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Tipo: Tese
Título: Cyanobacteria In a climate change scenario: a new approach
Autor(es): Barros, Mário Ubirajara Gonçalves
Orientador: Capelo Neto, José
Palavras-chave: Saneamento;Cianobactérias;Eutrofização;Nutrientes;Mudanças climáticas;Blue-green algae;Nutrients;Eutrophication
Data do documento: 2018
Citação: BARROS, M. U. G. Cyanobacteria In a climate change scenario: a new approach. 2018. 108 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Resumo: As cianobactérias produzem uma ampla variedade de metabólitos secundários tóxicos e compostos bioativos, conhecidos como cianotoxinas. No Brasil, o monitoramento da frequência e concentração de cianotoxinas foi intensificado após a morte de 65 pacientes em uma clínica de hemodiálise em Caruaru, no estado de Pernambuco, devido à exposição por microcistinas. O objetivo principaldeste estudo foi através do uso de ferramentas de estatística multivariada, realizar estudos que incorporemparâmetros ambientais (bióticos e abióticos) para prever florescimentos de cianobactérias e seus metabólitos secundários tóxicos em 20reservatórios de água potável utilizadospela Companhia de Água e Esgoto do Ceará(CAGECE) no região semiárida, Ceará, Brasil; como também desenvolver um índice deavaliaçãodecianobactérias (Icyano), levando em consideração, os principais parâmetros monitorados para o controlee gerenciamentode cianobactériasem reservatórios de abastecimento humano. Em quatro anos (janeiro de 2013 a janeiro de 2017), 114 diferentes fitoplanctonos foram identificados, incluindo 24 espécies de cianobactérias. Em geral, os reservatórios do Ceará foram dominados por cianobactérias devido, principalmente, à eutrofização; mas também devido ao clima seco e quente encontrado em toda a região. Curiosamente, as concentrações de cianobactérias específicas foram influenciadaspor diferentes fatores bióticos e abióticos. Por exemplo, o nitrogênio total foi relacionado a taxa de produção de saxitoxina, especialmente, a espécie Cylindrospermopsis raciborskii, enquanto a temperatura, irradiação e transparência (medida em profundidade de Secchi) foram associadas a taxa de produção de microcistinas, como a espécie Microcystis aeruginosa. A abundância de Planktothrix agardhiifoi relacionada à concentração total de fósforo e chuvas. Considerando queas previsões climáticas prevêem maior evaporação e temperaturas na região semi-árida do Ceará e que tais mudanças provavelmente aumentarão as secas e a escassez de água, bem como promoverão a proliferação de cianobactérias tóxicas em reservatórios no futuro, entender os fatores associados à proliferação de cianobactérias é primordial para a gestão de recursos hídricos. No modelo de índice proposto, temperatura, evaporação, irradiação, condutividade elétrica e fósforo mostram Wi (peso de cada parâmetro) = 0,073, 0,061, 0,032, 0,039 e 0,042, respectivamente. Clorofila (Wi = 0,202), nitrogênio total (Wi = 0,191) e concentração de cianobactérias (W = 0,214) foram os três parâmetros mais importantes para a composição do índice, representando aproximadamente 60% dacomposição do peso do indice (Wi). Todos os reservatórios classificados com Icyanobom (Good) usama tecnologia de tratamento de água de filtração direta, enquanto, muitos dos 10reservatórios com médio Icyano(AMR, EQ, PM, PU, SD, SN e T) usam uma unidade de pré-tratamento seguida por uma unidade de filtração direta. Além disso, o reservatório PS (Bad) também tem duas unidades de tratamento (pré-tratamento + filtragem direta), e o reservatório FQ (Very bad) apresentou a tecnologia de ciclo completo. Pode-se observar que à medida que o Icyanoaumenta, as estações de tratamento de água mudam de sua conformação original (filtragem direta) para umtratamento mais robusto agregando umpré-tratamento para fornecer água bruta à qualidade exigida pela atual legislação brasileira. Os parâmetros que mais contribuíram para a explicação do modelo proposto foram temperatura, evaporação, luz solar, condutividade elétrica, clorofila, nitrogênio total, fósforo total, profundidade de Secchi e concentração de cianobactérias. Uma alta razão de N: P foi observada e pode explicar melhor a dominância de cianobactérias nos reservatórios estudados.Diante disso, concluimos que foi possível montar um índice que relaciona a qualidade da água ao risco de cianobactérias e comparar esse índice com a tecnologia de tratamento de água, auxiliandogestores de recursos hídricos na priorização dos investimentos em estações de tratamento de água.
