Eutrofização em Reservatórios

Eng. Charles Carneiro, Dr.Assessoria de Pesquisa e Desenvolvimento Assessoria de Pesquisa e Desenvolvimento Assessoria de Pesquisa e Desenvolvimento Assessoria de Pesquisa e Desenvolvimento –––– APD APD APD APD

Diretoria de Meio Ambiente e ADiretoria de Meio Ambiente e ADiretoria de Meio Ambiente e ADiretoria de Meio Ambiente e Açççção Social ão Social ão Social ão Social ---- DMA DMA DMA DMA Companhia de Saneamento do ParanCompanhia de Saneamento do ParanCompanhia de Saneamento do ParanCompanhia de Saneamento do Paranáááá –––– SANEPARSANEPARSANEPARSANEPAR

Eutrofização de Mananciais

HOJE: 250 milhões de pessoas em 26 países enfrentam a falta crônica de água

PREVISÃO: em 30 anos, o número saltarápara 3 bilhões em 52 países

CONTEXTO

Disponibilidade per capta de água no mundo

�5 .000 m³/ano

�1.700 a 5.000 m³/ano

< 1.700 m³/ano

< 50% da população com acesso a água

Tendência no consumo global de água, 1900-2000.

Fonte: Biswas, 1991

PARANÁ - PARTICIPAÇÃO DOS SETORES CONSULTIVOS NA DEMANDA HÍDRICA

12,44%

43,80%20,55%

23,21%

Abast. público Indútria Agricultura (Sit. Atual) Pecuária

DEMANDA DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO NA RMC

Fonte: MAZUCHOWSKI e TOSIN, 1997.

Ano Demanda (l/s) Aumento da demanda/ano (L/s)

1.996 6.395

1.997 6.690 295

1.998 7.000 310

1.999 7.326 326

2.000 7.667 341

Aumento da demanda/ano (L/s)

ÁGUARios

Reservatórios

Rios de pequenas vazões (proximidade de nascentes)

GARANTIR SEGURANÇA NO ABASTECIMENTO RESERVAÇÃO

IQA Paraná – melhor situação – 2000 - 2006

IQA Paraná – pior situação – 2000 - 2006

* Estima-se atualmente 800.000 barragens em operação em

todo o mundo. Onde 45.000 de grande porte (CMB, 1999)

Principais problemas mundiais em águas de

abastecimento e reservatórios (Kira, 1998):

Acidificação

Substâncias Tóxicas

Sedimentos

Assoreamento

Eutrofização

Sedimentos / Assoreamento

�� Paraná apresenta sérios problemas em todas as bacias hidrográficas

REGISTROS:

•Paraná perde anualmente cerca de 12 milhões de toneladas solos (DNAEE, 1990)

•Brasil perde anualmente pelo menos 500 milhões de toneladas de solos (BERTONI & LOMBARDI NETO, 1999)

•agricultura contribui com 43% da carga de N, 41% de P e quase 100% do K dos rios brasileiros (EMBRAPA, 1995) �

US$ 190 milhões /ano

Erosão – Campo Largo / PR

Pé de arado

Cuiabá / MT

Ridente Junior, 2008

Botucatu / SP

Áreas Degradadas por Mineração – Criciúma/SC

Forquilinha - SC

Criciúma - SCEsgotos e Mineração

Rio Pitangui Ponta Grossa / PR

Rio Timbu – Campina Grande do Sul / PR

Reservatório Iraí Quatro Barras / PR

Parque São Lourenço Curitiba / PR

Represa Billings - Seção de Geo-Radar (Aquino & Lopez)

PMSBC, 2008

Represa Billings / SP

Área agricultada com boas práticas de conservação

Área agricultada sem boas práticas de conservação

Área urbanizadaImpermeabilização e runoff

CARNEIRO, 2008

Descarga fluvial no Reservatório Iraí c/ chuva

Redução nos custos de tratamento de água em função do uso da bacia

CUSTOS

Eutrofização

CONCEITO

Eutrofização é o aumento da concentração de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, nos ecossistemas aquáticos, que tem como conseqüência o aumento de suas produtividades.

• MACRÓFITAS AQUÁTICAS (PLANTAS)

• FITOPLÂNCTON (ALGAS TÓXICAS E NÃO-TÓXICAS)

Eutrofização �� nutrientes �� florações algais:

Mundo: Austrália, Canadá, Estados Unidos, Argentina, vários países

europeus, Japão

Brasil: São Paulo, Paraná, Rio de Janeiro, Minas Gerais, Bahia,

Distrito Federal, Pernambuco (62 mortes em Pernambuco

�� cianotoxinas na água utilizada para hemodiálise

No Paraná: além de Curitiba, outras cidades como Londrina, Foz do

Iguaçu e Ponta Grossa já apresentam problemas semelhantes.

