email: [email protected] Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental Coordenador: Maurcio Luis Sens [email protected] Universidade de Braslia - UnB Departamento de Engenharia Civil e Ambiental - ENC Coordenador: Cristina Clia Silveira Brando Email: [email protected]

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS IPH - Instituto de Pesquisas Hidrulicas Departamento de Hidrulica e Saneamento SHS Coordenador: Luiz Fernando Cybis Email: [email protected]

Consultores Beatriz Suzana Ovruski de Ceballos Universidade Federal de Campina Grande UFCG Carlos Gomes da Nave Mendes Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP

AutoresVALTER LCIO DE PDUA (COORDENADOR DA REDE)Engenheiro Civil, Dr., professor do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental UFMG.

BEATRIZ SUSANA OVRUSKI DE CEBALLOSBiloga, Dra., professora das Universidades Estadual e Federal de Campina Grande.

CARLOS GOMES DA NAVE MENDESEngeheiro Civil, Dr., professor do Departamento de Saneamento e Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP.

CRISTINA CLIA SILVEIRA BRANDOEngenheira Qumica, doutora em Engenharia Ambiental, professora adjunta do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Braslia UnB.

EDSON PEREIRA TANGERINOEngenheiro Civil, Doutor em Hidrulica e Saneamento, professor assistente da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira FEIS-UNESP.

JOS CARLOS MIERZWAEngenheiro Qumico, doutor em Engenharia Civil. Professor no Departamento de Engenharia Hidrulica e Sanitria da Escola Politcnica USP.

LUIZ DI BERNARDOEngenheiro Civil, Dr., professor do Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de So Carlos USP.

LUIZ FERNANDO CYBISEngenheiro Civil, PhD, professor do Instituto de Pesquisas Hidrulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

MAURCIO LUIZ SENSEngenheiro Sanitarista, PhD, professor Titular do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina UFSC.

LUIZA CINTRA CAMPOSEngenheira Civil, PhD, professora da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Gois.

SANDRA MARIA FELICIANO DE OLIVEIRA E AZEVEDOBiloga, Dra., professora do Instituto de Biofsica Carlos Chagas Filho da Universidade Federal do Rio de Janeiro

VALRIA FREITAS DE MAGALHESBiloga, Dra., professora do Instituto de Biofsica Carlos Chagas Filho da Universidade Federal do Rio de Janeiro.

SRGIO JOO DE LUCAEngenheiro Civil, PhD , professor do Instituto de Pesquisas Hidrulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

MARIA MERCEDES BENDATIBiloga, MSc., Coordenadoria Geral de Vigilncia em Sade, Prefeitura Municipal de Porto Alegre.

EUDIMAR NASCIMENTO DE CARVALHOBilogo, doutorando do Instituto de Pesquisas Hidrulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

MELISSA FRANZENGeloga, doutoranda doInstituto de Pesquisas Hidrulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

LENORA LUDOLF GOMESBiloga, doutoranda do Programa de Ps-graduao em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hdricos da UFMG.

RAMON LUCAS DALSASSOEngenheiro Sanitarista, Dr, pesquisador do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da UFSC.

LUIZ CARLOS DE MELO FILHOEngenheiro Sanitarista, Dr, pesquisador do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da UFSC.

RENATA IZA MONDARDOQumica, MSc., Doutoranda do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Ambiental da UFSC.

MARIA GIOVANA LAURENTINO PEGOREREngenheira Civil, mestranda no Programa de Ps-Graduao em Recursos Hdricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidrulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

ANGELA DI BERNARDO DANTASEngenheira Civil, ps-doutoranda do Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de So Carlos USP.

EMLIA KIYOMI KURODAEngenheira civil, doutoranda no Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de So Carlos USP.

ANTONIA SIMONE DA SILVAEngenheira Civil, MSc., consultora jnior do Departamento de Engenharia de Sade Pblica da Funasa. Colaboradores no desenvolvimento do Livro Os autores agradecem s dezenas de estudantes que participaram da rede do Tema 1 do 4o Edital do Prosab, gerando conhecimentos e produzindo dados que foram utilizados na redao deste livro.

Equipes dos Projetos de Pesquisa

SumrioCaptulo 1 - Tratamento de guas para Consumo Humano - Panorama Mundial e Aes do Prosab - Edital 4,tema 1 ............................................................. 1 Captulo 2 - Fundamentos Biolgicos e Ecolgicos Relacionados as Cianobactrias ..................................................................................23 Captulo 3 - Monitoramento e Avaliao de Mananciais de Abastecimento Pblico..................................................................................................................................83 Captulo 4 -Tcnicas de Manejo e Pr-tratamento no Manancial ....................................................................................................................141 Capitulo 5 - Filtrao em Margem............................................................................173 Captulo 6 - Filtrao Lenta..........................................................................................237 Captulo 7 - Filtrao Direta..........................................................................................275 Captulo 8 - Processos de Separao por Membranas para Tratamento de gua ......................................................................................................335 Captulo 9 - Oxidao....................................................................................................381 Captulo 10 - Remoo de Cianotoxinas por Adsoro em Carvo Ativado ................................................................................................................415 Captulo 11 - Metodologia para Quantificao de Cianotoxinas ....................................................................................................................467

Nota do Coordenador da RedeA rede de instituies que se formou a partir do lanamento do 4 Edital do Prosab, no ano de 2004, estudou principalmente a remoo de cianobactrias e cianotoxinas. Ao percorrer os captulos deste livro o leitor encontrar informaes que foram includas no texto com o objetivo de contribuir com a formao daqueles que tm como misso profissional pesquisar e produzir gua com qualidade adequada ao consumo humano. No primeiro captulo apresentado um panorama geral dos desafios relacionados ao tratamento de gua. O captulo seguinte aborda aspectos biolgicos e ecolgicos das cianobactrias. Os captulos 3, 4 e 5 tratam do monitoramento, avaliao, manejo e pr-tratamento da gua nos mananciais. Nos captulos 6 a 10 o leitor encontrar informaes sobre a filtrao lenta, filtrao direta, processos de separao por membranas, oxidao e adsoro. O captulo 11 dedicado s metodologias destinadas quantificao de cianotoxinas. A concluso deste livro foi possvel graas ao esforo coletivo de dezenas de profissionais, incluindo professores, pesquisadores, doutorandos, mestrandos, tcnicos e estudantes de graduao. Para pesquisar um tema complexo, relativamente pouco estudado no Pas, foi imprescindvel que se constitusse uma equipe multidisciplinar que envolveu principalmente bilogos, engenheiros qumicos. O desenvolvimento do trabalho numa rede constituda por 9 universidades de seis estados brasileiros possibilitou uma rica troca de experincias que trouxe benefcios s instituies e aos pesquisadores. Resultado de mais de dois anos de pesquisa, este livro no pretende esgotar as dvidas relativas aos temas estudados. Apesar dos avanos conseguidos neste trabalho cooperativo entre a EESC-USP, EP-USP, UFG, UFMG, UFRJ, UFRGS, UFSC, Unesp-Ilha Solteira, UnB e empresas de saneamento, muitas questes ainda esto por ser resolvidas. Ficou a certeza de que as atividades desenvolvidas pela rede do Tema 1 do Prosab contribuiu para formar recursos humanos e criar uma base mais slida para enfrentar os desafios representados pela remoo de cianobactrias e microcontaminantes orgnicos em guas destinadas ao abastecimento pblico.Valter Lcio de PduaCoordenador da rede

Cap. 1 Tratamento de guas para Consumo Humano Panorama Mundial e aes do PROSAB

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Captulo 1

Tratamento de guas para Consumo Humano Panorama Mundial e Aes do PROSABCarlos Gomes da Nave Mendes

Qualidade dos Mananciais e Funes Multi-Objetivos das Estaes de Tratamento de gua para Consumo HumanoApesar dos grandes avanos no desenvolvimento de tecnologias para o tratamento de guas para abastecimento pblico nos ltimos 100 anos, muito h por se caminhar na busca por solues seguras para garantir a produo de gua potvel a partir de mananciais de superfcie. O desafio mantm-se inalterado, talvez maior, frente s descobertas de que vrios compostos naturais, industrialmente produzidos e, at mesmo, gerados durante o prprio tratamento da gua, podem vir a manifestar-se em concentraes potencialmente perigosas para a sade pblica. Para Rebouas (1999), com o rpido crescimento da populao, urbanizao, industrializao e intensificao da produo agrcola, paralelamente ao uso de defensivos agrcolas, a partir de 1940, a rvore do controle da qualidade total das guas de consumo torna-se cada dia mais ramificada, compreendendo aspectos fsicos, bacteriolgicos e qumicos cada vez mais complexos (Figura 1.1). Ainda segundo esse autor, os constituintes em soluo so classificados de acordo com a abundncia relativa em: maiores, quando os teores so superiores a 5 mg/L ou 5 partes por milho (5 ppm); menores, quando as concentraes ficam entre 5 e 0,01 mg/L ou entre 5 ppm e 10 partes por bilho (10 ppb); e traos ou micropoluentes, quando os teores so inferiores a 0,01 mg/L, ou 10 microgramas por litro (g/L), isto , 10 ppb. O aprimoramento das tcnicas analticas fez com que o nmero regular de microcontaminantes, identificados e

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Contribuio ao Estudo da Remoo de Cianobactrias e Microcontaminantes Orgnicos por Meio de Tcnicas de Tratamento de gua para Consumo Humano

quantificados na gua, evolusse significativamente durante as duas ltimas dcadas. O mesmo autor acrescenta que, nesse quadro, cresce de forma assustadora a importncia dos parmetros denominados de micropoluentes orgnicos e metais txicos. Esses elementos ou compostos podem causar efeitos danosos sade em teores muito baixos - da ordem de partes por bilho (ppb) ou de microgramas por litro (g/L) e at de partes por trilho (ppt) ou de nanogramas por litro (g/L).

Figura 1.1 rvore da Qualidade da gua (Adaptado de Engelen, 1981).

