1 1 MICROBIOLOGIA DA ÁGUA 1. Microbiologia de efluentes - cinética 2. Eutrofização 3. Bioindicadores - coliformes 4. Cianotobactérias - cianotoxinas 5. Biofilmes 2 EUTROFIZAÇÃO 3 INTRODUÇÃO Água: componente de sustentação de vida na Terra Preservação Composição: gases, sais sólidos e íons ORGANISMOS POLUIÇÃO Fitoplâncton - Baleias 4 POLUIÇÃO Prejuízo de um ou mais de seus usos ------ HOMEM Contaminação: agrícola: agrotóxicos + estercos + fertilizantes municipal: lixo, esgoto, produtos tóxicos (chorume) industrial: resíduos diversos TÉRMICA FÍSICA BIOLÓGICA QUÍMICA
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AULA V - Microbiologia da Água - Biorremediação-Bioindicadores-Cianotoxinas-Biofilmes
Autor: Prof. Dr. Rogério Melloni - IRN/UNIFEI Material disponível para o projeto UNIFEI-OCW http://unifei-ocw.wikispaces.com/
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De 19 (PR): 12 moderadamente degradados e 5 criticamente degradados a severamente poluídos
IMPACTO AMBIENTAL DOS PESQUE-PAGUE
Estudo: 42 em Mogi-guaçu (SP) - maioria familiar
Água de descarte em sistemas de irrigação
Educação ambiental!
POLUIÇÃO ORGÂNICA EM RIO GRANDE/RS
Esgotos domésticos clandestinos
Estação de captação: eutrofização acentuada14
PREVENÇÃO E CONTROLE
� Política de redução de aporte de nutrientes ($)
Remoção de nutrientes no tratamento de esgotosEUA: efluentes urbanos (< 1 mg L-1 de fosfato)
Como remover o excesso de P?1) Precipitação química: caro, grande vol. decantado
2) Remoção Biológica Avançada de Fosfato !!!- Microrganismos acumuladores de fosfato (polifosfato)
Tratamento de lodo ativado: condição aeróbia Se pH = 5,5-6,5
Remoção de 56 a 142% do fosfato (econômica ?)
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Presençadentro da célula
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PREVENÇÃO E CONTROLE
3) Hidroponia: cultivo de plantas aquáticas
• Taboa (Typha)
• Aguapé (Eichhornia crassipes)
• Elevada absorção/remoção de nutrientes)• Rápido crescimento (até 5% ao dia)• Facilidade de retirada da água• Aproveitamento da biomassa• Raízes beneficiam microrganismos
agente purificador: FILTRO VERDE
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17TaboaAguapé 18
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Sistema de tratamento de rizofiltração ex situ
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VANTAGENS� Baixo custo� Reduzidos gastos energéticos� Reciclagem da biomassa produzida� Fertilizante, ração animal, geração de energia� Fabricação de papel� Extração de proteínas para fazer rações� Extração de subst. estimulantes do crescimento vegetal� Compostagem
DESVANTAGENS
� Criadouro de larvas de mosquitos e pernilongos� Absorção de metais ou substâncias tóxicas� Grande quantidade de biomassa gerada� Odores desagradáveis
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AÇÕES DO DIA-A-DIA PARA EVITAR
• plantio de espécies nativas (baixa exigência nutricional)
• reciclagem de podas - redução de fertilizantes
• fertilização mínima (análise do solo)
• utilização de P de baixa solubilidade ou sem P
• compostagem e aplicação no solo
• utilização de detergentes e outros livres de P
• economia de água (ex.durante a irrigação)
• proteção do solo contra erosão (revegetação)
• coleta de estrume de animais de estimação
• lavagem de carro na grama e não na rua
• conscientização de vizinhos e reuniões...22
CONSIDERAÇÕES FINAIS• Poluição das águas em países ricos = consumismo
• Em países pobres = pobreza e educação
• Educação ambiental ! ...