ALGUNS EXEMPLOS DE PROBLEMAS RELACIONADOS À CIANOBACTÉRIAS TÓXICAS

Carmichael & RenHui, 2006

Cylindrospermopsis sp

Aphanocapsa sp

Microcystis sp

Algumas cianobactérias.....

É UM PROBLEMA MUNDIAL !!!

Fonte: Foto Ciência Hoje, 1980

Represa Bilings, SP

Fonte: AZEVEDO, 2008

Jornal O Globo 11/11/04

Microcystis - Zona Costeira / RJ

Noctiluca - Washington - EUA

Microcystis – Lagoa da Tijuca - RJ

Microcystis – Foz do Areia - PR

RESERVATÓRIO ALAGADOS –

PONTA GROSSA

Reservatório Iraí - 2003 - Microcystis sp

Fonte: O Estadão, 2006

FLORAÇÕES DE CIANOBACTÉRIAS: CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS

HomemAnimaisBiota aquat

PropriedadesOrganolépticas(odor / sabor)

Dificulta e encarece o tratamento

Alterações propriedad

FATORES

Fontes Pontuais

Fontes Difusas

Clima(chuva /estiagem)

Fluxo Hídrico /Vazão

Morfometria

Pedologia

Vegetação

Inóculo

CAUSAS

Nutrientes( N e P )

ConcentraçãoTurbidez (luz / fotoss)Temperatura (densidade)Tempo de residênciaTurbulência

Fertilidade natural

Provisão de nutrientes

Contaminação

CONSEQUÊNCIAS

Toxinas

OutrosSub-produtos(MIB/geosmina)

Abastecimento Público

Ecossistema

* Disponibilidade biológica de P reduzida

* A maior parte do P-solúvel está retida nos ecossistemas terrestres

* P-solúvel é rapidamente adsorvido por partículas da fração argila e colóides

* Precipitação sob várias formas

* Ausência de fase gasosa

Por que o P é considerado o principal fator limitante?

Lago 226 – Canadá - dividido com uma cortina, em função da adição de P

Fonte: Schindler et al. (1973)

Box Plot Fósforo total (µg/L)

F1 F2 F3 F4 F5 TD1 TD3 TD4 TD5 TD6 TDN TE7 TE8 TE9 TE10 TE11 TE12 TE13 TE14 TE150

100

200

300

400

500

600

Pt (

µg/L

)

Pt: F(19,118) = 0,900771924, p = 0,5828

Median 25%-75% Non-Outlier Range Outliers

VMP CONAMA 357

•P50% acima de 50 µg/L �� Todos•P25% �� exceção F5 e TE12•Investigar solo: geopedoquímica ou tecnogênica

Reservatório Rio Verde / PETROBRÁS -- 2008 - 2009

Stacked Plot Série Nitrogenada (mg/L)

F1 F2 F3 F4 F5 TD1 TD3 TD4 TD5 TD6 TDN TE7 TE8 TE9 TE10 TE11 TE12 TE13 TE14 TE150,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Nnitra Nnitri Nam Norg

•Predomínio de formas orgânicas e nítricas•Janeiro �� chuva


P to ta l (µ g /L )

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

J 1 J 2 J 3 J 4 P 1 P 2 P 3 P 4 R 1 R 2 R 3 R 4

m a i jun ju l a g o s e t out

LMPTributdireto

LMPreservat

Reservatório Alagados / Ponta Grossa -- 2007 - 2008

0

5 0 . 0 0 0

1 0 0 . 0 0 0

1 5 0 . 0 0 0

2 0 0 . 0 0 0

2 5 0 . 0 0 0

3 0 0 . 0 0 0

3 5 0 . 0 0 0

4 0 0 . 0 0 0

4 5 0 . 0 0 0

5 0 0 . 0 0 0

5 5 0 . 0 0 0

6 0 0 . 0 0 0

6 5 0 . 0 0 0

7 0 0 . 0 0 0

7 5 0 . 0 0 0

2 0 . 0 0 0

CIANOBACTÉRIAS 2006 - 2009

DINAMICA DE FOSFORO

pH

Fraç

ão (%

P)

H

Distribuição de H3PO4 e dos íons fosfato em função do pH. (adaptado de Mello et al., 1984)

Formas orgânicas: compostos de P (ADP, ATP, fitina, outros complexos, etc)

Formas minerais:

P-precipitado/complexado/adsorvido (difícil solubilização);

P-solúvel – ortofosfatos (prontamente absorvíveis);

