Florações de Algas e de Cianobactérias by Editora Cubo

Luiz Di Bernardo Alessandro Minillo Angela Di Bernardo Dantas

FLORAÇÕES DE ALGAS E DE CIANOBACTÉRIAS:

SUAS INFLUÊNCIAS NA QUALIDADE DA ÁGUA E NAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO

São Carlos 2010

Di Bernardo, Luiz Florações de Algas e de Cianobactérias: Suas Influências na Qualidade da Água e nas Tecnologias de Tratamento. / Luiz Di Bernardo / Alessandro Minillo / Angela Di Bernardo Dantas. – São Carlos: Editora LDiBe Ltda., 2010. 536 p. ISBN 978-85-62324-02-4 1. Algas. 2. Cianobactérias. 3. Eutrofização. 4. Floração. 5. Método de Coleta. 6. Águas Superficiais. 7. Ações Preventivas. 8. Ações Corretivas. 9. Reservatórios. 10. Água. 11. Tratamento de Água. 12. Organismos Fitoplactônicos. I Autor II Título

Revisora da língua portuguesa Ruth de Gouvêa Duarte Tiragem 1500 exemplares Editoração eletrônica

www.editoraldibe.com.br Av. São Carlos 2205, sala 103 CEP 13560-900 São Carlos - SP, Brasil Fone: 55 (16) 33713466; Fax: 55 (16) 33710723

À Costância, minha esposa, que tem me apoiado espiritualmente em todos os momentos da minha vida. Aos meus filhos, Angela, Bruno, Mário e Laura e netos Henrique e Daniel, espero que concordem que o melhor e maior tesouro que se pode acumular na vida é o saber. Luiz Di Bernardo

À minha família pelo apoio incondicional durante os longos anos de estudo e dedicação e, em especial, à minha mãe pela confiança e zelo; aos amigos de longa jornada e às pessoas especiais que têm tornado a minha vida cada vez melhor Alessandro Minillo

Ao meu pai, Luiz Di Bernardo, pelos preciosos ensinamentos e incentivo durante toda a minha vida. À minha mãe Costância, pela ajuda, carinho e apoio. Ao meu marido Frederico e aos meus filhos Henrique e Daniel, amores da minha vida. Angela Di Bernardo Dantas

Sobre os Autores Luiz Di Bernardo Engenheiro civil, mestre e doutor em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP) e Pós-doutorado pela Iowa State University – EUA. Foi professor de disciplinas de graduação em saneamento na Faculdade de Engenharia Civil de Araraquara e na Fundação Educacional de Barretos na década de 1970. Foi professor de disciplinas de pós-graduação na Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP na década de 1980. Foi professor de disciplinas de graduação nos cursos de Engenharia Civil e de Engenharia Ambiental e de pós-graduação em Hidráulica e Saneamento da EESC-USP de 1973 a 2009, tendo se aposentado como professor titular. Orientou 15 estudantes de iniciação científica, 55 de mestrado e 34 de doutorado na EESC-USP, desenvolveu mais de 100 trabalhos de assessoria e consultoria e elaborou aproximadamente 150 projetos de estações de tratamento de água. Publicou cerca de 60 trabalhos em periódicos nacionais e internacionais e apresentou, aproximadamente, 300 trabalhos em congressos, seminários e simpósios nacionais e internacionais. Autor principal de 6 livros em tratamento de água e de capítulos de 12 livros nacionais e internacionais. Detentor do prêmio Rudolph Hering Medal por trabalho publicado no Journal of Environmental Engineering Division – American Society of Civil Engineers (EUA); recebeu 4 prêmios Abel Wolman, outorgados pela Asociación Interamericana de Ingenieria Sanitaria y Ambiental [Argentina, Guatemala, Puerto Rico (2)]. Atualmente é diretor da Hidrosan Engenharia SS Ltda. Atualmente é professor colaborador da UNAERP onde desenvolve pesquisas no Programa de Mestrado em Tecnologia Ambiental.

Alessandro Minillo Formado em oceanologia pela Fundação Universidade Federal do Rio Grande – FURG (RS). Mestre em Oceanografia Física, Química e Geológica pela Universidade Federal do Rio Grande, é doutor em Ciências da Engenharia Ambiental pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP. Atualmente desenvolve projeto de pesquisa (Jovem Pesquisador FAPESP) junto a Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP, na qual realiza estudos sobre monitoramento, biofiltração e biodegradação de cianotoxinas, praguicidas e compostos farmacológicos em águas naturais e destinadas ao abastecimento público.

Angela Di Bernardo Dantas Formada em 1997 no curso de Engenharia Civil da Escola de Engenharia de São Carlos – EESC-USP, fez mestrado (1998-2000), doutorado (2000-2004) e pós-doutorado (2005-2009) no Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC-USP na área de pesquisa de tratamento de água de abastecimento. Durante o doutorado, realizou estágio no Georgia Institute of Technology (Atlanta, EUA) sob orientação do Prof. Appiah Amirtharajah. Profissionalmente, teve oportunidade de participar de vários projetos de Estações de Tratamento de Água e de Estudos de Tratabilidade de Água. Autora de vários trabalhos científicos, publicados em revistas nacionais e internacionais, ou apresentados em congressos nacionais e internacionais. Co-autora do livro Ensaios de Tratabilidade de Água e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água e da segunda edição do livro Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. Atualmente é diretora técnica da Hidrosan Engenharia e professora do mestrado em Tecnologia Ambiental da Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP).