Abstract: Cyanobacteria are knownto produce a wide variety of bioactive, toxic secondary metabolites generally described as hepatotoxins, neurotoxins, cytotoxins, or dermatoxins. In Brazil, the monitoring of the frequency and concentration of cyanotoxins has intensified after the death of 65 patients in a hemodialysis clinic in Caruaru in the state of Pernambuco due to microcystin exposure. The primary objective of this study was to use multivariate statistics that incorporated environmental parameters (both biotic and abiotic) to forecast blooms of cyanobacteria and their toxic secondary metabolites in 20 drinking water reservoirs managed by the Water Treatment Company of Ceará (CAGECE) in the semi-arid region of Ceará, Brazil, as also develop an index for the study of cyanobacteria (Icyano)taking into account the main monitored parameters for the control of cyanobacteria in order to provide summary information.Across fouryears (January 2013 to January 2017), 114 different phytoplankton taxa were identified, including 24 cyanobacterialspecies. In general, Ceará reservoirs were dominated by cyanobacteria due to eutrophication but also because of the dry and warm climate found throughout the region. Interestingly, specific cyanobacterial taxa were influenced by different biotic and abiotic factors. For example, total nitrogen was related to saxitoxin-producing taxa, especially Cylindrospermopsis raciborskii, while temperature, irradiation and transparency (measured as Secchi depth) were associated with microcystin-producing taxa, such as Microcystis aeruginosa. Planktothrix agardhiiabundance was related to total phosphorus concentration and rainfall. Considering that climate forecasts predict higher evaporation and temperatures in the semi-arid Ceará region and that such changes will likely magnify droughts and water scarcity as well as promote toxic cyanobacterial blooms in reservoirs in the future, understanding the factors associated with algal blooms dominated by specific taxa is paramount for water resource management.In the proposedindex model, temperature, evaporation, sunlight, electrical conductivity,and phosphorus show Wi (weight of each parameter) = 0.073, 0.061, 0.032, 0.039 and 0.042, respectively. Chlorophyll (Wi= 0.202),total nitrogen(Wi = 0.191),and cyanobacteria concentration (W = 0.214) were the three most important parameters to the index composition, representing approximately60% of the Wi composition. All reservoirs classified as goodIcyanoused direct filtration water treatment technology,whilemany of the medium Icyanoclassified reservoirs (AMR, EQ, PM, PU, SD, SN and T) used a pretreatment unit followed by a direct filtration unit. Additionally, PS(Bad)reservoir also has beentwo treatment units (pretreatment + filtration direct), and the reservoir FQ(Very bad)presented the complete cycle technology.It can be seen that as Icyano increases, water treatment plants switchfrom theiroriginal conformation (direct filtration) to using apre-treatmentto provide raw water to the quality required by current Brazilian legislation.The parameters that most contributed to the explanation of the proposed model were temperature, evaporation, sunlight, electrical conductivity, chlorophyll,total nitrogen, total phosphorus, Secchi depth,andconcentration of cyanobacteria. A high ratio of N:Pwas observed andmay best explainthe dominance ofcyanobacteria inthestudiedreservoirs, however, it cannot be considered as the only factor favoring the dominance ofcyanobacteria.It was possible to set up an index that relates water quality to the risk of cyanobacteria, and comparing the index with the water treatment technology and auxiliary in the prioritizationof the investments in water treatment plants.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/39360
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