Os efeitos adversos dos micropoluentes podem resultar de condies agudas (curto tempo de exposio a doses elevadas) ou crnicas (longo tempo de exposio a doses muito baixas); podem ser txicos (afetando seriamente funes biolgicas ou provocando a morte); carcinognicos (induzindo o crescimento descontrolado de clulas, vindo a provocar tumores malignos); mutagnicos (causando alteraes hereditrias do material gentico das clulas); teratognicos (causando deformaes congnitas no hereditrias). Lamentavelmente, a percepo dos efeitos agudos ou crnicos da presena dos micropoluentes na gua de beber s aconteceu a partir de 1962, e em nveis muito variados de um pas para outro ou at de uma regio para outra. Segundo WHO (2004), a Tabela 1.1 apresenta as vrias possveis fontes geradoras de contaminantes qumicos que possam ter efeito adverso sade pblica como conseqncia de exposies prolongadas atravs do consumo de gua. A limitao da presena de tais contaminantes em guas para abastecimento pode ser feita pela escolha


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apropriada do manancial, controle da poluio e uso de tcnicas de tratamento adequadas aos problemas especficos.Tabela 1.1 Fontes geradoras de contaminantes qumicos em guas de abastecimento, adaptado de WHO (2004)

Para von Sperling (2005), a qualidade dos corpos dgua funo do uso e ocupao do solo na bacia hidrogrfica, destacando a ocupao urbana como o fator mais impactante. Grandes centros urbanos so responsveis pela gerao e lanamento de esgotos sanitrios e efluentes industriais brutos, parcialmente ou inadequadamente tratados e, at mesmo no tratados, de guas pluviais contaminadas pela lavagem da atmosfera, arraste e dissoluo de toda sorte de substncias expostas ao contato com as precipitaes e escoamentos superficiais gerados, alm de resduos slidos de toda espcie, parte dos quais, arrastados para as guas superficiais em decorrncia de sua inadequada disposio, manejo ou tratamento. A Tabela 1.2, lista as principais fontes de poluentes, conjuntamente com seus efeitos poluidores mais representativos, segundo o ltimo autor citado. Um elemento fundamental para a avaliao dos recursos hdricos do ponto de vista qualitativo, passa necessariamente pelo conhecimento das cargas poluentes que so geradas nas bacias hidrogrficas, e que traduzem as presses que se exercem sobre as massas de gua em resultado das diferentes atividades socioeconmicas que existem no territrio. A par das condies naturais existentes nas bacias, so estas

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presses que determinam o estado da qualidade das massas de gua, e do conseqente impacto que esse estado pode causar na sade pblica ou nos ecossistemas. Alguns micropoluentes orgnicos, como por exemplo, os pesticidas, o DDT e os PCB, so bem conhecidos, incluindo o seu impacto no ambiente. No entanto, o risco destas substncias extremamente difcil de quantificar, pois, os efeitos biolgicos da maioria delas so ainda mal conhecidos e a sua presena ocorre em geral a nveis to baixos que torna difcil a sua determinao analtica. Alm disso, o seu comportamento no meio aqutico em termos de adsoro, degradao e bioacumulao tambm mal conhecido. Muitos dos micropoluentes orgnicos foram sujeitos a restries ou mesmo banidos em diversos pases nos ltimos vinte ou trinta anos. Sob essa nova perspectiva, dependendo dos nveis de poluio dos mananciais utilizados, os sistemas convencionais de tratamento de gua, contemplando as etapas de coagulao, floculao, sedimentao, filtrao e desinfeco, seriam insuficientes para tornar a gua de qualidade segura para consumo humano. Segundo Ferreira Filho e Marchetto (2006), projetos de estaes de tratamento de gua (ETA) tm considerado como principais objetivos a otimizao dos processos de remoo de material particulado e cor aparente, bem como a produo de gua segura do ponto de vista microbiolgico e qumico. Nesse contexto, com relao ao aspecto qualitativo, historicamente, os mananciais empregados para abastecimento pblico sempre foram escolhidos de modo a possibilitar que as ETAs fossem do tipo convencional ou de variantes mais simplificadas (filtrao direta). Como a maioria dos sistemas produtores de gua no Brasil foi concebida a 30 ou mais anos, natural que as tecnologias implantadas enfrentem dificuldades para a incluso de etapas adicionais, adequadas remoo de contaminantes antes desconhecidos ou inquantificveis. Os mesmos autores sugerem que a produo de gua potvel a partir de mananciais eutrofizados potencializa os problemas e desafios a serem enfrentados pelos profissionais do setor, especialmente para ETAs j existentes, que devem adequar-se a uma nova viso multi-objetivo, tanto no projeto, quanto na operao, conforme ilustrado na Figura 1.2.


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Tabela 1.2 Principais agentes poluidores das guas (adaptado de VON SPERLING, 2005)

+++: muito;

++: mdio;

+: pouco

Figura 1.2 Funes multi-objetivos envolvidas no projeto e operao de ETAs, segundo Ferreira Filho e Marchetto (2006).

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Contaminantes na gua Potvel: Perigos e Aspectos da LegislaoAtualmente, segundo Rebouas (1999), nas reas onde j ocorre desenvolvimento industrial significativo, a condio de proporcionar gua de qualidade segura s populaes apresenta-se, com freqncia crescente, muito difcil, em face da quase impossibilidade de eliminao dos micropoluentes presentes nas guas pelos mtodos e sistemas convencionais de tratamento. Elementos extremamente txicos como o mercrio, o cdmio e o chumbo s podem ser removidos por sistemas de tratamento especialmente projetados e operados para essa finalidade. Da mesma maneira, os micropoluentes orgnicos sintticos, tais como os organofosforados e organo-clorados, compostos benznicos, fenlicos, steres do cido ftlico, aromticos polinucleares, no so removidos pelos sistemas tradicionais de tratamento de gua proveniente de mananciais que recebem efluentes industriais. Nessas condies, a definio dos padres de potabilidade, ou de qualidade da gua de beber, torna-se tarefa muito complexa, que exige pessoal cada vez mais qualificado e recursos tecnolgicos/laboratoriais cada dia mais avanados e caros. Segundo Vieira e Morais (2005), nos ltimos anos tem-se assistido a uma preocupao crescente, a nvel mundial, no sentido de se considerar que os sistemas de abastecimento de gua, alm de satisfazerem aos padres de qualidade estabelecidos legalmente, devem apresentar nveis de desempenho que meream a confiana dos consumidores na qualidade da gua que lhes fornecida. Em abril de 2003, a Organizao Mundial de Sade organizou uma conferncia internacional em Berlim sobre Estratgias de Gesto de Riscos em gua para Consumo Humano, onde foram apresentados e discutidos os pressupostos tericos e as especificidades de aplicao prtica de ferramentas operacionais para a gesto de riscos em sistemas de abastecimento de gua, desenvolvendo o conceito de Plano de Segurana da gua para Consumo Humano, conforme assumido nas recentes recomendaes de WHO (2004). At meados do sculo XX, a qualidade da gua para consumo humano era avaliada essencialmente atravs das suas caractersticas organolpticas, tendo como base o senso comum de que se apresentasse lmpida, agradvel ao paladar e sem odor desagradvel. No entanto, este tipo de avaliao foi se revelando falvel em termos de proteo de sade


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pblica contra microrganismos patognicos e contra substncias qumicas perigosas presentes na gua. Tornou-se, assim, imperativo estabelecer normas paramtricas que traduzissem, de forma objetiva, as caractersticas que guas destinadas ao consumo humano deveriam obedecer. Em 1958 surgiu a primeira publicao da Organizao Mundial de Sade (OMS) dedicada especificamente a esse tema, sob o ttulo International Standards for Drinking-Water (com revises subseqentes em 1963 e em 1971), instituindo-se uma metodologia de verificao da conformidade das caractersticas da gua abastecida com valores numricos pr-estabelecidos (Normas), atravs de programas de amostragem do produto-final consumido. Na dcada de 1980 foram publicados os trs volumes da primeira edio da Guidelines for Drinking Water Quality (GDWQ): Vol. 1 Recommendations; Vol. 2 Health criteria and other supporting information; Vol. 3 Surveillance and control of community supplies. A segunda edio dos trs volumes das GDWQ foi publicada em 1993, 1996 e 1997, respectivamente. A OMS, atravs do primeiro volume da terceira edio das GDWQ (WHO, 2004), recomenda que as entidades gestoras de sistemas de abastecimento pblico de gua desenvolvam planos de segurana para garantir a qualidade da gua, incorporando metodologias de avaliao e gesto de riscos, bem como prticas de boa operao dos sistemas. Privilegia-se, assim, uma abordagem de segurana preventiva em detrimento da metodologia clssica de monitorao de conformidade de fim-de-linha, atravs de uma efetiva gesto e operao de mananciais de abastecimento, estaes de tratamento e sistemas de distribuio, garantindo a devida proteo da sade pblica. A ttulo de exemplo e numa descrio sucinta, referem-se os principais aspectos relacionados com cada um dos tipos de perigos a serem considerados, ainda, segundo Vieira e Morais (2005). Os perigos biolgicos esto geralmente associados presena na gua de microrganismos patognicos (bactrias, vrus e protozorios) e cianobactrias txicas que podem constituir ameaas para a sade. Muitos deles tm origem no manancial e podem ser reduzidos ou eliminados atravs de tcnicas de desinfeco adequadas, procedendose, para tal, escolha de um desinfetante adequado na fase de tratamento e garantia de doses residuais na distribuio e no armazenamento. Os perigos qumicos esto geralmente associados presena de substncias qumicas em concentraes txicas que podem ser nocivas para a sade. Estas substncias podem ocorrer naturalmente ou