Nota dos Autores A presença de algas e de cianobactérias nos mananciais pode acarretar problemas relacionados à qualidade da água e dificultar sobremaneira o funcionamento das estações de tratamento de água. Há muito tempo o tema tem sido objeto de pesquisas, destacando-se, no Brasil, os trabalhos realizados por Luiz Di Bernardo nas décadas de 1980 e 1990, culminando com a publicação do livro “Algas e sua Influência na Qualidade da Água e nas Estações de Tratamento de Água”, no ano de 1995. O autor, com esse livro, procurou facilitar, aos engenheiros e demais profissionais das ciências exatas, o acesso aos conhecimentos básicos de biologia e da limnologia e, aos biólogos e outros profissionais das ciências biológicas, introduzir as tecnologias de tratamento de água e os problemas relacionados com seu desempenho frente à presença de algas nos mananciais. Com a necessidade de melhor entender o papel das cianobactérias na qualidade da água dos reservatórios, lagoas e açudes, e a remoção de células e de suas toxinas nas estações de tratamento, diversas instituições brasileiras, no âmbito do PROSAB – Programa de Saneamento Básico, investigaram o assunto na década de 2000 e produziram livros nos quais é observado o grande avanço no conhecimento sobre espécies de cianobactérias e suas toxinas assim como a sua remoção nas diferentes tecnologias de tratamento. Os autores do presente livro procuraram atualizar o conhecimento sobre o tema em pauta, destacando-se as informações sobre as algas e as cianobactérias, assim como as cianotoxinas produzidas por diferentes espécies. No Capítulo 1 são discutidos alguns aspectos relacionados à ocorrência de água na natureza. No Capítulo 2 são apresentadas as principais características das classes de algas e os fatores que influem na distribuição do fitoplâncton. O Capítulo 3 foi dedicado à eutrofização e floração de cianobactérias, às cianotoxinas produzidas e suas ações no organismo humano, os ensaios de toxicidade e os métodos de detecção de cianotoxinas. O Capítulo 4 tratou dos métodos de coleta, preservação, contagem dos organismos fitoplanctônicos e métodos de análises. No Capítulo 5 foi apresentada a classificação das águas superficiais e o padrão de potabilidade no Brasil. No Capítulo 6 foram discutidas as características das águas superficiais, as ações corretivas e preventivas em reservatórios. Por fim, no Capítulo 7, foram apresentadas e discutidas as tecnologias de tratamento de água. Os autores esperam que as informações contidas nesse livro possam ser úteis a todos os profissionais que trabalham com o controle de floração em mananciais e com as técnicas de tratamento de água.

Sumário Capítulo 1 – A Água na Natureza 1.1. Distribuição da água ...................................................................................................................................... 11 1.2. Proteção ambiental da água.......................................................................................................................... 12 1.3. Referências ...................................................................................................................................................... 13

Capítulo 2 – Características das Principais Classes de Algas 2.1. Introdução ....................................................................................................................................................... 15 2.2. Divisões do fitoplâncton e suas características ......................................................................................... 15 2.2.1. Cyanophyta .......................................................................................................................................... 16 2.2.2. Cryptophyta ......................................................................................................................................... 17 2.2.3. Pyrrophyta ........................................................................................................................................... 17 2.2.4. Crysophyta ........................................................................................................................................... 18 2.2.5. Euglenophyta ....................................................................................................................................... 19 2.2.6. Chlorophyta ......................................................................................................................................... 20 2.3. Fatores que influem na distribuição do fitoplâncton ............................................................................... 20 2.3.1. Fatores ambientais .............................................................................................................................. 20 2.3.2. Suspensão e distribuição espacial..................................................................................................... 22 2.3.3. Variações sazonais .............................................................................................................................. 23 2.3.4. Estratificação térmica da coluna de água em ambientes aquáticos ............................................ 23 2.4. Referências ...................................................................................................................................................... 23

Capítulo 3 – Eutrofização e Floração de Cianobactérias 3.1. Introdução ....................................................................................................................................................... 25 3.2. Estado trófico de um ambiente aquático e efeitos da eutrofização ........................................................ 26 3.3. Diversidade morfológica das cianobactérias ............................................................................................. 28 3.4. Florações de cianobactérias no Brasil ......................................................................................................... 30 3.5. Cianotoxinas ................................................................................................................................................... 32 3.5.1. Hepatotoxinas...................................................................................................................................... 32 3.5.1.1. Microcistinas.......................................................................................................................... 32 3.5.1.2. Cilindrospermopsina............................................................................................................ 34 3.5.2. Neurototoxinas .................................................................................................................................... 35 3.5.2.1. Anatoxina-a e homoanatoxina-a ........................................................................................ 35 3.5.2.2. Anatoxina-a(s) ....................................................................................................................... 36 3.5.2.3. Saxitoxinas .............................................................................................................................. 37 3.5.3. Dermatotoxinas................................................................................................................................... 38 3.6. Avaliação da toxicidade e detecção de cianotoxinas ................................................................................ 39 3.6.1. Bioensaios para avaliação da toxicidade de cianobactérias ......................................................... 40 3.6.1.1. Ensaios de toxicidade com camundongos ........................................................................ 40 3.6.1.2. Ensaios de toxicidade com microcrustáceos .................................................................... 40 3.6.1.3. Ensaios de toxicidade com bactérias.................................................................................. 41 3.6.1.4. Ensaios de citotoxicidade ..................................................................................................... 41 3.6.1.5. Ensaios enzimáticos .............................................................................................................. 41 3.6.2. Detecção de cianotoxinas por ensaios com anticorpos ................................................................ 42 3.6.3. Métodos analíticos para detecção de cianotoxinas ....................................................................... 42 3.6.4. Valores limites de cianotoxinas em água para consumo humano.............................................. 43 3.7. Referências ...................................................................................................................................................... 43