Relação Temperatura x Densidade da água em reservatórios

Estratificação térmica

Dinâmica de ortofosfatos em função do perfil de oxigênio no hipolímnio

•complexacomplexacomplexacomplexaçççção na forma de hidrão na forma de hidrão na forma de hidrão na forma de hidróóóóxido de Fe hidratado; xido de Fe hidratado; xido de Fe hidratado; xido de Fe hidratado; •••• adsoradsoradsoradsorçççção ão ão ão àààà argilas; argilas; argilas; argilas;

•adsorvido ao Ca e Mg (pH badsorvido ao Ca e Mg (pH badsorvido ao Ca e Mg (pH badsorvido ao Ca e Mg (pH báááásico);sico);sico);sico); •••• complexacomplexacomplexacomplexaçççção com complexos de Al e Mn (pH ão com complexos de Al e Mn (pH ão com complexos de Al e Mn (pH ão com complexos de Al e Mn (pH áááácido)cido)cido)cido)

Horne & Goldman (1997)

0

25

50

75

100

125

150

175

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

0 13 20 37 47 55 66 71 95 121 991

Ponto 12AA

0

25

50

75

100

125

150

175

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

0 6 11 17 28 38 53 68 81 90

Ponto 27IU

0

25

50

75

100

125

150

175

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

0 12 27 32 42 59 67 79 92 107 1107

Tempo (min)

Ponto 12IU

Vazão (m³/s) Carga P total

-25

0

25

50

75

100

125

150

175

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

0 13 20 37 47 55 66 71 95 121 991

P to

tal (

kg d

ia-1

)

Vaz

ão (m

3 s-1

)

Tempo (min)

Ponto 80DU

Vazão (m³/s) Carga P total

Cargas de P-total na estiagem e durante chuvas

2,6 kg dia-1 � máximo para permanecer mesotrófico (GOBBI, 2003)

Área Urbana bastante significativa em cargas � concentração e vazão

80,07 kg dia-1

6,01 kg dia-1

2,82 kg dia-1

175,29 kg dia-1

12,2 kg dia-1

8,83 kg dia-1

Pequeno pico 20 kg dia-1

� valores baixos de cargavalores baixos de carga

CARNEIRO, 2008

175,29 kg dia-1

12,2 kg dia-1

P total

Carga Total

Carga Relativa


Carmichael & RenHui, 2006

NOMES E ORGANISMOS PRODUTORES DE CIANOTOXINAS

CIANOTOXINAS

Neurotoxinas

• Anatoxina-a

• Anatoxina-a(s)

• Saxitoxinas

• BMAA (beta metil-aminoalanina)

Hepatotoxinas

• Microcistinas

• Nodularina

• Cilindrospermopsina

MicrocistinasMicrocistinas

Carmichael, 1994. Scientific American, 270:78-86

Consideradas carcinogênicas pelo mecanismo de ação, por estudos em animais e por dados epidemiológicos TDI = 1,0 µµµµg/L ou 0,04 µµµµg/Kg/dia

Cianotoxinas mais freqüentemente encontradasHeptapeptídeos cíclicos – mais de 90 variantes

Compound Chemistry Source LD50

µg kg-1 BW botulin A (s.c.) protein soil bacteria (Chlostridium 0.004

ciguatoxin 1 polyether marin dinoflagellates 0.25 batrachotoxin steroid tropical frogs (Phyllobates 2

saxitoxin alkaloid cyanobacteria 8 tetrodotoxin alkaloid puffer fish (symb. bacteria) 8

anatoxin-A(s) alkaloid cyanobacteria 40 microcystin-LR peptide cyanobacteria 50

amanitine peptide mushroom (Amanita 100 anatoxin-A alkaloid cyanobacteria 250 aconitine terpenoid monkshood (Aconitum sp.) 270

microcystin-RR peptide cyanobacteria 600 strychnine alkaloid Strychnos nux-vomica 980 phalloidine peptide mushroom (Amanita 2,000

cylindrospermopsin alkaloid cyanobacteria 2,100 rotenone alkaloid Lonchocarpus (fabaceae) 2,650

domoic acid amino acid diatom (Pseudonitzschia 3,600 digitoxin steroid foxglove (Digitalis sp.) 3,900 ouabain steroid tropical plants 11,000 atropine alkaloid solanaceae 30,000

Toxicidade de algumas moléculas naturais

FONTE: AZEVEDO, 2008 - Compilado do website da National Library of MedicineNOTA: Toxicidade relativa a aplicação i.p. em camundongos;

LIMITES MÁXIMOS PARA CIANOTOXINAS EM ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO (Portaria 518/MS)

Microcystis aeruginosa Microcistinas - 1µµµµg/L

Cylindrospermopsis raciborskii Cilindrospermopsinas - 15µµµµg/L

Anabaena solitaria Saxitoxinas - 3µµµµg/L

Numero de cianobactérias - < 20.000 células água bruta

ÁGUA TRATADA

Local

DATAS DE COLETAS

jun01 mai02 ago03 set03 fev04 mar/04

Represa Iraí

Curitiba> 10.000 2094 2146 87,1 226

ETA Iraí

In-Natura1,1 7,9 5,8

ETA Iraí

Tratada0,1 0,04 0,1 0,1 0,07

ETA Iguaçu

Tratada0,11 0,05 0,05 0,06 0,08

ETA Tarumã

Tratada0,06 0,05 0,08 0,03 0,06

Ocorrência de Microcistinas em mananciais e estações de tratamento RMC (µg/L)

Portaria 518 �� Microcistinas - 1µµµµg/L

O QUE FAZER ?