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surgirem durante as operaes e os processos de tratamento e nas fases de transporte e reserva da gua. Existe um grande nmero de constituintes qumicos (orgnicos ou inorgnicos) que podem influenciar significativamente a qualidade da gua. Dependendo da sua toxicidade, podem causar graves perturbaes de sade em curto prazo (no caso de substncias de toxicidade aguda muito elevada), gerar doenas crnicas (no caso de substncias de baixa toxicidade aguda consumidas diariamente durante longos perodos de tempo) ou, embora no constituindo perigo direto para a sade, interferir nas caractersticas organolpticas da gua. Em particular, deve ter-se especial ateno ocorrncia de subprodutos da desinfeco, em resultado da reao entre as substncias utilizadas na eliminao de microrganismos patognicos e a matria orgnica de origem natural, eventualmente presente na gua bruta. Os perigos fsicos esto geralmente associados s caractersticas estticas da gua, tais como cor, turbidez, sabor e odor. So caractersticas de apreciao imediata, susceptveis de levar os consumidores a questionar a qualidade e a segurana da gua, podendo, embora, no significar um perigo direto para a sade humana. Inversamente, uma gua de boa aparncia esttica no significa, necessariamente, que seja adequada para consumo. Constituem exemplos de perigos fsicos a presena de sedimentos, de materiais incorporados gua pela passagem por tubulaes, reservatrios e equipamentos, alm de biofilmes. Estes ltimos podem, tambm, criar condies para o aparecimento de microrganismos patognicos, fomentar zonas de biocorroso e consumir cloro residual. A garantia da qualidade da gua para abastecimento pblico destinada ao consumo humano est intimamente relacionada com a proteo da respectiva fonte de gua bruta. A gesto das causas de contaminao das guas naturais traduz-se na disponibilidade de uma gua com menor grau de contaminao, o que, para alm de garantir maior segurana na qualidade da gua fornecida aos consumidores, implica menor esforo no seu processo de tratamento. Com efeito, quanto menos poluda for a gua afluente a uma estao de tratamento, menos extensivos e dispendiosos sero os meios necessrios salvaguarda da sade pblica: a uma menor quantidade de produtos qumicos utilizados corresponde uma reduo na formao de subprodutos do tratamento e um benefcio econmico e ambiental decorrente da minimizao de custos operacionais, do consumo de recursos e da produo de resduos.


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A compreenso das razes pelas quais ocorrem alteraes da qualidade da gua bruta muito importante, pois elas podem influenciar os nveis de tratamento exigidos e, por conseguinte, todo o processo de produo de gua para consumo humano. Geralmente, esta qualidade influenciada por fatores naturais e antropognicos. Nos primeiros incluem-se a vida selvagem, o clima, a topografia, a geologia e a vegetao. Os fatores antropognicos resultam, normalmente, na descarga de contaminantes indesejados sob duas formas: pontual (guas residuais municipais e industriais) ou difusa (drenagem urbana e de atividades agropecurias). A legislao que estabelece os procedimentos e responsabilidades relativas ao controle e vigilncia da qualidade da gua para consumo humano no Brasil a Portaria MS 518/2004, do Ministrio da Sade. Antes mesmo da promulgao da Constituio Federal de 1988, o decreto federal n 79.367 de 9/3/1977 atribua ao Ministrio da Sade competncia para elaborar normas sobre o padro de potabilidade da gua, a serem observadas em todo o territrio nacional. Desde ento o Ministrio da Sade sancionou 4 portarias que dispe sobre potabilidade de gua para consumo humano: Portaria 56Bsb/1977, Portaria 36GM/ 1990, Portaria 1469/2000 e Portaria MS 518/2004 (BRASIL, 2004), esta ltima idntica Portaria 1469/2000, exceo de prazos para adaptao e alguns quesitos tcnicos. A Portaria MS 518/2004 trouxe diversos avanos em relao Portaria 36GM/1990, destacando-se: a incorporao do princpio da descentralizao das aes do SUS; viso sistmica da qualidade da gua; definio clara de deveres e responsabilidades de cada esfera de governo e dos responsveis pela produo e distribuio de gua e principalmente a garantia ao consumidor do direito informao sobre a qualidade da gua a ele oferecida, seja pelos sistemas e solues alternativas de abastecimento de gua ou pelo setor sade. A Portaria MS 518/2004 atribui deveres e obrigaes para diferentes nveis governamentais, sendo que as secretarias municipais de sade tm o papel de exercer a vigilncia da qualidade da gua. Sendo assim, segundo a Portaria, a secretaria de sade do municpio deve verificar, continuamente, se a gua fornecida populao atende aos padres de qualidade. A atividade de vigilncia da qualidade da gua para consumo humano envolve desde a avaliao do grau de risco que os sistemas representam sade pblica em funo da origem da gua, do tratamento dado a essa gua e dos procedimentos adotados em todo o

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processo at a verificao de queixas e denncias feitas pelos consumidores em relao gua. Para que todo este processo funcione de forma eficaz e permanente, a legislao prev uma srie de aes que devem ser implementadas pelas autoridades responsveis. A autoridade municipal de sade tem a responsabilidade de desenvolver, entre outras aes: Monitoramento da qualidade da gua, que engloba atividades como elaborar um plano prprio de amostragem e receber e analisar, mensalmente, os relatrios encaminhados pelos responsveis pelo controle da qualidade da gua (empresas de abastecimento); Identificao, cadastramento e inspeo peridica de todas e quaisquer formas de abastecimento de gua coletivas ou individuais na rea urbana e rural, incluindo os poos que atendam a um nico domiclio; Informaes para a populao sobre a qualidade da gua e os riscos sade associados ao seu consumo, mantendo registros atualizados sobre as caractersticas da gua distribuda, sistematizados de forma compreensvel populao e disponibilizados para pronto acesso e consulta pblica; Atuao junto aos responsveis pelo fornecimento de gua (empresas que operam sistemas de abastecimento ou solues alternativas) exigindo a correo de situaes irregulares (no conformidades); Estruturao de canais para o recebimento de queixas referentes s caractersticas da gua e estabelecimento de procedimentos para as providncias necessrias. J as atividades de controle da qualidade da gua para consumo humano competem aos responsveis pela operao do sistema de abastecimento ou da soluo alternativa de abastecimento, que devem assegurar que a gua fornecida populao apresente qualidade compatvel com os padres estabelecidos na legislao. Todo processo operacionalizado para tornar a gua potvel e garantir que esta condio seja mantida at a chegada aos domiclios de responsabilidade da empresa de abastecimento pblico. Para que este conceito fique claro, deve-se ter em mente que a gua fornecida aos consumidores nada mais do que um produto, que obtido atravs de um processo de tratamento da gua disponvel na natureza. Este processo composto de sucessivas etapas que tornam a gua segura para o consumo humano, obedecendo


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aos padres de potabilidade. Entre as aes que as empresas responsveis pelo abastecimento de gua devem fazer para cumprir com as determinaes da Portaria MS 518/2004, destacam-se:

Operar e manter o sistema de abastecimento de gua potvel emconformidade com as normas tcnicas aplicveis publicadas pela ABNT e com outras normas e legislaes pertinentes; Manter e controlar a qualidade da gua distribuda, que implica em realizar anlises laboratoriais da gua, em amostras provenientes das diversas partes que compem o sistema de abastecimento; capacitar e atualizar tecnicamente os profissionais do sistema e controle da qualidade da gua, realizar o controle operacional das unidades de captao, aduo, tratamento, reserva e distribuio, entre outras aes; Encaminhar autoridade de sade pblica, relatrios mensais com informaes sobre o controle da qualidade da gua, segundo modelo estabelecido pela referida autoridade; Fornecer a todos os consumidores informaes sobre a qualidade da gua; Comunicar, imediatamente, autoridade de sade pblica e informar, adequadamente, populao a deteco de qualquer anomalia operacional no sistema ou problema com a qualidade da gua tratada, identificada como de risco sade; Manter mecanismos para recebimento de queixas referentes s caractersticas da gua, para a adoo das providncias pertinentes; Promover, em conjunto com os rgos ambientais e gestores de recursos hdricos, as aes cabveis para a proteo do manancial de abastecimento e de sua bacia contribuinte, assim como efetuar o controle das caractersticas das suas guas, notificando imediatamente a autoridade de sade pblica sempre que houver indcios de risco sade ou sempre que as amostras coletadas apresentarem resultados em desacordo com os limites ou condies estabelecidas na legislao vigente.

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Tecnologias de Manejo e TratamentoSegundo Bursill (2001), o tratamento de gua para consumo humano deve ter como metas: Garantir a produo de gua segura; Proporcionar gua esteticamente agradvel; Assegurar que a tecnologia empregada no causar a presena de compostos indesejveis aps o tratamento. Existem vrias alternativas tecnolgicas para que essas metas sejam alcanadas, porm, com a contnua investigao cientfica sobre a soluo de problemas especficos de qualidade da gua de mananciais e a descoberta de potenciais novos contaminantes e sub-produtos do prprio tratamento, tais conceitos podem sofrer mudanas e provocarem diferentes pontos de vista por parte dos pesquisadores e especialistas envolvidos com a questo. Ainda sob a tica de Bursill (2001), a meta especfica de produo de gua segura, deve ater-se aos seguintes objetivos: Qualidade microbiolgica; Subprodutos da desinfeco (SPD); Toxinas de cianobactrias; Pesticidas e outros micropoluentes orgnicos antropognicos; Chumbo, arsnico e outras substncias txicas inorgnicas; Desautores endcrinos qumicos e farmacuticos. Quanto a aspectos estticos e organolpticos da gua o autor comenta que sua garantia facilitada pelo alto grau de conhecimento j desenvolvido sobre o assunto, porm, com grande influncia nos custos do tratamento a ser implementado, dependendo de cada situao especfica. Sempre existir o risco de problemas secundrios gerados pelo uso de produtos qumicos durante o tratamento e/ou inter-relaes entre os possveis contaminantes presentes na gua, provocando dificuldades no alcance da terceira meta, onde os principais problemas so listados: SPDs; Residuais de produtos qumicos: Alumnio, ferro, cloro, mangans, polieletrlitos, etc; Corrosividade; Gerao de biofilmes dos dispositivos de distribuio da gua; Gosto e odor.