Capítulo 4 – Métodos de Coleta, Preservação, Contagem dos Organismos Fitoplanctônicos e Métodos de Análises 4.1. Considerações iniciais ................................................................................................................................... 45 4.2. Amostragem do fitoplâncton ....................................................................................................................... 46 4.2.1. Amostragem quantitativa .................................................................................................................. 46 4.2.2. Amostragem qualitativa..................................................................................................................... 48 4.3. Preservação e acondicionamento de amostras fitoplanctônicas ............................................................ 49 4.4. Contagem dos organismos fitoplanctônicos e estimativa de biomassa ................................................ 50 4.5. Método de análises......................................................................................................................................... 52 4.5.1. Clorofila e feofitina ............................................................................................................................. 52 4.5.1.1. Extração com etanol ............................................................................................................. 52 4.5.1.2. Extração com metanol.......................................................................................................... 53 4.5.1.3. Extração com acetona........................................................................................................... 53 4.5.1.4. Exemplo de determinação de clorofila .............................................................................. 54 4.5.2. Ficobiliproteínas.................................................................................................................................. 58 4.5.3. Contagem de fitoplanctôn ................................................................................................................. 61 4.5.4. Índices tróficos .................................................................................................................................... 62 4.5.5. Testes de toxicidade com florações de cianobactérias .................................................................. 63 4.5.5.1. Testes toxicológico com extratos de cianobactérias em cobaias ................................... 63 4.5.5.2. Detecção de cianotoxinas..................................................................................................... 64 4.6. Referências ...................................................................................................................................................... 65

Capítulo 5 – Classificação das Águas Superficiais e Padrão de Potabilidade 5.1. Considerações iniciais ................................................................................................................................... 67 5.2. Qualidade das águas superficiais ................................................................................................................. 67 5.2.1. Classes de águas .................................................................................................................................. 68 5.2.2. Classificação das águas doces ........................................................................................................... 68 5.3. Padrão de potabilidade – Portaria nº 518 .................................................................................................. 75 5.3.1. Considerações gerais e definições .................................................................................................... 75 5.3.2. Padrão microbiológico....................................................................................................................... 77 5.3.3. Parâmetros químicos, físicos e radiológicos .................................................................................. 78 5.3.4. Amostragem ........................................................................................................................................ 81 5.3.5. Exigências aplicáveis aos sistemas e soluções alternativas de abastecimento de água ............ 83 5.3.6. Penalidades .......................................................................................................................................... 84 5.3.7. Disposições finais................................................................................................................................ 84 5.4. Considerações finais sobre a qualidade da água para consumo humano ............................................ 84 5.5. Propriedades da água .................................................................................................................................... 92 5.6. Referências ...................................................................................................................................................... 92

Capítulo 6 – Características das Águas Superficiais, Ações Preventivas e Corretivas em Reservatórios 6.1. Considerações iniciais ................................................................................................................................... 95 6.2. Amostragem e caracterização ...................................................................................................................... 95 6.3. Eutrofização e suas consequências nos mananciais e nas estações de tratamento ........................... 129 6.4. Medidas preventivas e corretivas nos mananciais e captação .............................................................. 159 6.5. Referências .................................................................................................................................................... 175

Capítulo 7 – Tratamento de Água 7.1. Considerações gerais ................................................................................................................................... 179 7.2. Tecnologias usuais de tratamento de água de mananciais superficiais ............................................... 181 7.3. Tecnologias de tratamento de águas superficiais com algas e cianobactérias.................................... 190 7.4. Processos e operações no tratamento de água ........................................................................................ 192 7.4.1. Processos e operações em desenvolvimento ................................................................................ 192 7.4.2. Oxidação............................................................................................................................................. 206 7.4.2.1. Principais oxidantes e subprodutos da oxidação ........................................................... 206 7.4.2.2. Oxidação de água contendo cianobactérias ................................................................... 212 7.4.3. Adsorção em carvão ativado ........................................................................................................... 222 7.4.4. Uso combinado da oxidação e adsorção em carvão ativado ..................................................... 230 7.4.5. Gradeamento e micropeneiramento ............................................................................................. 233 7.4.6. Filtração em Múltiplas Etapas – FiME .......................................................................................... 236 7.4.7. Filtração em membranas ................................................................................................................. 261 7.4.8. Coagulação......................................................................................................................................... 282 7.4.9. Mistura rápida e floculação ............................................................................................................. 300 7.4.10. Decantação ..................................................................................................................................... 314 7.4.11. Flotação por ar dissolvido............................................................................................................ 322 7.4.12. Filtração em meio granular ......................................................................................................... 333 7.4.12.1. Considerações gerais sobre a filtração ...................................................................... 333 7.4.12.2. Características dos materiais filtrantes ...................................................................... 336 7.4.12.3. Perda de carga nos meios filtrantes ............................................................................ 339 7.4.12.4. Fluidificação dos meio granulares .............................................................................. 341 7.4.12.5. Controle dos filtros ....................................................................................................... 344 7.4.12.6. Meio filtrante, camada suporte e fundo de filtros .................................................. 353 7.4.12.7. Lavagem dos filtros ...................................................................................................... 362 7.4.12.8. Galerias de comando e de tubulações dos filtros .................................................... 369 7.4.13. Tecnologia de tratamento por ciclo completo ......................................................................... 370 7.4.13.1. Resultados da Fase I ..................................................................................................... 373 7.4.14. Tecnologia de tratamento por filtração direta ......................................................................... 383 7.4.14.1. Filtração Direta Descendente – FDD ........................................................................ 383 7.4.14.2. Filtração Direta Ascendente – FDA ........................................................................... 408 7.4.14.3. Dupla filtração .............................................................................................................. 412 7.4.14.4. Floto-filtração ................................................................................................................ 471 7.5. Referências .................................................................................................................................................... 473

Anexo Figuras Coloridas..................................................................................................................................................481

