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Remoção de cianobactérias e cianotoxinas presentes em águas de reservatórios eutrofizados por processos oxidativos avançados (POAs)

Resumo

O presente estudo faz uma revisão da literatura sobre o tratamento convencional e avançado na remoção de Microcystis aeruginosa e microcistina – LR presentes em águas de reservatórios eutrofizados, avaliando a eficiência dos processos de fotocatálise homogênea e heterogênea considerando a possiblidade de sua aplicação em escala real nas ETAs do Estado Paraibano, pela sua efetividade e baixo custo. A metodologia empregada foi a análise de fontes bibliográficas, através da obtenção de dados e coleta de informações contidas em teses, dissertações e artigos de periódicos nacionais e internacionais. As principais vantagens das técnicas analisadas foram a elevada eficiência da degradação das cianobactérias, cianotoxinas e de compostos orgânicos recalcitrantes, assim como a simplicidade de aplicação. Dentre suas limitações citam-se a necessidade de construção de reatores em escala real e os custos com energia. Conclui-se que os processos oxidativos são economicamente viáveis e constituem práticas alternativas sustentáveis e seguras para o tratamento de água contaminadas com compostos tóxicos, entre eles a cianotoxina microcistina-LR, que por não ser completamente eliminada no tratamento convencional, podendo permanecer na água distribuída e causar danos no sistema nervoso e no fígado entre outros órgãos, originar tumores e até ser causa de morte.

Introdução

Construídos com o propósito de minimizar os impactos das secas, os reservatórios (ou “açudes” no dizer local), são ecossistemas aquáticos de extrema relevância na região semiárida nordestina. Essenciais para o abastecimento público, auxiliam na irrigação, na dessedentação animal e na aquicultura, atividades fundamentais do desenvolvimento econômico e social da região.

No entanto, nos longos períodos de estiagem, a evaporação e a constante interferência antrópicas exercem impactos que superam a capacidade suporte do ecossistema, alterando a qualidade dessas águas com consequências não totalmente conhecidas para a biota aquática e que limitam os usos que lhes foram originalmente destinados. Dentre esses impactos se destacam as descargas pontuais e difusas de esgotos domésticos e industriais não tratados, o escoamento de águas de áreas agrícolas que transportam fertilizantes e pesticidas e a própria piscicultura intensiva praticada nos açudes em tanques rede. Todas essas atividades aumentam os níveis de nutrientes nitrogenados e fosfatados, entre outros, causando a fertilização das águas superficiais e sua consequente eutrofização.

Um dos efeitos da eutrofização é a proliferação excessiva de produtores primários tais como cianobactérias, microalgas e plantas aquáticas. A maior expressão do fenômeno se observa quando as águas lênticas ficam cobertas por uma densa camada verde comumente denominada “floração” ou “bloom” (WU e XANG, 2012). Nas florações as cianobactérias atingem concentrações superiores à 105 – 107 celulas.mL-1, que junto com microalgas e bactérias diversas afetam a qualidade da água do manancial e as diferentes etapas do tratamento de potabilização.

Na potabilização da água eutrofizada, um dos problemas de destaque na Estação de Tratamento de Água (ETA) é a rápida colmatacão (entupimento) dos filtros de areia, que devem ser lavados com maior frequência, bem como o gasto de maiores quantidades de coagulantes e de outros produtos químicos usados ao longo do tratamento, aumentando assim os custos (DI BERNARDO, DANTAS, 2005). Todavia, o maior problema atual e que se intensificou com a seca prolongada no nordeste brasileiro é a produção de cianotoxinas por cepas toxigênicas de cianobactérias com efeitos graves no fígado (hepatotoxinas), no sistema nervoso (neurotoxinas) e na pele (dermatotoxinas). Dentre as cianobactérias toxigênicas, a Microcystis aeruginosa produtora de microcistinas com efeitos hepatotóxicos foi a primeira espécie dominante observada nos reservatórios nordestinos. A molécula de microcistina apresenta 12 variantes e entre elas a mais frequente é mais potente é a microcistina-LR. Estas toxinas atingem os seres humanos e os animais a aquáticos, domésticos e selvagens quando ingeridas com a água ou pelo consumo do moluscos e pescados, entre outros, com toxinas acumuladas no seu organismo (CARMICHAEL, 1996).