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A proteo da qualidade da gua na bacia hidrogrfica e na captao constitui-se na primeira barreira de proteo da qualidade da gua no sistema de abastecimento. Nas situaes em que a gesto da fonte de gua esteja fora da jurisdio da entidade gestora do sistema, o planejamento e a aplicao de medidas de controle requer a coordenao com quem exerce essa autoridade. Pode no ser possvel, de incio, aplicar todos os aspectos relacionados com a proteo da fonte de gua, mas esta abordagem pode contribuir para sensibilizar os diversos atores institucionais com atividade na bacia para uma gesto integrada da gua, pressupondo uma responsabilizao solidria na proteo da sua qualidade e na preveno de riscos de poluio. As medidas de controle a serem estabelecidas para a proteo dos mananciais de abastecimento, segundo Vieira e Morais (2005), devem ter em conta a caracterizao de riscos e podem incluir, entre outros, os elementos destacados abaixo: Na bacia hidrogrfica: Proibies e limitaes aos usos do solo; Registro de produtos qumicos utilizados na bacia hidrogrfica; Especificaes de proteo especial para indstrias qumicas; Mistura / desestratificao de represas para reduzir o crescimento de cianobactrias ou para reduzir a zona anxica do hipolmio e a solubilizao de ferro e mangans dos sedimentos; Controle das atividades humanas dentro das fronteiras da bacia hidrogrfica; Controle das descargas de guas residuais; Aplicao de normas regulamentares ambientais para o licenciamento de atividades poluentes; Fiscalizao regular na bacia hidrogrfica; Proteo de nascentes; Interceptao de escoamentos superficiais; Preveno de atividades poluidoras clandestinas. Nos reservatrios de gua bruta e rea de captao:

Garantia de capacidade de armazenamento de gua disponveldurante perodos de seca; Localizao e proteo adequadas da captao; Escolha apropriada da profundidade de captao em represas; Implantao de barreiras que minimizem a entrada de algas e cianobactrias;

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Sistemas de segurana contra intruso; Sistemas de segurana para prevenir atividades clandestinas; Minimizao de tempos de deteno para prevenir crescimentoanormal de algas;

Garantia de impermeabilizao adequada dos reservatrios de guabruta;

Estabelecimento de programas de limpeza para remoo de matriaorgnica. Aps a proteo da fonte, a barreira seguinte que surge no diagrama de fluxo de um sistema de abastecimento para impedir a deteriorao da qualidade da gua constituda pelo conjunto de operaes e processos de tratamento a que a gua submetida. Como referido anteriormente, a complexidade do esforo de tratamento necessrio diretamente proporcional contaminao da gua bruta. O tratamento de cursos de gua corrente constitui normalmente um desafio permanente adaptao operacional das estaes de tratamento, de modo a produzir gua para abastecimento pblico a partir de guas com qualidade varivel ao longo do ano. O conjunto de operaes a que geralmente se designa por tratamento convencional (coagulao, floculao, sedimentao e filtrao) constitui a base dos esquemas geralmente utilizados para tratar estas guas superficiais, podendo-se, em alguns casos, investigar-se o potencial de emprego da filtrao lenta, contemplando etapas de pr-tratamento como de filtrao em mltiplas etapas (FiME), da flotao e processos de separao em membranas. As guas de lagos e represas, por apresentarem uma prsedimentao natural e uma qualidade mais uniforme durante o ano, podem contemplar etapas de tratamento mais simplificadas, como as de filtrao lenta e variantes da filtrao direta. Para remoo de compostos causadores de odor e sabor freqentemente utilizado o carvo ativado (na forma granular ou em p) associado, ou no, ao uso de oxidantes. O estabelecimento de um sistema organizado para o tratamento de guas superficiais, mais do que cincia uma arte na interligao de operaes e processos, atendendo s caractersticas de qualidade da gua bruta. Em termos gerais, um sistema de tratamento pode incluir um pr-tratamento e o tratamento propriamente dito. O pr-tratamento contempla operaes prvias, podendo incluir a


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aerao, o uso de pr-oxidantes, filtros grosseiros, micropeneiras, reservatrios de gua bruta, filtrao em margem e aplicao de carvo ativado em p, com ou sem a incluso de tanques de contato. As opes de pr-tratamento devem ser compatveis com os processos de tratamento seguintes, os quais podem apresentar complexidade varivel, desde a filtrao lenta at filtrao com uso de membranas. O pr-tratamento pode reduzir ou estabilizar cargas de matria orgnica natural e microbiolgica. As operaes e os processos de coagulao, floculao, sedimentao ou flotao e filtrao promovem a remoo de partculas, substncias e elementos dissolvidos e microrganismos patognicos. Alm disso, deve prevenir o crescimento microbiolgico, a corroso dos materiais, a formao de biofilmes e depsitos na rede de distribuio, alm de promover o devido tratamento aos resduos gerados (lodos), evitandose, no caso da presena de cianobactrias, a ocorrncia do lise celular com a conseqente liberao de toxinas gua em tratamento ou s guas reaproveitadas dessas operaes. A garantia de produo de gua para abastecimento, dentro dos padres de potabilidade, torna-se tarefa complexa que exige pessoal cada vez mais qualificado e recursos tecnolgicos/laboratoriais cada dia mais avanados e caros. Apresentam-se, a seguir, as Tabelas 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 e 1.7 que contemplam alguns contaminantes de origem natural, urbana e decorrente de atividades agrcolas e industriais, alm de subprodutos da desinfeco, cianobactrias e cianotoxinas, seus limites (WHO, 2004 e BRASIL, 2004) e eficincias obtidas por diversas tcnicas de tratamento.

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Tabela 1.3 Eficincias de tratamento obtidas sobre compostos qumicos de origem natural para os quais foram estabelecidas recomendaes limites (adaptado de WHO, 2004)

P: valores recomendados provisoriamente, com evidncias de perigo, no entanto, a informao disponvel sobre os efeitos na sade humana limitada; C: concentraes dessa substncia, mesmo abaixo do limite recomendado, pode afetar a aparncia e causar problemas de gosto e odor. Esta tabela inclui somente aqueles produtos qumicos que possuem dados disponveis. As lacunas em branco na tabela indicam que o processo completamente ineficaz ou que no h dados disponveis sobre a eficincia do processo. Para os processos mais efetivos, a tabela indica a concentrao do produto qumico, em mg/L, que podem ser alcanados. Significado dos smbolos: + : Limite de remoo; ++: 50% ou mais de remoo; +++: 80% ou mais de remoo


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Tabela 1.4 Eficincias de tratamento obtidas sobre compostos qumicos de atividades agrcolas para os quais foram estabelecidas as recomendaes limites (adaptado de WHO, 2004)

P: valores recomendados provisoriamente, com evidncias de perigo, no entanto, a informao disponvel sobre os efeitos na sade humana limitada. Esta tabela inclui somente aqueles produtos qumicos que possuem dados disponveis. As lacunas em branco na tabela indicam que o processo completamente ineficaz ou que no h dados disponveis sobre a eficincia do processo. Para os processos mais efetivos, a tabela indica a concentrao do produto qumico, em mg/litro, que podem ser alcanados. Significado dos smbolos: +: Limite de remoo; ++: 50% ou mais de remoo; +++ : 80% ou mais de remoo.

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Tabela 1.5 Eficincias de tratamento obtidas sobre produtos qumicos derivados da indstria e de reas urbanas para os quais foram estabelecidas recomendaes limites (adaptado de WHO, 2004)

P: valores recomendados provisoriamente, com evidncias de perigo, no entanto, a informao disponvel sobre os efeitos na sade humana limitada. Esta tabela inclui somente aqueles produtos qumicos que possuem dados disponveis. As lacunas em branco na tabela indicam que o processo completamente ineficaz ou que no h dados disponveis sobre a eficincia do processo. Significado dos smbolos: + : Limite de remoo / ++ : 50% ou mais de remoo / +++ : 80% ou mais de remoo


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Tabela 1.6 Valores recomendados e valores mximos permitidos para produtos qumicos usados no tratamento de gua e sub-produtos da desinfeco (adaptado de WHO, 2004)

a

(1): Cloro na forma livre. Anlise exigida de acordo com o desinfetante utilizado. P : valores recomendados provisoriamente, com evidncias de perigo, no entanto, a informao disponvel sobre os efeitos na sade humana limitada; A : valor provisionado porque o valor calculado recomendado est abaixo do nvel de quantificao prtica; C : concentraes dessa substncia, mesmo abaixo do limite recomendado, pode afetar a aparncia e causar problemas de gosto e odor; T : valor provisionado porque o valor calculado recomendado est abaixo do nvel que pode ser alcanado atravs de mtodos de tratamento prticos, controle da fonte, etc. Tabela 1.7 Eficincias de tratamento obtidas sobre cianobactrias e cianotoxinas para os quais foram estabelecidas recomendaes limites (adaptado de WHO, 2004)

Notas: clorao ou ozonizao podem liberar cianotoxinas; +++: 80% ou mais de remoo. Esta tabela inclui somente aqueles produtos qumicos que possuem dados disponveis. As lacunas em branco na tabela indicam que o processo completamente ineficaz ou que no h dados disponveis sobre a eficincia do processo.

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Foco dos Projetos de Pesquisa da Rede do Tema 1 do 4 Edital do PROSABOs projetos de pesquisa desenvolvidos pela rede do Tema 1 do Prosab incluem diversas tcnicas de tratamento de gua, estudadas em escala de bancada e instalaes piloto, sob o ttulo geral: Tratamento de guas superficiais visando a remoo de microalgas, cianobactrias e microcontaminantes orgnicos potencialmente prejudiciais sade, com destaque s cianotoxinas. Dela participaram sete instituies coordenadoras, entre outras colaboradoras, incluindo parcerias com as companhias de saneamento locais. A seguir, apresenta-se de forma resumida os principais temas envolvidos nas pesquisas, cujos resultados fazem parte dos diversos captulos da presente publicao. EESC USP / Departamento de Hidrulica e Saneamento Ttulo do projeto: Remoo de clulas e subprodutos de cianobactrias por dupla filtrao, oxidao e adsoro. Objetivo geral: Avaliao da remoo de Microcystis spp. e subprodutos gerados, presentes em guas de estudo, em experimentos em bancada e em instalao piloto, nos processos que envolvem a dupla filtrao com filtro ascendente de pedregulho, precedida ou no de oxidao, alm do emprego de adsorvedores como carvo ativado em p e granular. EPUSP USP / Departamento de Engenharia Hidrulica e Sanitria Ttulo do projeto: Membranas Objetivo geral: Estudar os processos de separao por membranas para tratamento de gua de mananciais contaminados com micropoluentes. IPH - UFRGS Ttulo do projeto: Caracterizao e Tratamento de guas com Presena de Algas e de Cianobactrias Objetivo geral: Estudar medidas prticas e de baixo custo, passveis de implantao em sistemas de produo de guas de abastecimento a partir de guas com problemas provocados por floraes de fitoplncton (algas e cianobactrias), com vistas caracterizao e tratamento.