Capítulo 1 A Água na Natureza

1.1. Distribuição da água A água destinada ao consumo humano deve preencher condições mínimas para que possa ser ingerida ou utilizada para fins higiênicos, o que via de regra é conseguido por meio das estações de tratamento quando a água do manancial oferece riscos à saúde pública. Do ponto de vista quantitativo, segundo Ayibotele (1992), conforme Figura 1.1, no planeta Terra, a previsão é que para as primeiras décadas do século XXI haverá somente 2,5% de água doce, e mais, dessa porcentagem, aproximadamente 30% estarão nos aquíferos subterrâneos, 69% nas calotas polares e somente 1% em reservatórios, rios e lagos. Total de água no planeta

Total de água doce (2,5% do total)

Água salgada 97,5%

Calotas polares e geleiras 68,9% Água subterrânea doce 29,9%

Água doce 2,5% Outros reservatórios 0,9%

Água doce nos rios e lagos 0,3%

Figura 1.1. Distribuição de águas na Terra (Shiklomanov, 1998).

Há indicações que, nos próximos 25 anos, em algumas regiões o consumo de água irá superar a capacidade hídrica disponível, gerando possíveis conflitos pelo uso da água, especialmente nos casos de rios que cruzam diversos países; merece destacar os seguintes casos (Boletim da Revista DAE, 2009): Rio Ganges (Índia, Nepal e Bangladesh); Rio Jordão (Israel, Jordânia, Líbano e Síria); Rio Nilo (Egito, Sudão, Etiópia, Burundi, Quênia, Congo, Uganda, Ruanda e Tanzânia); Rios Tigre e Eufrates (Iraque, Síria e Turquia); Rio Indo (Índia e Paquistão); Rio Mecongue (Vietnã, Tailândia, Laos e Camboja). A escassez da água, como ocorre em Danfur (Sudão) tem sido um fator que contribui significativamente para o surgimento de guerras. A razão para tudo isso é o fato de, no último século, o consumo mundial de água ter crescido duas vezes mais rápido que a população mundial – e os países mais pobres devem sofrer com isso, nos próximos anos. De acordo com a Tearfund – organização não-governamental da Grã-Bretanha, a maioria das pessoas sem acesso à água vai ser forçada a deixar seus lares, provocando novas ondas de imigração. A projeção da Tearfund, em diagnóstico divulgado em 2001 durante o Fórum Mundial da Água, é que dentro de 15 anos, duas em cada três pessoas no mundo ficarão sem água para beber se a escalada de poluição continuar nos níveis atuais. O problema será mais relevante nos próximos anos, porque há previsão de crescimento de 30 a 70% da população naqueles países mais pobres até 2025, além da existência de projetos de irrigação que, no futuro, demandarão grandes quantidades de água em

Florações de Algas e de Cianobactérias: Suas Influências na Qualidade da Água e nas Tecnologias de Tratamento

alguns dos países anteriormente mencionados com possíveis conflitos pelo uso da água. Há previsões do Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América em relatório de 2004 que novas guerras poderão surgir em todo o planeta, com os rios Amazonas, Nilo e Danúbio como prováveis palcos de futuras batalhas motivadas pelo acesso à água. No Brasil, é preciso que as autoridades federais estejam atentas para eventuais disputas futuras pela água da Amazônia pois, embora na região vivam somente cerca de 5% da população brasileira, ali estão 80% da água doce disponível no país (ver Figura 1.2). Há relatos sobre a presença de navios-tanque que traficam água de rios da Amazônia, conforme denúncia que está na revista jurídica Consulex 310, de dezembro de 2009, num texto sobre a Organização Mundial do Comércio – OMC e o mercado internacional de água (Boletim da Revista DAE, 2010). Grandes aglomerados urbanos nas demais regiões do Brasil, futuramente, por certo demandarão pela água da Amazônia, seja pela transposição de cursos de água para outras bacias hidrográficas que poderão servir grande parte da população brasileira, seja pelo transporte marítimo de volumes expressivos de água tratada ou in natura para as regiões necessitadas. Mas para que esse suprimento de água seja garantido, é necessária uma ação contundente e ampla do governo federal para as questões relacionadas à retirada sorrateira de água do rio Amazonas. Resto do mundo (92%)

Brasil (8%) Região amazônica (80%) (5% da população brasileira)

Resto do Brasil (20%) (95% da população brasileira)

Figura 1.2. Distribuição da água doce no mundo e no Brasil.

1.2. Proteção ambiental da água Além das mudanças climáticas, as atividades desenvolvidas pelo ser humano – com vista à exploração dos recursos hídricos para expandir o desenvolvimento econômico, atender às demandas industriais, agrícolas e crescimento da população das áreas urbanas – podem gerar impactos desastrosos em lagos, reservatórios e açudes, como remoção de florestas, aporte de nitrogênio e fósforo nas águas e de outros compostos químicos com consequente deterioração da qualidade da água. Deterioração essa que favorece a eutrofização a ponto de dificultar seu uso para os diversos fins, o que faz o processo de eutrofização das águas interiores ser mencionado como um dos maiores problemas ambientais em nível mundial. Os impactos da eutrofização incluem as florações de algas e cianobactérias, excreção de toxinas por esses organismos fitoplanctônicos, infestações de plantas aquáticas, maior incidência de doenças transmitidas por via hídrica, águas turvas, odores fétidos, depleção de oxigênio dissolvido e mortandade de peixes, dentre outros. No Brasil, tanto a nível federal quanto estadual, os governos têm buscado formas para a proteção do meio ambiente, criando leis e mecanismos para que gerações futuras possam usufruir desse bem natural