• Brasil dispõe de 15% de toda a água doce do mundo
Quanto melhor a qualidade da água (preservação)
Melhor e mais barato será o tratamento
(sofisticação de metodologias....) - irracionalidade
De que adianta o progresso
se não há qualidade de vida?
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REFERÊNCIA SUGERIDA• UFMG - Departamento de Engenharia de Transportes e Geoctecnia. Eutrofização de corpos d´água:
http://www.etg.ufmg.br/tim1/eutrofiz.docVON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. DESA-UFMG.1996
<Disponível em maio de 2009>
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BIOINDICADORES
DA
QUALIDADE DA ÁGUA
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BIOINDICADORES DA QUALIDADE DA ÁGUA
• Importância da água à vida
Interesses diversos (demanda e escassez)
• Potabilidade: conjunto de parâmetros e padrões.
• Portaria MS no 518 (25/03/2004)
Físico-químicos, organolépticos e microbiológicos!
Manutenção do padrão e vigilância da qualidade...
A ÁGUA NA TRANSMISSÃO DE DOENÇAS- PROVOCADAS POR AGENTES MICROBIANOS
- PROVOCADAS POR AGENTES QUÍMICOS (agrotóxicos e resíduos industriais – metais pesados)
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DOENÇAS PROVOCADAS POR AGENTES MICROBIANOS
Normalmente: água + microrganismos de vida livre e não parasitária
Ocasionalmente: microrganismos patogênicos
(vida limitada na água)
Agrupamento CLÁSSICO dos patogênicos:
VÍRUS, BACTÉRIAS e HELMINTOS – agentes etiológicos
Ex. bactéria (cólera), protozoários (giardíase), helmintos (teníase), etc.
Outra classificação: AMBIENTAL
Ênfase: vias de transmissão e ciclo do agente
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GRUPO I: transmissão hídrica (PREVENÇÃO)
O agente está na água: diarréias (cólera, salmonelose),febres entéricas (hepatite, febre tifóide, ascaridíase) = TRATAMENTO DA ÁGUA
GRUPO II: transmissão relacionada com a higiene
Ex. escabiose = FORNECIMENTO DE ÁGUA POTÁVEL
GRUPO III: baseada na água (contato sem ingestão)
Contato com o agente que se desenvolve na água
Ex. esquistossomose = EDUCAÇÃO
GRUPO IV: inseto vetor procria na água
Ex. dengue, malária, etc. = EDUCAÇÃO E
RECONHECIMENTO DOS LOCAIS DE CRIAÇÃO 28ParalisiaVirus (Poliomielites)Paralisia infantil
Diarréia leve a forteVírusGastroenterite
Icterícia e febreVírus (tipo A)Hepatite infecciosa
Diarréia leve a forte, indigestão, flatulência
Protozoário (Giardia)Giardíase
Diarréia prolongada, sangramento
Protozoário (Entamoeba)
Disenteria amebiana
Febre alta, diarréia, ulceração
Bactéria (Salmonella)Febre tifóide
Febre, náusea, diarréia
Salmonelose
Icterícia, febreBactéria (Leptospira)Leptospirose
Diarréia muito forte, desidratação, morte
Bactéria (Vibrio)Cólera
Forte diarréiaBactéria (Shigella)Disenteria bacilar
GRUPO I - Ingestão de água contaminada
SintomasAgente causalDoença
Principais doenças associadas com a água
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Obstrução de vasos, deformação de tecidos
HelmintoFilariose
Febre, dor forte de cabeça, dores nas juntas e músculos, erupções
VírusDengue
Febre, dor de cabeça, prostração, vômitos
Vírus Febre amarela
Febre, suor, grave ou não
Protozoário (Plasmodium)
Malária
GRUPO IV - Transmissão por insetos
Diarréia, aumento do baço e fígado, hemorragias
Helminto (Schistosoma)
Esquistossomose
Verminoses
Inflamação dos olhos, cegueira total ou parcial
Clamídea (Chlamydia)Tracoma
Úlceras na peleSarna (Sarcoptes)Escabiose
GRUPOS II e III - Contato com água contaminada
SintomasAgente causalDoença
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AVALIAÇÃO DA POTABILIDADEEXAME BACTERIOLÓGICO
Identificação e quantificação dos agentes:
• IMPRATICÁVEL
• ANÁLISES TRABALHOSAS
• BAIXA DENSIDADE NA ÁGUA (INTERMITENTE)
Descoberta de microrganismos indicadores!