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UFMG Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental Ttulo do projeto: Remoo de cianobactrias e microcontaminantes orgnicos no manancial e estao de tratamento da gua. Objetivo geral: Avaliar tcnicas de preveno da afluncia de cianobactrias a estaes de tratamento de gua e a eficincia da remoo de clulas de cianobactrias e microcontaminantes orgnicos. UFSC Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental Ttulo do projeto: Filtrao em margem como pr-tratamento filtrao direta para remoo de microalgas, cianobactrias e cianotoxinas Objetivo geral: Estudar a filtrao em margem como prtratamento filtrao direta e comparar com a pr e ps oxidao para remoo de microalgas, cianobactrias e cianotoxinas de um manancial eutrofizado. UnB Departamento de Engenharia Civil e Ambiental / UFG Escola de Engenharia Civil / UFRJ - Instituto de Biofsica Carlos Chagas Filho Ttulo do projeto e objetivo geral: Remoo de cianobactrias, cianotoxinas e pesticidas por 3 diferentes tcnicas de tratamento: filtrao lenta, sedimentao e carvo ativado em p UNESP Ilha Solteira Departamento de Engenharia Civil Ttulo do projeto: Remoo de algas e cianobactrias utilizando filtrao em mltiplas etapas, com o uso de carvo ativado granular e mantas no texturizadas Objetivo geral: Avaliar a remoo de algas e cianobactrias de lagos e represas eutrofizadas utilizando a filtrao em mltiplas etapas, com pr-filtros dinmico e de pedregulho em fluxo ascendente, filtros lentos com diversos arranjos dos materiais filtrantes e polimento em coluna de carvo ativado.

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Referncia BibliogrficaBRASIL, 2004. Portaria n 518 de 25 de maro de 2004 do Ministrio da Sade. Estabelece procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilncia da qualidade da gua para consumo humano e seu padro de potabilidade, e das outras providncias. BURSILL, D. Drinking Water Treatment Understanding the Processes and Meeting the Challenges, Water Science and Technology: Water Supply, Vol 1, n. 1, p. 1-7, IWA Publishing and the authors, 2001. CAMPINAS, M., TEIXEIRA, M. R., LUCAS, H., ROSA, M. J. - Previso da Capacidade de Remoo de Cianobactrias e Cianotoxinas na ETA de Alcantarilha - Actas do 10 Encontro Nacional de Saneamento Bsico. Associao Portuguesa de Saneamento Bsico, Universidade do Minho, Setembro 2002.o ENLEGEN, G. B. A system approach to water quality. Quality of Ground Water Proceed. Intl. Symp. Studies in Environmental Sciences, Netherlands, v. 17, p. 1-15, 1981. FERREIRA Filho S. S., MARCHETTO, M. Otimizao Multi-Objetivo de Estaes de Tratamento de guas de Abastecimento: Remoo de Turbidez, Carbono Orgnico e Gosto e Odor Revista de Engenharia Sanitria e Ambiental, Vol 11, n. 1, pp 7-15, jan/mar, 2006. FREITAS, M. B.; FREITAS, C. M. - A vigilncia da qualidade da gua para consumo humano desafios e perspectivas para o Sistema nico de Sade. In: Cincia & Sade Coletiva. Vol. 10, no. 4. Rio de Janeiro, Oct./Dec. 2005. HRUDEY, S. E., BURCH, M., DRIKAS, M., GREGORY, R. - Remedial Measures, in Toxic Cyanobacteria in Water, editado por Ingrid Chorus e Jamie Bartram, London e New York, E & FN SPON, 1999, pp. pp 275-306. REBOUAS, A. C. Estratgias para se Beber gua Limpa O Municpio no sculo XXI: Cenrios e Perspectivas, Desenvolvimento e Ambiente, pp 199-215, 1999. USEPA, Guidelines for Water Reuse. Technology Transfer Manual. N. EPA/625/R-92/004, Washington, DC, 1992. VIEIRA, J. M. P. e MORAIS, C. - Planos de Segurana em Sistemas Pblicos de Abastecimento de gua para Consumo Humano, Instituto Regulador de guas e Resduos, Universidade do Minho, 2005 von SPERLING, M. Viso integrada do saneamento por bacia hidrogrfica e o monitoramento da sua qualidade. In: Andreoli, C. V.; Willer, M. (Eds.) Gerenciamento do Saneamento em Comunidades Planejadas. Srie Cadernos Tcnicos Alphaville, 1. So Paulo, Alphaville Urbanismo S.A, p. 42-57, 2005. WORLD HEALTH ORGANIZATION - Guidelines for Drinking-Water Quality vol. I Recommendations 4th Ed., 2004, Geneve, Switzerland.

Cap. 2 Fundamentos Biolgicos e Ecolgicos Relacionados as Cianobactrias

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Captulo 2

Fundamentos Biolgicos e Ecolgicos Relacionados as CianobactriasBeatriz Suzana Ovruski de Ceballos, Sandra Maria Feliciano de Oliveira e Azevedo; Maria Mercedes de Almeida Bendate

Consideraes GeraisDesde a metade do sculo XX se reconhece a poluio e a introduo de macronutrientes (nitrognio e fsforo) nos corpos hdricos como a principal causa da eutrofizao e das conseqentes alteraes da qualidade da gua, que se relacionam com a sade pblica. Aproximadamente, 30 a 50 % dos ambientes aquticos continentais ao redor do mundo esto eutrofizados, com maiores registros naqueles situados em locais prximos a centros urbanos e de reas agrcolas, onde as descargas de nitrognio e fsforo, nutrientes essncias aos organismos auttrofos, so mais intensas (TUNDISI e TUNDISI, 1992). A florao de espcies fitoplanctnicas, ou "blooms" uma das conseqncias da eutrofizao que se caracteriza pelo crescimento exuberante de microalgas ou de cianobactrias, sendo nas ltimas dcadas observada a dominncia destas ltimas. As floraes so eventos de multiplicao e acumulao de cianobactrias e microalgas, seja durante horas ao longo do dia ou com maior durao, havendo registros, em lagos e represas, com floraes durante vrios meses (AZEVEDO et al, 1994). So cada vez mais freqentes as floraes de cianobactrias em ambientes aquticos lnticos continentais de clima tropical, onde as temperaturas elevadas parecem estimular seu desenvolvimento, embora se observe tambm nos rios, no mar e nos esturios, das mais diversas regies do mundo, independente do clima (ESTEVES, 1998; BOUVY et al. 1999; HUSZAR et al. 2000). As floraes alteram a cor da gua e conferem aspecto desagradvel ao corpo aqutico. As cianobactrias ali presentes podem produzir

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toxinas potentes (cianotoxinas) que causam intoxicaes agudas ou crnicas, com conseqncias nem sempre bem conhecidas (Ministrio da Sade/FUNASA, 2003). H registros de mortes de animais e seres humanos em poucas horas, ou at aps meses de ingesto continua de gua com essas toxinas, enquanto outras causam somente irritaes na pele aps contato (CARMICHAEL, 1992). Diversas espcies potencialmente txicas j foram identificadas enquanto em outras, at hoje, no foram identificas linhagens produtoras de toxinas. Linhagens (ou cepas) de uma mesma espcie podem ou no produzir cianotoxinas, em diferentes condies ambientais. Sant'Anna e Azevedo (2000) relatam a ocorrncia de 20 espcies de cianobactrias potencialmente txicas, distribudas em 14 gneros, isolados de diferentes ambientes aquticos brasileiros, at 1999. Alguns estudos com camares, mexilhes e peixes em diferentes partes do mundo sugerem a ocorrncia de acumulao de cianotoxinas na cadeia alimentar. Entretanto, no fcil estimar os riscos dessa acumulao para os seres humanos, para as cadeias trficas e seu efeito no equilbrio dos ecossistemas (FALCONER et al, 1996; MAGALHES et al, 2001).

Diversidade das Cianobactrias e Aspectos FisiolgicosDenominadas anteriormente como algas azuis, cianofceas, Myxophyta ou cianoprocariotes, as cianobactrias constituem um grupo muito antigo de organismos fotoautotrficos, com registros fsseis que remontam h cerca de 3,5 bilhes de anos (Figura 2.1) (CARMICHAEL, 1994, BLACK, 1999). Foram encontrados microfsseis de cianobactrias na Austrlia, nos Estados Unidos (Estado de Montana) e na formao Lakhanda, no leste da Sibria (Paleolyngbya), com idade calculada em 930 milhes de anos, e tambm no Brasil, com destaque no Estado de Minas Gerais. A Portaria do Ministrio da Sade 518/2004, no Artigo 4, define cianobactrias como: "...microorganismos procariticos autotrficos, tambm denominados como cianofceas (algas azuis), capazes de ocorrer em qualquer manancial superficial especialmente naqueles com elevados nveis de nutrientes (nitrognio e fsforo), podendo produzir efeitos adversos sade".


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Figura 2.1 Microfsseis do pr-cambriano tardio, com mais de 950 milhes de anos (A) Massas de paleobactrias crescidas em estromatlitos fsseis (depsitos ancestrais de bactrias) no oeste de Austrlia; (B) Seo de estromatlitos fsseis, mostrando camadas horizontais de bactrias. Montana; (C) Paleolygnbia cianobactria filamentosa isolada da formao Lakhanda, no leste de Sibria (BLACK, 1996).