Capítulo 1 – A Água na Natureza

que é via ser humano e animais em geral. Com a aprovação da Lei nº 9433, de janeiro de 1997, no Brasil, foi criado o Sistema Nacional de Gerenciamento dos Recursos Hídricos – SNGRH, fundamentado nos seguintes aspectos: i) a água é um bem de domínio público; ii) é um recurso natural limitado e dotado de valor econômico; iii) em situações de escassez, o uso prioritário dos recursos hídricos é o consumo humano e a dessedentação de animais; iv) a gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas; v) a bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da política nacional de recursos hídricos e a atuação de gerenciamento dos recursos hídricos e vi) a gestão dos recursos hídricos deve ser descentralizada e contar com a participação do poder público, dos usuários e da comunidade. A preocupação do governo brasileiro com o meio ambiente resultou em aprovação da Lei de Crimes Ambientais, ocorrida em abril de 1998, a qual estabelece penas restritivas aos infratores, tais como: i) prestação de serviços à comunidade; ii) interdição temporária de direitos; iii) suspensão parcial ou total de atividades; iv) prestação pecuniária; v) recolhimento domiciliar. Considera crime contra o meio ambiente as seguintes situações: artigo 33: provocar, pela emissão de efluentes ou carreamento de materiais, o perecimento de espécies da fauna aquática existentes em rios, lagos, açudes, lagoas, baias ou águas jurisdicionais brasileiras – pena de detenção por um período de 1 a 3 anos; artigo 54: causar poluição de qualquer natureza em níveis tais que resultem ou possam resultar em danos à saúde humana, ou que provoquem a mortandade de animais ou a destruição significativa da flora – neste artigo são descritos vários crimes, incluindo o lançamento de resíduos líquidos nos recursos hídricos, provenientes de estações de tratamento de água, em desacordo com a Lei nº 9433 de 1997, que também dispõe sobre a prevenção e controle do meio ambiente. A Agência Nacional das Águas – ANA, entidade federal que, além de coordenar e apoiar o Sistema Nacional de Gerenciamento dos Recursos Hídricos – SNGRH, será também o órgão gestor dos recursos hídricos de domínio da União, atuando de forma subsidiária e articulada com outros órgãos e entidades, públicos ou privados, integrantes do SNGRH. Esta Agência Nacional de Águas dispõe sobre a gestão administrativa e a organização institucional do SNGRH, mediante a definição da sistemática de outorga do direito de uso de recursos hídricos, o estabelecimento de cobrança pelo uso de recursos hídricos, do regime de racionamento e a fixação de normas gerais para a criação e a operação das Agências de Bacia. Há exemplos de sucesso da gestão dos recursos hídricos que envolvem inúmeras comunidades, como a Bacia dos Rios Piracicaba e Capivari, no Estado de São Paulo, Brasil. Programas dessa natureza, buscam a integração dos municípios no meio ambiente, pois aqueles que estão à jusante sofrem as consequências da ocupação não planejada do solo das bacias hidrográficas e do uso irracional dos recursos hídricos. Por fim, o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, baixou a Resolução nº 357, de março de 2005, classificando as águas doces (classes I, II, III e IV), salobras e salinas do Brasil, estabelecendo os valores máximos dos parâmetros de qualidade para cada classe destas águas. Torna obrigatória a determinação de parâmetros de qualidade incluindo compostos orgânicos complexos, muitas vezes inexequível em algumas regiões do Brasil, tendo em vista a falta de recursos humanos, materiais e financeiros por que passam muitos órgãos federais, estaduais e municipais. No total são exigidos mais de setenta parâmetros de qualidade, alguns medidos somente em laboratórios altamente especializados, razão pela qual pode ser difícil o cumprimento desta resolução, embora se deva reconhecer que houve grande avanço em relação à Portaria nº 20 de 1986, também do CONAMA, especialmente com relação à supressão do tipo de tratamento em função da classificação da água, limitação da turbidez e de coliformes totais etc. e à inclusão de alguns parâmetros importantíssimos como a concentração de clorofila-a e a densidade de cianobactérias. É recomendável o cumprimento da Portaria nº 357, pois somente com o conhecimento das características da água destinada ao abastecimento público é possível selecionar apropriadamente as possíveis tecnologias de tratamento que garantam a produção de água que atenda a Portaria nº 518 (Padrão de Potabilidade em vigência no Brasil).

1.3. Referências International Environmental Technology Centre – IETC. (2001). Planejamento e gerenciamento de lagos e reservatórios: uma abordagem integrada ao problema da eutrofização. São Carlos: [UNEP]. 385 p. Série de Publicações Técnicas, no. 11.

Florações de Algas e de Cianobactérias: Suas Influências na Qualidade da Água e nas Tecnologias de Tratamento

Brasil (2005). Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o enquadramento dos corpos de água superficiais e estabelecimento das condições e padrões de lançamento de efluentes. Portaria no. 357, 17 março de 2005. Diário Oficial da União. p. 58-63. Brasil. Ministério Da Saúde. (2004). Norma de Qualidade da Água para Consumo Humano. Portaria nº 518, 25 março de 2004. Diário Oficial da União. p. 266-270. Brasil. Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. (1997). Política Nacional De Recursos Hídricos. Lei nº 9433, 8 janeiro de 1997. Diário Oficial da União, Brasília. Brasil. (1998). Sanções penais e administrativas derivadas de condutas e atividades lesivas ao meio ambiente. Lei n. 9.605, abril de 1998. Diário Oficial da União, Brasília. Sabesp (1999). Agência Nacional de Águas e Gestão Administrativa e Organização Institucional do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. Ligação (São Paulo), 1999, vol. 2, no. 6. Encarte B. Sabesp (2009). Revista DAE (São Paulo). Boletim. Sabesp (2010). Revista DAE (São Paulo). Boletim. Shiklomanov, I. (1998). Word Water Recourses: a new appraisal and assessment for the 21st century. Paris: UNESCO. 32 p. Tundisi, J. G. (2009). Água no Século XXI: enfrentando a escassez São Carlos. São Carlos: RiMA.