Ex. Agentes patogênicos no intestino (Grupo I) - fezes
Decisão: análise de outros habitantes não patogênicos que estão em maior densidade...
MONITORAMENTO DA QUALIDADE
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MICRORGANISMOS INDICADORES (BIOINDICADORES)
Tipos de microrganismos cuja presença na água éevidência de que está poluída/contaminada com
material fecal de origem humana ou de outros animais de sangue quente.
Qualquer microrganismo patogênico que ocorre no trato intestinal desses animais pode também estar
presente
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MICRORGANISMOS DO GRUPO COLIFORME
� Em grande quantidade nas fezes humanas
� Somente em fezes de animais de sangue quente
� Resistência semelhante aos patogênicos
� Identificação por técnicas simples e econômicas
� Geralmente, inofensivo ao homem e outros animais
Sistemas com + 40 am./mês:AUSÊNCIA em 100 mL em 95% das amostras examinadas no mês.
Sistemas com até 40 am./mês:Máximo de 1 amostra positiva em 100 mL.
CT
AUSÊNCIA em 100 mLE. coliÁgua tratada no sistema de distribuição (reservatórios e rede): Recoleta no mesmo ponto + à jusante + àmontante, no mínimo.Não são tolerados valores positivos.
AUSÊNCIA em amostras 100 mLCTÁgua na saída do tratamento
AUSÊNCIA em amostras 100 mLE. coliÁgua para consumo humano em toda e qualquer situação, incluindo poços, minas, nascente e outras
PadrãoIndicadorOrigem
Padrão microbiológico de potabilidade da água para consumo humano (Portaria 518/2004)
(*) UFC = Unidades Formadoras de Colônias. Contagem realizada em20% das amostras coletadas no mês. Se acima, recoletar, inspecionar e tomar providências. 34
105 + (1 para cada 5.000 hab.) Máximo de 1000
Acima de 250.000
30 + (1 para cada 2.000 hab.)De 20.001 a 250.000
1 para cada 500 hab.De 5.001 a 20.000
10Até 5.000
no amostras para CTPOPULAÇÃO TOTAL
Número mínimo de amostras mensais em sistema de distribuição (reservatórios e rede) para fins de análises microbiológicas (Portaria 518/2004)
Na saída de cada unidade de tratamento, devem ser coletadas, no mínimo 2 (duas) amostras semanais, recomendando-se a coleta de, pelo menos, 4 (quatro) amostras semanais.
Amostras para CT devem ser retiradas no ponto de consumo (mínimo 3 pontos de consumo de água), em quantidade de 1 para cada 500 hab, semanalmente.