As cianobactrias so organismos aerbios, que requerem para seus processos vitais gua, dixido de carbono, substncias inorgnicas e luz. A fotossntese seu principal modo de obteno de energia para os processos metablicos de biosntese, crescimento e multiplicao, produzindo oxignio molecular. Provavelmente foram os primeiros produtores primrios de matria orgnica a liberarem este gs na atmosfera primitiva causando sua transformao, originalmente com teores mais elevados de gs carbnico, na condio atual, mais rica em oxignio (CARMICHAEL, 1994). Suas clulas tm ultra-estrutura procaritica, isto , o ncleo celular no se apresenta revestido por uma membrana, como nas clulas eucariticas e, portanto, sua estrutura mais prxima s bactrias. O citoplasma no possui organelas e as clulas de cianobactrias no apresentam estruturas mveis, como os flagelos, presentes nas bactrias. O processo reprodutivo sempre assexuado, sendo geralmente por fisso binria da clula (REYNOLDS, 1997). Colonizam uma grande diversidade de habitats, incluindo espcies de guas continentais, de ambientes marinhos e at em ambientes

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polares, assim como solos midos. Podem se desenvolver aderidas a substratos diversos, como rvores e paredes de edifcios. Entretanto, nas guas doces dos ambientes continentais onde seu desenvolvimento chega a ser abundante, devido maioria das espcies apresentarem melhor crescimento em guas neutras a alcalinas (pH 6 a 9), temperatura entre 15 a 30C e alta concentrao de nutrientes, principalmente nitrognio e fsforo. Embora hoje sejam mais conhecidas pela sua capacidade de sintetizar toxinas potentes, existem espcies benficas e de aplicao biotecnolgica (FALCH et al, 1992). As observaes e descries iniciais da variada morfologia das cianobactrias so atribudas ao botnico Linneu, em 1755. Seu tamanho varia desde poucos micrometros (0,2 a 2 m, como membros do gnero Synechococcus) at 20 m ou mais. Apresentam formas diversas: arredondadas, ovides, cilndricas, estreladas e de meia lua, entre outras. Esses microrganismos podem apresentar nveis de organizao como unicelulares, coloniais ou filamentosos. A excreo de polissacardeos por algumas espcies, que formam um envoltrio em torno das clulas, caracteriza o revestimento conhecido como bainha (quando aberto) ou mucilagem (quando envolve completamente o tricoma ou colnia). So exemplos de gneros unicelulares (uma nica clula de vida livre) Synechococcus e Aphanothece; formam estruturas coloniais (clulas individuais agregadas pela mucilagem de polissacardeos) Microcystis, Gomphospheria e Merismopedium. Esses agregados dificultam a predao e facilitam a absoro de nutrientes e o crescimento. Dentre as formas filamentosas destacam-se Oscillatoria, Planktothrix, Anabaena, Cylindrospermopsis e Nostoc (REYNOLDS, 1997). Nas espcies filamentosas, a presena de heterocitos e acinetos (clulas diferenciadas para fixao de nitrognio e de resistncia), so um importante carter taxonmico dependendo de sua forma, nmero e posio. Algumas cianobactrias podem apresentar aertopos (vesculas gasosas), que permitem regular sua posio na coluna d'gua e, ao microscpio, so visualizados como corpos irregulares e refringentes, incolores ou com colorao marrom ou rosada. Essa caracterstica, diferencial em relao a outros organismos do fitoplncton, confere vantagem seletiva importante s espcies que as possuem e permite a formao de espessas camadas de cianobactrias na superfcie da gua, quando ocorre um evento de florao de superfcie. Essa capacidade de


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movimentao vertical na coluna de gua, de acordo com a disponibilidade de luz, de nutrientes e ausncia de predadores, lhes confere tambm proteo aos efeitos fotoxidantes e pode ser favorvel para seu rpido crescimento, causando, em conseqncia, floraes no corpo de gua As formas filamentosas apresentam menor capacidade de migrao vertical e se distribuem mais homogeneamente na coluna da gua (REYNOLDS, 1997; MOSS, 2000) As cianobactrias apresentam como pigmentos caractersticos clorofila-, ficobilinas (ficoeritrina, ficocianina e aloficocianina), xantofilas e carotenos, que participam da fotossntese como pigmentos acessrios e protegem a clula da fotoxidao (REYNOLDS, 1997). Fazem fotossntese oxignica, ou seja, com liberao de oxignio molecular, e esse processo metablico possvel pelo fato de possurem clorofila-, e os dois fotossistemas (fotossistemas I e II), de forma semelhante s algas e plantas superiores. A clorofila-a, de cor verde, geralmente fica mascarada pelos carotenides (-carotenos) e pelos outros pigmentos fotossintticos (ficobiliprotenas, ficocianina e aloficocianina, de cor azul, e ficoeritrina, vermelha). Os pigmentos fotossintticos esto dispostos em membranas denominadas tilacides (membranas especficas para a localizao dos pigmentos) e esses, por sua vez, se distribuem prximo s membranas celulares, no organizados em organelas definidas, como ocorre nos cloroplastos das algas e das plantas (REYNOLDS, 1997). No seu conjunto, os pigmentos normalmente conferem cor verde azulado s cianobactrias e capacidade de absoro da luz entre os comprimentos de onda de 500 a 650 nm do espectro eletromagntico, assim como facilitam seu desenvolvimento em ambientes que recebem diferentes comprimentos de ondas da luz incidente. As cianobactrias constituem o grupo maior e mais diverso dos microrganismos procariticos (GEITLER, 1932 apud CHORUS e BARTRAM, 1999), incluindo cerca de 150 gneros, com aproximadamente 2000 espcies. Sua identificao complexa, sendo a classificao taxonmica proposta por Bicudo e Menezes (2005), Komrek e Anagnostidis (1986, 1989, 2000), Anagnostidis e Komrek (1988) e Werner (2002), a mais adotada atualmente. Estes autores dividem o grupo em quatro ordens: Chroococcales, Oscillatoriales, Nostocales e Stignonematales (Tabela 2.1). O sistema proposto por esses autores baseia-se em caracteres morfolgicos, aspectos ecolgicos, fisiolgicos, bioqumicos e ultra-estruturais. Alm disso, a identificao e quantificao de cianobactrias em

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ambientes aquticos brasileiros foi recentemente abordada no trabalho de SantAnna et al. (2006), que apresenta algumas das principais espcies registradas no pas, com chave taxonmica e imagens para reconhecimento dos organismos.Tabela 2.1 Esquema simplificado das principais caractersticas das ordens da Diviso Cyanophyta, Classe Cyanophyceae, conforme classificao adotada por Bicudo e Menezes (2005), Kmarek e Anagnostidis (1986, 1989, 2000), Anagnostidis e Komrek (1988).

Fontes: Sphaerocavum brasiliensis aumento 200 X, Planktothrix isothrix aumento 400 X e Anabaena sp. aumento 200 X foram cedidos pelo DMAE (Departamento Municipal de gua e Esgoto de Porto Alegre-RS). Stigonema ocellatum, http://protist.i.hosei.ac.jp/pdb/Images/Prokaryotes/ Stigonemataceae/index.html


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Estudos moleculares podem constituir uma abordagem mais adequada para estabelecer relaes filogenticas entre os diferentes tipos de cianobactrias, com base em mtodos de seqenciamento de grandes molculas (16S rRNA, por exemplo), tcnicas de eletroforeses, hibridizao ou atravs de tcnicas imunolgicas. Entretanto, o uso prtico dessas informaes requer a associao desses caracteres com a taxonomia clssica (CHORUS e BARTRAM, 1999). As Figuras 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 e 2.6 correspondem a fotos de cianobactrias, algumas obtidas por pesquisadores do PROSAB 4, Tema 1, em amostras de fitoplncton dos reservatrios estudados e de culturas de laboratrio.

Figura 2.2 Colnias de Microcystis spp observadas em uma florao mista no Reservatrio do Funil RJ.

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Figura 2.3 Cultura de Microcystis obtida no Laboratrio da UFSC, sob aerao (100X), (PROSAB 4, Tema1- 2003)

Figura 2.4 - Cylindrospermopsis raciborskii de uma florao natural do reservatrio do Funil (RJ) e de uma cultura do Laboratrio da UNB - foto menor. (PROSAB 4 - Tema 1 -2004).


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Figura 2.5 Observao microscpica de uma florao por Cylindrospermopsis spp no estado de Pernambuco

Figura 2.6 Anabaena spp. isolada no reservatrio do Funil (RJ).

Eutrofizao e Floraes de Cianobactrias no BrasilUma provvel primeira observao de floraes de microalgas e de cianobactrias toxignicas um relato de mais de mil anos, da dinastia Han, na China, quando numa campanha militar, no sul do pas, vrios soldados morreram por envenenamento aps cruzarem e beberem gua

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de um rio de cor extremamente verde. No sculo XII, no sudoeste da Esccia, monges de um monastrio prximo ao lago Soulseat Loch tinham restries ao uso dessa gua pela sua forte cor verde, com sabor desagradvel e que j era associada com casos de intoxicao. Um dos primeiros registros cientficos foi feito somente no sculo XIX, sobre a intoxicao de animais domsticos por Francis (1878) apud Chorus e Bartram (1999) . A eutrofizao dos ambientes aquticos produzida pelas crescentes atividades antropognicas (descargas de esgotos domsticos e industriais dos centros urbanos e a poluio difusa das regies agricultveis), que provocam o enriquecimento artificial das guas naturais. Reconhece-se que a eutrofizao a principal causa do aumento da freqncia e intensidade das floraes de microalgas ou cianobactrias nos sistemas aquticos. O aumento da freqncia de floraes de cianobactrias ao redor do mudo, com espcies at ento restritas a regies especificas, pode estar indicando migraes aceleradas dessas espcies feita por aves ou gua de lastro de navios, entre outras causas, evidenciando uma adaptao fcil das espcies introduzidas em um novo habitat (YUNES, 2002). A eutrofizao artificial altera a qualidade da gua, incluindo a reduo de oxignio dissolvido, a perda das qualidades cnicas (alteraes das caractersticas estticas do ambiente e de seu potencial para lazer), a morte extensiva de peixes e o aumento da incidncia de floraes de microalgas e cianobactrias, com conseqncias negativas sobre a eficincia e custo de tratamento da gua para abastecimento pblico. Vrios gneros e espcies de cianobactrias que formam floraes podem produzir toxinas (cianotoxinas), as quais apresentam efeitos danosos para a biota aqutica e sade humana (AZEVEDO et al, 2005 a,b). A toxicidade de espcies de cianobactrias presentes nas floraes pode apresentar variao temporal, desde intervalos curtos de tempo at diferenas sazonais, e tambm espaciais, provavelmente decorrentes de alteraes na proporo de cepas txicas e no txicas na populao. Essas variaes de toxicidade nas cianobactrias ainda no foram devidamente esclarecidas, entretanto, destaca-se a ocorrncia cada vez mais freqente de floraes txicas. Tipicamente, cerca de 50% de todas as floraes testadas em diferentes pases mostram-se txicas em bioensaios (CARMICHAEL e GORHAM, 1981; SIVONEN et al., 1990;