Características das Capítulo 2 Principais Classes de Algas

2.1. Introdução O plâncton consiste na comunidade que vive na água e é caracterizado por organismos de pequeno tamanho, desde alguns micrômetros até poucos milímetros, que possuem pouca capacidade de locomoção. Os organismos mais representativos do plâncton compreendem as algas, bactérias, protozoários, rotíferos, micro-crustáceos (cladóceros e copépodos) e algumas larvas. O plâncton constitui a unidade básica da produção de matéria orgânica dos ecossistemas aquáticos. Em presença de nutrientes apropriados, e em quantidade suficiente, os componentes vegetais do plâncton – por meio da fotossíntese – são capazes de acumular energia solar luminosa na forma de compostos químicos energéticos. O oxigênio produzido nesse processo representa parcela significativa do total utilizado pelos organismos aquáticos para sua respiração. De acordo com sua natureza, o plâncton é dividido em três categorias: bacterioplâncton, fitoplâncton ou plâncton vegetal e zooplâncton ou plâncton animal. A distinção às vezes não é clara, pois as formas flageladas fotossintetizantes são consideradas como fitoplâncton por alguns autores e como zooplâncton por outros. Os fisiologistas consideram as cianofíceas como bactérias, enquanto os taxonomistas as consideram como algas. Quanto ao tamanho e levando-se em conta suas medidas lineares, o plâncton é classificado em macro-plâncton (organismos maiores que 500 μm), micro-plâncton (organismos com tamanho entre 50 e 500 μm), nanoplâncton (organismos com tamanho entre 10 e 50 μm) e ultra-plâncton ou pico-plâncton (organismos com tamanho entre 0,2 e 10 μm). Quando proveniente de lagos, o plâncton é denominado limnoplâncton. Os mais importantes grupos do zooplâncton que têm significado sanitário e que também podem influir nas tecnologias de tratamento são: protozoários, rotíferos e crustáceos (cladóceros e copépodos). Embora tais organismos apresentem papel importante na vida planctônica, algumas espécies de algas do fitoplâncton realmente são os organismos que mais afetam o tratamento da água destinada ao consumo humano.

2.2. Divisões do fitoplâncton e suas características Os ambientes aquáticos e, em especial os lagos, possuem comunidades planctônicas com variedade, abundância e distribuição próprias que dependem das características abióticas (temperatura, luz, oxigênio dissolvido e concentração de nutrientes) e bióticas (predadores, parasitas, competição). Geralmente, quando uma amostra do plâncton de um lago é extraída e analisada, é comum a presença de cianofíceas, clorofíceas, diatomáceas, rotíferos, cladóceros e copépodos, embora as espécies presentes possam variar de um lago a outro. Ademais, cada ambiente limnético (lago, rio e reservatório) pode apresentar variações sazonais da composição do fitoplâncton, sobretudo em regiões temperadas, que definem o ciclo anual. Há que se considerar também a influência da ação do ser humano que acarreta mudanças substanciais na comunidade planctônica de um lago. Em função das características morfológicas, fisiológicas e ecológicas, o fitoplâncton pode ser dividido em grupos, os quais são apresentados segundo algumas das principais classes encontradas em corpos de águas continentais, cujas características principais são discutidas a seguir.

Florações de Algas e de Cianobactérias: Suas Influências na Qualidade da Água e nas Tecnologias de Tratamento

2.2.1. Cyanophyta Também conhecidas por Cianofíceas, Mixophyta, Schizophyta e Cianobactérias, anteriormente eram denominadas algas azuis. Algumas dessas denominações referem-se à afinidade que existe entre as algas e as bactérias por sua organização procariótica, sendo o tamanho, a diferença fundamental. As cianobactérias apresentam importância na produção primária do plâncton, enquanto, em determinados ambientes, principalmente naqueles com baixa intensidade luminosa, grande parte da produção primária é devida a bactérias fotossintetizantes. Os pigmentos das cianobactérias são clorofila-a e pigmentos acessórios, como as ficobiliproteinas (ficocianina, ficoeritrina e a aloficocianina), e vários carotenóides, o que lhes permitem realizar fotossíntese sob baixas condições de luminosidade. As cianobactérias não exibem estrutura celular típica de outras algas, nas quais os cromossomos estão incluídos dentro de um núcleo, e os plastídeos e os cromatóforos encontram-se envolvidos por uma membrana. As cianobactérias compreendem algas unicelulares e pluricelulares (ver Figura 2.1). As células, com paredes delgadas, estão geralmente cobertas por substâncias mucilagionosas que às vezes formam filamentos. As formas filamentosas predominam no grupo e, em sua maioria, são bentônicas; no entanto, alguns gêneros no plâncton são considerados de suma importância tais como Anabaena, Anabaenopsis, Cylindrospermopsis, Alphanizomen, Lyngbya Planktothrix e Oscillatoria. As formas cocoidais podem ser constituídas de células únicas ou de colônias e estão representadas no plâncton por alguns gêneros, destacando-se Alphanocapsa, Cyanodictyon, Gomphosphaeria, Chrococcus, Microcystis, Radiocystis e Synechoccus. Uma das mais importantes propriedades das cianobactérias, com enorme significado ecológico e sanitário é a capacidade de representantes deste grupo em sintetizar compostos bioativos (cianotoxinas), que promovem efeito toxigênico à biota aquática e a seres humanos, o qual será descrito detalhadamente posteriormente.

Anabaena

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Cylindrospermopsis

Nostoc

Aphanizomenon

Lyngbia

Microcystis

Chroococus

Merismopedia

Planktothrix

Figura 2.1. Alguns gêneros do grupo Cyanophyta encontrados em ambientes naturais.