35Navegação, paisagemClasse 4
Abastecimento com tratamento convencional ou avançado, irrigação de árvores, cereais e forrageiras, dessedentação de animais, pesca amadora, recreação de contato secundário
Classe 3
Abastecimento após tratamento convencional, aqüicultura, irrigação de hortaliças e frutíferas e parques e jardins, proteção das comunidades aquáticas, recreação de contato primário
Classe 2
Abastecimento após tratamento simplificado, recreação de contato primário, proteção das comunidades aquáticas, irrigação de hortaliças e frutas rentes ao solo consumidas cruas
Classe 1
Consumo humano com desinfestação, preservação das comunidades aquáticas
Especial
Usos preponderantesClasses
Classificação dos corpos de água superficiais (Cons. Nac. do Meio Ambiente/CONAMA Resolução 357, 17/03/2005)
Água Doce: salinidade ≤ 0,5%
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1000
500
250
CF (termotolerantes)
100800Satisfatória
Imprópria
50400Muito boa
25200Excelente
EnterococosE. coliRecreação
Critérios para recreação de contato primário, conforme CONAMA 274 de 29/11/2000
a) Coliformes fecais (termotolerantes): bactérias do grupo dos CT, presença da enzima ß-galactosidase, capacidade de fermentar a lactose com produção de gás em 24 horas àtemperatura de 44-45°C. Além de presentes em fezes humanas e de animais podem, também, ser encontradas em solos, plantas ou quaisquer efluentes contendo matéria orgânica;
b) Escherichia coli: bactéria pertencente à família Enterobacteriaceae, presença das enzimas ß-galactosidase e ß-glicuronidase. Cresce em meio complexo a 44-45°C, fermenta lactose e manitol. É abundante em fezes humanas e de animais, tendo, somente, sido encontrada em esgotos, efluentes, águas naturais e solos que tenham recebido contaminação fecal recente;
c) Enterococos: bactérias do grupo dos estreptococos fecais, pertencentes ao gêneroEnterococcus, alta tolerância às condições adversas de crescimento, tais como: capacidade de crescer na presença de 6,5% de cloreto de sódio, a pH 9,6 e nas temperaturas de 10° e 45°C. A maioria das espécies dos Enterococcus são de origem fecal humana, embora possam ser isolados de fezes de animais.
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ANÁLISE BACTERIOLÓGICA DA ÁGUAAMOSTRAGEM:
a) a amostra deve ser coletada em frasco esterilizado;
b) a amostra deve ser representativa;
c) contaminação deve ser evitada durante e após a coleta;
d) deve ser analisada logo após a obtenção;
e) pode ser armazenada entre 0-10oC e utilizada o mais rápido possível (24h).
MÉTODOS:
• MÉTODO 1: CONTAGEM EM PLACAS
• MÉTODO 2: TESTES PARA O GRUPO COLIFORME
• MÉTODO 3: TECNOLOGIA DO SUBSTRATO DEFINIDO38
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MÉTODO 1: CONTAGEM EM PLACA
Plaqueamento: 0,1 ou 1,0 mL de água em meio ágar e incubada por 48h a 35oC (bactérias heterotróficas) –Portaria 518 (2004).
Contagem das colônias: < 500 UFC/mL, sem discriminar as espécies (patogênicas e saprófitas).
Indicação: controle de processos como sedimentação, filtração e cloração.
Alteração: passar todo o volume de água em membrana filtrante – colocar sobre almofada saturada com meio de cultura e incubar.
Contagem das colônias nas membranas.
Vantagens: representa o total do volume de água, resultados rápidos, usando meios seletivos é possível identificar tipos diferentes de bactérias. 40
MÉTODO 1: CONTAGEM EM PLACA
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MÉTODO 2: TESTES PARA O GRUPO COLIFORME
1) Teste presuntivo (inoculação em caldo lactosado): presença de gás (teste + para coliformes)
2) Teste confirmativo: do caldo lactosado para a) caldo lactosado verde-brilhante bile (CLVBB) ou b) ágar eosina azul de metileno (EMB).
Se formou gás em (a) o teste é +.
Em (b): colônias características: E. coli são pequenas, escuras com centro quase negro e brilho metálico esverdeado.
3) Teste completo: As colônias típicas do EMB são selecionadas e inoculadas em:
a) caldo lactosado (deve produzir gás)
b) ágar inclinado (fazer teste de Gram: Gram-, bacilos não esporulados).