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LAWTON e CODD, 1991; WATANABE et al., 1997; COSTA e AZEVEDO, 1994; CODD et al., 2005). Estudos ecofisiolgicos e limnolgicos sobre a formao de floraes evidenciam que a carga elevada de nutrientes, o tempo longo de reteno da gua, a estratificao e temperatura elevada so os principais fatores que influenciam na formao e na intensidade das floraes. No Brasil, este fenmeno intensificado pelo fato de que a maioria dos reservatrios de gua para abastecimento apresenta as caractersticas necessrias para o crescimento abundante de cianobactrias ao longo de todo o ano e vem sendo acelerado pela expanso da agroindstria em algumas regies nos ltimos 20 anos, destacando-se, por exemplo, no nordeste do pas, as monoculturas de cana de acar e, na regio Sul, a cultura da soja. A grande biomassa de cultivos monoespecficos e a necessidade de intensificar o crescimento vegetal, pelo uso de fertilizantes, tm causado a rpida eutrofizao de rios e reservatrios, resultando no incremento de macrofilas aquticas e de altas concentraes de fsforo na coluna dgua e/ou no sedimento. Dentre os gneros identificados no Brasil em situaes de floraes se destacam Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Planktothrix, Cylindrospermopsis e Nodularia, pela sua ampla distribuio, pela sua capacidade potencial de produzir toxinas e pelos efeitos que estas causam em outros organismos do ambiente aqutico. Dados mundiais mostram que entre 50 a 75% das floraes registradas apresentam espcies txicas de cianobactrias (CODD, 1996; CODD et al, 2005). Estudos realizados no Laboratrio de Ecofisiologia e Toxicologia de Cianobactrias da Universidade Federal de Rio de Janeiro LECT-IBCCF/UFRJ confirmaram a presena de cepas txicas em reservatrios para abastecimento de gua, lagos naturais e artificiais, lagoas salobras e em rios de vrios estados do territrio nacional, com maior concentrao na regio centro-sul. Essa distribuio pode estar relacionada com a maior quantidade de dados obtidos nestes estados, enquanto so mais limitados nas regies Norte e Nordeste (AZEVEDO, 2005b; Ministrio da Sade/FUNASA, 2003). Os estudos realizados por diferentes grupos de pesquisa no pas j confirmaram a ocorrncia de floraes txicas de cianobactrias nos estados de So Paulo (AZEVEDO et al., 1994), Rio de Janeiro (MAGALHES et al, 2001), Minas Gerais (JARDIM, FONSECA e AZEVEDO 1999), Par (VIEIRA et al. 2003), Paran (HIROOKA et al. 1999), Pernambuco (MOLICA et al. 2005), Rio Grande do Norte

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(CHELLAPPA et al, 2000), Rio Grande do Sul (YUNES et al.,1996; 2000, 2003). Floraes com cianobactrias txicas foram registradas em 11 dos 26 estados brasileiros, distribudos do norte ao sul do pas. Embora as floraes ocorram com mais freqncia em reservatrios (represas ou audes), se verificam tambm nas lagoas costeiras, rios e esturios (AZEVEDO, 2005a). Microcystis aeruginosa a espcie com maior distribuio no Brasil e o gnero Anabaena o que apresenta maior nmero de espcies potencialmente produtoras de toxinas, com destaque para A. circinalis, A. flos-aquae, A. planctonica, A. solitaria A. (spiroides). Cylindrospermopsis raciborskii vem sendo observada com freqncia crescente em vrios corpos de gua lnticos de diferentes estados (Pernambuco, Paraba, Braslia, Minas Gerais, Rio Grande do Sul, Santa Catarina) nos ltimos anos (SANTANNA e AZEVEDO, 2000; Ministrio da Sade/FUNASA, 2003; Z, 2006). As Figuras 2.7 a 2.14, mostram corpos aquticos brasileiros com florescimento de cianobactrias, alguns deles estudados neste PROSAB 4 TEMA 1.

Figura 2.7 Florao com Cylindrospermopsis sp. num reservatrio em Pernambuco


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Figura 2.8 Florao com Microcystis spp numa lagoa costeira do Rio de Janeiro

Figura 2.9 Florao com Microcystis spp na Praia de So Loureno do Sul RS, janeiro de 2006

Figura 2.10 Florao de Microcystis aeruginosa em crregos afluentes Lagoa dos Patos - RS

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Figura 2.11 Represa Vargem das Flores - UFMG, MG

Figura 2.12 Lagoa do Ip Ilha Solteira - UNESP, SP. Sada para uma coleta

Cistos de cianobactrias liberados durante uma florao podem ficar nos sedimentos do fundo por longos perodos, nos quais as condies no so propcias ao seu desenvolvimento na superfcie e, posteriormente, migrarem coluna de gua, seguido do seu crescimento e reproduo. H alguns relatos de intoxicaes de animais causadas por formas bentnicas, como a morte de cachorros, na Esccia, aps ingerirem massas de cianobactrias nas margens de um lago transparente. Na Sua foi registrada a morte de gado aps a ingesto de gua de um lago pristnico que tinha Oscillatoria limosa de origem bentnica (GUNN et al, 1992 apud CHORUS e BARTRAM, 1999; METZ et al, 1997 apud CHORUS e BARTRAM, 1999; CARMICHAEL et al., 1997 apud NICHOLSON e BURCH, 2001).


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Figura 2.13 Florao de Microcystis spp no Reservatrio de Irai PR. Limpeza e retirada de cianobactrias. Foto cedida pela SANEPAR.

Figura 2.14 Florao de Microcystis spp junto captao e uso de barreiras de conteno. Foto cedida pela SABESP-SP

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CianotoxinasA capacidade de produzir cianotoxinas varia segundo a espcie e dentro de indivduos de uma mesma espcie, de acordo com a regio geogrfica, com a modificao climtica de uma mesma regio ao longo do tempo, com a intensidade de luz e com numerosos outros fatores ambientais (CARMICHAEL, 1994).

DescrioAs cianotoxinas so substncias naturais (metablitos secundrios) produzidas pelas cianobactrias. A maioria corresponde a endotoxinas, ou seja, depois de sintetizadas no citoplasma celular, ficam dentro da clula e s so liberadas na gua quando ocorre a lise ou morte celular. Outras, como a cilindrospermopsina, podem ser excretadas pela clula mesmo em condies fisiolgicas normais. Mananciais com floraes mais prolongadas podem apresentar maiores concentraes de toxinas na gua que mananciais recm colonizados por cianobactrias, devido maior possibilidade de ruptura e morte das clulas senescentes. Esse fato deve ser levado em considerao pelos gestores dos recursos hdricos e pelas companhias de gua responsveis pelo tratamento e distribuio de gua potvel. Todavia, muitas cianotoxinas no so removidas por completo no tratamento da gua (HART, FAWELL, CROLL,1998). Algumas dessas toxinas,que se caracterizam pela sua ao rpida e podem causar a morte de mamferos por parada respiratria aps poucos minutos de exposio, tm sido identificadas como alcalides ou organofosforados neurotxicos. Outras, de atuao mais lenta, foram identificadas como peptdeos ou alcalides hepatotxicos , podendo provocar a morte dos animais afetados num intervalo de poucas horas a poucos dias. Estas so as que causam o tipo mais comum de intoxicao envolvendo cianobactrias. Uma mesma cianobactria pode produzir uma ou mais cianotoxinas. Entretanto, ainda no foram devidamente esclarecidas as causas de sua produo e sua funo para a clula produtora. Considera-se, como mais provvel, que tenham funo protetora contra a herbivoria, assim como vrios metablitos secundrios de plantas vasculares (CARMICHAEL, 1992). Dessa forma, as cianotoxinas funcionariam como substncias protetoras das cianobactrias frente aos predadores, geralmente protozorios, microcrustceos, larvas de peixes, moluscos, etc. Estes


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consumidores passariam a preferir para sua alimentao o consumo de espcies no-txicas. Entretanto, esse maior consumo de fitoplncton no txico leva sua diminuio e ao crescimento acelerado das cianobactrias toxignicas, sob o efeito dos impactos eutrofizantes, facilitando ento sua predominncia e a morte de seus predadores, alterando ou destruindo as cadeias e teias alimentares, que exercem o controle das populaes fitoplanctnicas (CHORUS e BARTRAM, 1999). Entretanto, alguns autores, numa viso mais inovadora, sugerem que as cianotoxinas seriam molculas potencialmente mediadoras de interaes de cianobactrias com outros componentes do habitat, como bactrias heterotrficas, fungos, protozorios e algas. Esses autores consideram a possibilidade de que a produo dessas toxinas por cianobactrias esteja relacionada comunicao intercelular, seja intra ou interespecfica (PAERL e MILLIE, 1996; DITTMANN et al., 2001; KEARNS e HUNTER, 2000).