Capítulo 2 – Características das Principais Classes de Algas

2.2.2. Cryptophyta

Cryptomonas

Rhodomonas

Chroomonas

Cyathomonas

Chilomonas

Chromulina

Figura 2.2. Alguns gêneros do grupo Cryptophyta encontradas em ambientes naturais.

2.2.3. Pyrrophyta As dinofíceas, também chamadas dinoflagelados, constituem o grupo ou divisão Pyrrophyta e são mais facilmente encontradas nas águas marinhas que nas continentais. Produzem luminescência no mar (Noctiluca) e a espécie Gonyaulax é famosa por ser a causadora da maré vermelha. São algas unicelulares e biflageladas (ver Figura 2.3); um dos flagelos é responsável pelo movimento longitudinal e o outro, pelo movimento rotacional. Na maioria das espécies a parede celular é resistente e está formada por placas celulósicas, cujo número e localização são importantes para a identificação da alga. Essas placas celulósicas podem apresentar extensões em forma de espinhos longos ou o corpo da célula aparece esticado em forma de chifres, como observado na espécie Ceratium. A nutrição das dinofíceas pode ser autotrófica, heterotrófica ou mixotrófica. Os pigmentos são clorofila-a, clorofila-c e carotenos (β-caroteno, fucoxantina); as algas apresentam coloração parda ou amarela. Nas águas continentais os gêneros mais comuns são Gymnodinium, Glenodinium, Peridinium, Ceratium e Gonyaulax.

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As algas do grupo Cryptophyta constituem grupo de ocorrência tanto em águas continentais quanto em águas marinhas (sem serem dominantes). Em águas continentais elas podem chegar a ser comuns em lagos ricos em vegetação aquática (macrófitas) e, portanto, com matéria orgânica em decomposição e com nitrogênio disponível. São algas que têm participação importante no plâncton pois, às vezes, alcançam elevada densidade populacional; e por constituírem alimento excelente para o zooplâncton podem contribuir para o aumento substancial do número de organismos zooplanctônicos. Caracterizam-se por possuírem células bi-flageladas e móveis, que também não formam colônias móveis (ver Figura 2.2). Possuem um ou dois cromatóforos que contêm clorofila-a e clorofila-c, carotenos, ficocianina e ficoeritrina. A coloração que exibem, parda, azul, verde-azulada, vermelha e verde oliva, é devida à essa variedade de pigmentos e às proporções relativas dos mesmos. A substância principal de reserva de energia é o amido, que encontra-se associada a pirenóides. Pode haver criptofíceas incolores, cuja forma de alimentação é saprofitica. Os gêneros mais frequentes são Cyathomonas, Cryptomonas, Rhodomonas, Chroomonas e Chilomonas.

Florações de Algas e de Cianobactérias: Suas Influências na Qualidade da Água e nas Tecnologias de Tratamento

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Ceratium

Cystodinium

Glenodinium

Gymnodinium

Gonyaulax

Cryptomonas

Figura 2.3. Alguns gêneros do grupo Pyrrophyta encontradas em ambientes naturais.

2.2.4. Crysophyta As algas do grupo Crysophyta são comumente encontrados em ambientes com baixa presença de nutrientes (oligotróficos) e, geralmente seu desenvolvimento é dependente da limitação dos nutrientes no meio. Também conhecidas como algas pardo-amareladas, sua coloração é decorrente do β-caroteno e de algumas xantofilas (diadoxantina e diadinoxantina), apesar de possuírem clorofila-a e clorofila-c. Podem ser unicelulares e formar colônias ou filamentos (ver Figura 2.4) e não contêm amido como elemento de reserva. Das cinco classes representadas no plâncton, nas águas continentais as de maior importância são as crisofíceas, as bacilariofíceas ou diatomáceas e as xantofíceas. Crisofíceas: esta classe de algas possui grande variedade de formas flageladas que podem estar solitárias ou agrupadas em colônias; raramente são filamentosas. O número de flagelos é variável e as formas planctônicas se agrupam nas ordens Ochromonadales e Chromulinales. As algas da ordem Ochromonadales (Crysomonodales) compreendem as crisofíceas unicelulares ou que vivem em colônias, com dois ou três flagelos e não possuem parede celular rígida; destacam-se os gêneros Dinobryon, Mallomonas e Uroglena. A ordem Chromulinales é constituída por formas unicelulares, incluindo os gêneros Chromulina, Kephyrion, Chrysococcus e Stenocalix. As crisofíceas são encontradas em águas com pouca quantidade de nutrientes, (ambiente oligotrófico) tais como algumas espécies de Dinobryon e Uroglena, que crescem somente em águas com baixas concentrações de orto-fosfatos (menor que 20 μg/L). Bacilariofíceas: mais conhecidas como diatomáceas, são algas unicelulares ou em forma de colônia, cuja característica principal é possuir um recobrimento pectínico impregnado de silício (frústula). Geralmente são encontradas no fundo de lagos e seu florescimento está associado à presença de silício e à turbulência da água. Destacam-se os gêneros Cyclotella, Stephanodiscus, Aulacoseira, Rhizosolenia, Nitzschia, Navicula, Fragilaria, Asterionella, Synedra e Tabellaria. Xantofíceas: também denominadas heterocontas caracterizam-se por apresentar coloração verde-amarelada devido a presença de carotenóides (β-caroteno, violaxantina e neoxantina) em maior proporção que clorofila-a e clorofila-c. Das cinco ordens desta classe, somente duas têm importância, pois a maioria das xantofíceas se encontra associada a substratos submersos. A ordem Mischococcales compreende as xantofíceas unicelulares ou que formam colônias, e que possuem parede rígida, como observado nos gêneros Gloeochloris, Ophiocytium e Gloeobotrys. As formas filamentosas se agrupam na ordem Tribonematales, representada no plâncton pelo gênero Tribonema.