• Planos de ação integrada entre os órgãos

• Programas de conscientização

• Programas de monitoramento

• Estabelecimento de Níveis de Alerta e Planos de Ação

• Pesquisa Interdisciplinar

• Medidas Técnicas – impedimento ao aporte de cargas

• Medidas corretivas - recuperação de lagos

AÇÕES INSTITUCIONAIS

Métodos Físicos:

•Remoção de macrófitas aquáticas;•Redução do tempo de residência.•Aeração do hipolímnio;•Retirada seletiva da massa d’água;•Retirada do sedimento de fundo;•Retirada da biomassa planctônica;•Sombreamento

Recuperação de lagos

Métodos Químicos:•Floculação de nutrientes (precipitação do fosfato, com sulfato de alumínio);•Oxidação química do sedimento;•Uso de herbicidas (sulfato de cobre);•Cobertura do sedimento (selar com argila)

Métodos Biológicos:•Peixes (não têm sido efetivos);•Macrófitas (problemas com o controle);•Zooplâncton;•Moluscos

• Toxinas muito potentes e possivelmente carcinogênicas;

• Potencialmente podem ocorrer em qualquer ecossistema aquático;

• Ocorrem geralmente em altas concentrações intracelulares, podendo estar diluídas no ambiente;

• Altamente variáveis quanto a estrutura química e propriedades;

• Produzidas naturalmente sendo dificilmente consideradas pelas legislações;

• Moléculas relativamente estáveis e, portanto, não facilmente degradadas.

O que já se tem comprovação científica sobre as toxinas de algas...

– As cianobactérias são reflexo de ambientes onde o impacto do excesso de nutrientes favoreceu o crescimento de organismos que em condições normais não se desenvolveriam e não dominariam o ambiente;

– Eutrofização: um problema atual e mundial;

– Tem como causa principal, em nosso país, a pequena parcela de esgotostratados e atividades agropecuárias;

– Nas regiões mais populosas, mesmo que todos os lançamentos de esgotos sejam interrompidos, serão necessários muitos anos e altos investimentos em eco-tecnologias para que esses ecossistemas sejam recuperados;

− Necessidade de mais pesquisas;

– Recuperar os ambientes degradados e ampliar políticas de proteção e gerenciamento dos recursos hídricos de forma INTEGRADA.

CONSIDERACOES FINAIS

N ú m e r o d e c ia n o b a c té r ia s to ta is , r e la c io n a d a s a o L M P d a p o r ta r ia C o n a m a , c la s s e 3 , d e 2 0 0 2 a 2 0 0 6 .

0

2 0 0 . 0 0 0

4 0 0 . 0 0 0

6 0 0 . 0 0 0

8 0 0 . 0 0 0

1 . 0 0 0 . 0 0 0

1 . 2 0 0 . 0 0 0

21/1

/02

18/3

/02

27/5

/02

12/8

/02

1/10

/02

2/12

/02

3/2/

03

22/4

/03

30/6

/03

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8/03

2/10

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8/12

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2/04

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03/0

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7/05

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0/05

20/2

/06

4/4/

06

Cia

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C ia n o b a c té r ia s T o ta is C o n a m a 3 5 7 / C la s s e 3

Evolução do Reservatório Iraí – 2002 a 2006

33 Ações � Proteção de Mananciais – DMA/DO/SANEPAR

2001 = 115 kg / dia

2003 = 12,4 kg / dia

2004 = 9,6 kg / dia

2005 = 3,5 kg / dia (estiagem)

2008 = 8,2 kg/dia

OBRIGADO!!!OBRIGADO!!!

Charles CarneiroCharles CarneiroAssessoria de Pesquisa e DesenvolvimentoAssessoria de Pesquisa e DesenvolvimentoDiretoria de Meio Ambiente e ADiretoria de Meio Ambiente e Açção Socialão Social

Companhia de Saneamento do ParanCompanhia de Saneamento do Paranáá -- SANEPARSANEPAR

EE--mail: mail: [email protected]

Fone: (0xx41) 3330 3397Fone: (0xx41) 3330 3397

Eutrofização em Reservatórios

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