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MÉTODO 2: TESTES PARA O GRUPO COLIFORME
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MÉTODO 3: COLILERT PRESENÇA/AUSÊNCIA OU QUANTIFICAÇÃO DE COLIFORMES TOTAIS e E. coli
• Resultados confirmados em 24h• Aprovações internacionais (método padrão no Standard Methods for Water and Wastewater, 19a ed.)• Aprovação no Brasil: Secretarias de Saúde, laboratórios de pesquisa, universidades, companhias de saneamento• Facilidade de execução e leitura• Tempo de manipulação da análise: menor que 1 min• Detecta coliformes totais e E. coli (contaminação fecal) simultaneamente em 24h• Não há necessidade de confirmação• Não há manipulação de vidrarias ou contagem de colônias• Elimina interpretação subjetiva das cores de colônias• Detecta 1 coliforme em 100 mL de amostra 44
COLILERTTECNOLOGIA DE SUBSTRATO DEFINIDO
Análise simultânea de Coliformes Totais e E. coli
Fontes de C:ββββ-d-galactopiranosideo+o-nitrofenil (ONPG)
= COLIFORMES TOTAIS
ββββ-d-glucoronideo + 4-metil-umberliferil (MUG) = E. coli
Enzimas: ββββ-D- Galactosidase (ONPG)ββββ-D-Glucoronidase (E. coli)
• A maior parte dos microrganismos não-coliformes NÃO possui estas enzimas
• Os demais são inibidos pelos antibióticos do meio
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CT
AMARELO
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FLUORESCENTE
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AUSÊNCIAPRESENÇA
QUANTIFICAÇÃO
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SISTEMA SEMI-AUTOMÁTICO PARA CONTAGEM DE BACTÉRIAS
• Adição do substrato à amostra (100 mL): pura ou diluída
• Agitação até dissolver o substrato
• Colocação da amostra+substrato em cartela específica
• Seladora: distribuição simultânea das amostras em cubos
• Incubação: estufa bacteriológica a 35oC por 24h
• Contagem dos cubos amarelos (maiores e menores) – número mais provável (NMP) de Coliformes totais
• Exposição da cartela à luz UV: contagem dos fluorescentes – NMP de E. coli (contaminação fecal)
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OUTROS BIOINDICADORES DA QUALIDADE DA ÁGUA
Nocivas em sistemas de abastecimento (odor, cor, gosto ...) - EXEMPLOS
1) BACTÉRIA OXIDANTE DE FERRO E MANGANÊS
água de cor marrom e mau cheiro
2) BACTÉRIA REDUTORA DE SULFATO
água com cheiro de ovo podre
Criptosporidium: resiste ao cloro (diarréia e cãibras)
Pseudomonas aeruginosa: teste para desinfestação de piscinas, spas, etc.
Helicobacter pylori: 90% das úlceras (cloro destrói)
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REFERÊNCIA SUGERIDA
PORTARIA MS no 518, de 25/03/2004
Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências.
Saxitoxina: EUA, Austrália, Brasil, Europa (Portugal)
Cilindrospermopsina: EUA, Austrália, Brasil, Japão, Israel, Europa
Microcistina: EUA, Austrália, Canadá, Europa e China
Lingbyatoxina: EUA, Austrália, Ilhas do Pacífico
• Microcistinas (+65 variantes): água doce(Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Nostoc,
Anabaenopsis)
• Nodularinas: água marinha (Nodularia)
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4. EVIDÊNCIAS DE INTOXICAÇÕES HUMANAS
Descritas na Austrália, Inglaterra, China e África do Sul.
1988: correlação entre florações em Itaparica (BA) e morte de 88 pessoas (das 200 intoxicadas)
1996: pacientes submetidos à hemodiálise em Caruaru (PE) - 123 pacientes com hepatoxicose (54 mortes após 5 meses do início dos sintomas) - água não bem tratada (Cl no próprio caminhão)
Análises em laboratórios brasileiros e americanos: presença de MICROCISTINAS no carvão ativado e em amostras de sangue e fígado dos pacientes.
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5. FATORES AMBIENTAIS QUE INFLUENCIAM A PRODUÇÃO DE CIANOTOXINAS
• Variações temporais, sazonais, anuais e espaciais
• Alterações: cepas tóxicas e não tóxicas (população)
Questões:
1. Existem cepas geneticamente distintas que não produzem toxinas? OU