Asterionella

Aulacoseira

Cyclotella

Fragilaria

Navicula

Synedra

Nitzschia

Gomphonema

Synura

Pleurosigma

Tabellaria

Rhizosolenia

Figura 2.4. Alguns gêneros do grupo Crysophyta encontradas em ambientes naturais.

2.2.5. Euglenophyta As algas do grupo Euglenophyta são comuns em ambientes ricos em matéria orgânica (lagoas, charcos e poças) e compostas por organismos protozoóides, unicelulares e móveis. A sua organização celular é complexa; geralmente as células são grandes e têm um, dois ou três flagelos (ver Figura 2.5). Possuem cloroplastos que contêm clorofila-a e clorofila-b, β-carotenos e xantofilas. Geralmente são organismos autotróficos, porém podem ter comportamento heterotrófico na ausência de luz ou apresentar formas incolores, despigmentadas. O tamanho e a forma podem variar consideravelmente em um mesmo organismo (metabolia). Os gêneros mais frequentes nas águas continentais são Euglena, Phacus, Trachelomonas e Strombomonas.

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Capítulo 2 – Características das Principais Classes de Algas

Florações de Algas e de Cianobactérias: Suas Influências na Qualidade da Água e nas Tecnologias de Tratamento

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Euglena

Rhodomonas

Phacus

Strombomonas

Trachelomonas

Lepocinclis

Figura 2.5. Alguns gêneros do grupo Euglenophyta encontradas em ambientes naturais.

2.2.6. Chlorophyta As algas do grupo Chlorophyta, denominadas algas verdes, consistem em um grupo amplo e variado de algas unicelulares que formam colônias e filamentos (ver Figura 2.6). Sua cor é verde intenso é devido à clorofila-a e clorofila-b que se sobrepõem aos pigmentos carotenos e xantofilas. De modo geral estão adaptadas para viver em ambientes com baixa e com elevada presença de nutrientes e, frequentemente, produzem bainhas mucilaginosas que lhes permite viver em meio subaéreo. As ordens de maior interesse são Volvocales, Tetraspolares, Chlorococcales e a família Desmidiaceae. As Volvocales são unicelulares que formam colônias e que possuem dois ou quatro flagelos, destacando-se os gêneros Chlamydomonas, Phacotus, Eudorina, Pandorina e Volvox. Na ordem Tetrasporales, não flageladas, destacam-se os gêneros Gloeocystis, Paulschulzia e Pseudosphaerocystis. As Chlorococcales são algas verdes de vida livre ou formam colônias, não flageladas ou com flagelos temporários; são mais comuns os gêneros Golenkinia, Scenedesmus, Ankistrosdesmus, Monoraphidium, Chlorella, Botryococcus, Crucigenia, Coelastrum, Sphaerocystis, Tetraëdron, Kirchneriella e Dictyosphaerium. As algas da ordem Desmidiaceae são unicelulares ou filamentosas e comumente se desenvolvem em águas ácidas, com baixa concentração de cálcio; destacam-se os gêneros Staurastrum, Cosmarium, Staurodesmus, Closterium, Xanthidium, Euastrum e Micrasterias.

2.3. Fatores que influem na distribuição do fitoplâncton 2.3.1. Fatores ambientais A seguir, são discutidos os principais fatores ambientais que influem na distribuição do fitoplâncton (Di Bernardo, 1995). Luz: a fotossíntese ocorre somente nas camadas superficiais da coluna de água que recebem luz. Em lagos profundos, observa-se a existência de duas regiões, quanto ao ambiente lumínico: a superior, onde há luz suficiente para que a quantidade de oxigênio produzido por meio da fotossíntese exceda a requerida para a respiração em 24 h (zona trofogênica), e a inferior ou profunda, na qual o consumo de oxigênio excede a quantidade produzida por fotossíntese, pois a luz é escassa ou ausente (zona trofolítica). A intensidade luminosa que atinge a superfície de um lago diminui exponencialmente com a profundidade devido à absorção por compostos orgânicos dissolvidos, pelas moléculas de água e partículas suspensas, as quais também causam a dispersão da luz, influindo na distribuição vertical das algas. Além do uso da energia solar por organismos fotossintéticos, ela também é dissipada na forma de calor e define a estrutura térmica dos lagos.

Capítulo 2 – Características das Principais Classes de Algas

Volvox

Closterium

Cosmarium

Clamydomonas

Scenedesmus

Pediastrum

Botryococcus

Coelastrum

Staurastrum

Dictyosphaerium

Eudoria

Figura 2.6. Alguns gêneros do grupo Chlorophyta encontradas em ambientes naturais.

Calor: devido ao elevado calor específico da água, as flutuações de temperatura observadas são menos acentuadas que no ar. Aproximadamente 53% da energia radiante total que penetra na água permanecem retidas na forma de calor até cerca de 1 m de profundidade e, pela ação mecânica de ventos, o calor se distribuí em diferentes profundidades. Durante a primavera e o verão em regiões temperadas ou durante épocas de calmaria em regiões tropicais, o calor é acumulado principalmente na superfície do lago, de forma que a água superficial é mais quente, apresenta menor massa específica e o lago se estratifica termicamente. A camada superficial de um lago estratificado é denominada epilímnio e a profunda, hipolímnio; a região intermediária é denominada metalímnio ou termoclima e se reveste de grande importância para o fitoplâncton, pois quando os organismos que estão sedimentando a alcançam, eles são freados pelo fato de ser menor a massa específica da água e ali permanecem, o que explica a grande quantidade de algas nessa região. Quando a temperatura do ar diminui, a água da superfície é

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