Classificao e caracterizao qumica das cianotoxinas .As estruturas qumicas das cianotoxinas, at agora caracterizas, esto classificadas em trs grupos: Alcalides ou organofosforados neurotxicos de rpida ao, que causam a morte por parada respiratria aps de poucos minutos de sua ingesto; Peptdeos cclicos ou alcalides hepatotxicos, com ao mais lenta e que afetam principalmente o fgado; Lipopolissacardeos (LPS), que causam irritao ao contato (dermatotxicas), tambm conhecidos como endotoxinas.Em relao ao mecanismo de ao em rgos e sistemas, as principais cianotoxinas at agora conhecidas se classificam em: neurotoxinas e hepatotoxinas. Os gneros j identificados como produtores de hepatotoxinas so Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc, Plantothrix, Radiocystis, Arthrospira e tambm algumas cianobactrias picoplanctnicas (MERILUOTO e CODD, 2005), alm de uma espcie do solo, Haphalosiphon hibernicus. Na Tabela 2.2 se apresenta uma sntese das cianotoxinas j caracterizadas, os rgos atingidos preferencialmente e os gneros potencialmente toxignicos.

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Tabela 2.2 Cianotoxinas, rgos alvo e gneros de cianobactrias produtoras (CHORUS e BARTRAM, 1999)

(1) Pode haver diversas variantes estruturais; (2) Nem todas as espcies de um determinado gnero so produtoras; (3) Aphalosiphon hibernicus: espcie isolada do solo; (4) Cepas txicas de Anabaena spiroides inibidoras de acetilcolinesterase foram isoladas de guas brasileiras; (5) CYN causam danos em diferentes sistemas celulares alm do fgado, includos sistema renal e linfide.

Hepatotoxinas microcistinas, nodularinas e cilindrospermopsinasSeu nome genrico, hepatotoxinas (toxinas do fgado) deve-se, justamente, ao fato de serem as clulas hepticas (hepatcitos) o alvo principal de sua ao txica. As hepatotoxinas j caracterizadas so as microcistinas, as nodularinas, e as cilindrospermopsinas, estas ltimas descobertas mais recentemente. So as cianotoxinas isoladas com maior freqncia nas floraes de cianobactrias ao redor do mundo e as que tm provocado maior numero de intoxicaes humanas (MERILUOTO e CODD, 2005) As microcistinas e nodularinas so peptdeos cclicos de peso molecular (MW) variando de 800 a 1000, com estrutura heptapeptdica (microcistinas) ou pentapeptdica (nodularinas). Na Figura 2.15 se apresenta a estrutura qumica destas hepatotoxinas. A confirmao da natureza peptdica das microcistinas se deve a Bishop et al (1959), mas somente aps 20 anos foi determinada sua estrutura molecular (BOTES et al, 1982).


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Figura 2.15 Estruturas qumicas das hepatotoxinas (CHORUS e BARTRAM, 1999) (A) microcistinas - MCYST, (estrutura geral), onde Z e X: so os dois L-aminocidos variveis; R1 e R2 so hidrognios - (demetilmicrocistinas); e tambm locais de possveis metilaes com a incorporao de grupos metila CH3; (B) nodularinas (estrutural geral, com as mesmas representaes adotadas para microcistinas) e (C) cilindrospermopsina.

Microcistinaal. (1988). A estrutura qumica geral das microcistinas, proposta por esses autores, :

A primeira microcistina (MCYST) foi isolada da espcie Microcystis aeruginosa e, por isso, denominada de microcistina por Carmichael et

X e Z so os dois L aminocidos variveis, D - MeAsp o cido D - eritro -metilasprtico; Adda, representa o cido 3-amino-9-metoxi2,6,8-trimetil-10-fenil-deca-4,6-dienico; D-Glu o D-glutamato, e Mdha N-metildeidroalanina. Adda, presente nas microcistinas e nas

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nodularinas, foi determinado como um dos responsveis pela atividade biolgica dessas hepatotoxinas (NISHIWAKI-MATSUSHIMA et al., 1992; HARADA et al., 1990). Variaes da estrutura molecular podem ocorrer nos sete aminocidos, sendo mais freqentes as substituies nas posies 2 e 4 (X e Z) e metilaes nos aminocidos 3 e 7 e 3 ou 7. Na proposta inicial da nomenclatura das microcistinas se usaram somente as variaes qualitativas dos dois L-aminocidos, denominando as diferentes microcistinas como: microcistina-LR (leucina-arginina MCYST-LR); microcistina-RR (arginina-arginina MCYST-RR) e microcistina -YA (tirosina-alanina MYCST - YA). Em floraes naturais e, mais recentemente, em uma cepa de Microcystis aeruginosa isolada no Rio Grande do Sul, foi identificada uma hepatotoxina com a configurao MYCST LR com D-Leu (aminocido D-leucina) na sua estrutura (MATTHIENSEN et al., 2000). Mais de 70 variantes estruturais de microcistinas foram identificadas desde os anos 90 e novas variantes continuam sendo isoladas de floraes de cianobactrias ou de cepas puras. Essas molculas podem apresentar diferentes graus de metilao e variaes isomricas do aminocido Adda (cido 3-amino-9-metoxi-2,6,8-trimetil10-fenil-deca-4,6-dienico), as quais passaram tambm a serem usadas na classificao dessas hepatotoxinas (MERILUOTO e CODD, 2005). A microcistina MCYST-LR a que apresenta maior freqncia de isolamento, possivelmente porque as tcnicas padronizadas de maior divulgao at o momento esto dirigidas para essa microcistina. No Canad e no Japo foram registradas ocorrncias e co-ocorrncia de MCYST-LR com MCYST-RR e MCYST-YR (CHORUS e BARTRAM, 1999).

Toxicidade das microcistinasEm animais de laboratrio, as microcistinas apresentam dose letal 50% ou DL50 (quantidade mnima necessria para provocar a morte em 50% dos indivduos da populao-teste) por injeo intraperitonial (i.p.) de 50 a 1.200 g/kg de peso corpreo e, por administrao oral, as DL50 variam entre 5.000 e 10.900g/kg de peso corpreo (KUIPERGOODMAN et al., 1999 apud CHORUS e BARTRAM, 1999). Baseado em estudos de toxicidade oral em nveis sub-crnicos, realizados com camundongos por Fawell et al. (1994) e com porcos, realizados por Falconer et al., (1994), foi estabelecida como ingesto diria aceitvel (tolerable daily intake - TDI), para microcistina-LR, o


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valor de 0,04g/kg de peso corpreo (CHORUS e BARTRAM, 1999). Com base nesse valor, a Organizao Mundial da Sade adotou o limite mximo aceitvel de 1g/L para gua potvel, que foi incorporado no adendo das Normas para Qualidade da gua Tratada publicado em 1998 (Guideline for Drinking Water Quality, WHO (1998) e includo na terceira edio do Guideline for Drinking Water Quality - WHO (2004). Este mesmo valor foi tambm includo na Portaria MS 518/2004, como valor mximo aceitvel em gua para abastecimento pblico no Brasil, considerando um peso mdio de 60kg por individuo adulto e a ingesto diria de 2 litros de gua. A equao utilizada para o estabelecimento desse valor limite foi a seguinte: Valor mximo aceitvel = (TDI x pc x P)/V onde: TDI = 0,04 g/kg de peso corpreo; pc = 60kg - mdia de peso corpreo de um indivduo adulto P = 0,8 - proporo da ingesto diria total de gua (gua tratada); V = 2 - volume de gua, em litros, ingerido por dia. O clculo resultou num valor de 0,96 g/L, que foi aproximado para 1g/L.

Mecanismo de ao das microcistinasAs microcistinas so hepatotoxinas solveis em gua, o que facilita sua ao ao nvel das membranas celulares. Chegam aos hepatcitos por meio de receptores dos cidos biliares (RUNNEGAR, FALCONER e SILVER, 1981; ERIKSSON et al., 1990; FALCONER, 1991) e promovem a desorganizao do citoesqueleto dos hepatcitos. Como conseqncia, o fgado perde sua arquitetura e desenvolve graves leses internas. A perda de contato entre as clulas cria espaos internos que so preenchidos pelo sangue, que passa a fluir dos capilares para esses locais, provocando uma hemorragia intra-heptica (HOOSER et al., 1991; CARMICHAEL, 1994; LAMBERT et al., 1994). Experimentos em laboratrio demonstraram que vrias microcistinas e nodularinas so fortes inibidores de protenas fosfatases tipo 1 e 2A de clulas eucariontes, sendo reconhecidas como potentes promotores de tumores hepticos (FALCONER, 1991; FUJIKI, 1992; NISHIWAKI-MATSUSHIMA, 1992) e do clon de animais (HUMPAGE, 2000a). Carmichael (1992) descreveu que exposies continuadas de humanos, a doses no letais dessas hepatotoxinas, poderiam contribuir

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com o desenvolvimento de cncer heptico, gerando preocupao sobre as possveis conseqncias na sade das populaes que consomem gua de mananciais com floraes freqentes e prolongadas, eventualmente expostas de forma crnica a pequenas concentraes dessas toxinas. Entretanto, Burch e Humpage (2005), destacam que a significncia dos resultados experimentais para os humanos, que podem estar submetidos exposio crnica via gua potvel, ainda no est clara. A hepatotoxicidade de microcistinas foi confirmada desde a metade do sculo passado, atravs de bioensaios em camundongos com injeo intraperitoneal de clulas isoladas de floraes de cianobactrias, especialmente do gnero Microcystis (HUGHES el al, 1958). A Organizao Mundial da Sade (WHO, 1998) reconhece as microcistinas como causadoras de desordens intestinais e de danos ao fgado que podem causar morte. Em animais de laboratrio e silvestres, os principais sinais clnicos registrados em intoxicaes com microcistinas so fraqueza, palidez, anorexia, vmito, diarria e frio nas extremidades do corpo (CARMICHAEL, 1994). Em altas doses, causam falhas funcionais srias e hemorragias no fgado, e, no raro, a morte do animal intoxicado. J foram isoladas, de audes do nordeste do Brasil, linhagens de cianobactrias picoplanctnicas (< 5m) produtoras de microcistinas (DOMINGOS et al., 1999; KOMREK, et al., 2001). Devido a seu pequeno tamanho, a remoo de clulas picoplan

agua prosab 1 142 final

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