No nordeste semiárido brasileiro são frequentes os reservatórios eutrofizados com florações de cianobactérias quase perenes (HUSZAR et al. 2000) e relatos de produção de cianotoxinas (CHELLAPPA et al., 2008; COSTA et al., 2009). Em 1996 uma situação dramática de intoxicações humanas com cianotoxinas ocorreu em uma clínica de hemodiálise em Caruaru-PE, com a morte de 60 pacientes que receberem por via intravenosa água contaminada com cianotoxinas, proveniente de um reservatório com florescimento de cianobactérias. Foi o primeiro caso mundial confirmado de morte de humanos por intoxicação com cianotoxinas (CARMICHAEL 1996; AZEVEDO 1998).

Os primeiros registros de florações de cianobactérias na Paraíba foram reportados no parque Solón de Lucena (BARBOSA et al., 2001), uma lagoa artificial, localizada na área urbana de João Pessoa, a capital paraibana. Em mananciais destinados ao abastecimento público, os primeiros registros de cianobactérias ocorreram no reservatório Argemiro Figueiredo (Acauã), no Médio Rio Paraíba, que apresentou florações de Microcystis aeruginosa e Cylindrospermopsis raciborskii (BARBOSA & WATANABE, 2000; MENDES & BARBOSA, 2004). Estudos ao longo dois anos (2007 – 2009) nesse reservatório mostraram frequentes florações de cianobactérias com maiores biomassa e produção de toxinas nos períodos secos. Das 16 florações observadas no período, 14 (87,5%) apresentaram microcistina LR (LINS et al., 2016).

O avanço da eutrofização nos 20 maiores reservatórios Paraibanos tem mostrando que em 2006, 3% apresentaram florações de cianobactérias, em 2007 o percentual passou a 20%, em 2008 a 45% e a 62% em 2009 (VASCONCELOS et al., 2011). Com a grande seca iniciado em 2012, as florações por cianobactérias se generalizaram nos açudes da região nordeste. Para tanto, o processo convencional de tratamento de água usado em aproximadamente 99,8% das ETAs do país (coagulação química, floculação, sedimentação e filtração rápida seguida de cloração, e as vezes fluoração) não permite a remoção de microcistinas até o padrão de potabilidade da portaria de consolidação 05/2017 do Ministério da Saúde anexo XX, sendo necessárias etapas adicionais ou uso de novas tecnologias que promovam a remoção das cianotoxinas (DI BERNARDO; DANTAS, 2005; DRIKAS et al., 2009).

Os Processos Oxidativos Avançados (POA) são sistemas reacionais que permitem a destruição das mais variadas moléculas orgânicas, incluídas as recalcitrantes. O radical pode ser gerado a temperatura ambiente, recorrendo-se a processos homogêneos ou heterogêneos, com ou sem radiação. Nesses sistemas o radical hidroxila (•OH) participa como principal agente oxidante, permitindo a completa mineralização de inúmeras espécies químicas de grande impacto ambiental.

Atualmente, foi itensificado o uso de uma variedade de POAs na degradação de variantes de cianotoxinas, como as microcistinas, obtendo-se excelentes resultados de degradação. Nesta perspectiva, o presente estudo faz uma revisão da literatura sobre o tratamento convencional e avançado na remoção de Microcystis aeruginosa e microcistina – LR presentes em águas de reservatórios destinados a abastecimento público paraibano, avaliando a eficiência dos processos de fotocatálise homogênea e heterogênea considerando a possiblidade de sua aplicação em escala real nas ETAs do Estado, pela sua efetividade e baixo custo.

Autores: Maria Virgínia da Conceição Albuquerque; Amanda da Silva Barbosa Cartaxo; Maria Célia Cavalcante de Paula e Silva; Railson de Oliveira Ramos; Josivaldo Rodrigues Sátiro e Wilton Silva Lopes; Valderi Duarte Leite e Beatriz Susana Ovruski de Ceballos.