Influence du nombre de tirs laser sur les dimensions des cratères et sur la quantité de

Segundo Heller e Pádua (2010), deve-se considerar a desinfecção da água com caráter corretivo e preventivo. Isso porque, no primeiro contexto objetiva-se a eliminação de organismos patogênicos que possam estar presentes na água, incluindo bactérias, cianobactérias, protozoários e vírus. Por outro lado, é mantido um residual do composto desinfetante na água fornecida à população, para que em casos de eventual contaminação na rede de distribuição, este possa atuar preventivamente, e indicar a qualidade da água distribuída.

Sabe-se que os processos de desinfecção de águas para o abastecimento humano podem ser realizados principalmente por dois tipos de mecanismos: agentes físicos e químicos. Os primeiros são os que apresentam ação relacionadas a energia de radiação. Tendo como principais representantes a radiação UV, gama, solar, e até mesmo a fervura, em nível domiciliar. Já os agentes químicos, são elementos ou compostos com potencial de oxidação, como o cloro, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, acido acético, bromo, ozônio, entre outros (LIBÂNIO, 2010).

De maneira geral, pode-se afirmar que a ação dos desinfetantes pode dar-se por lise celular, intervenções nos processos reprodutivos e até mesmo por difusão do próprio agente desinfetante no interior celular do microrganismo patógeno. No que tange ao tratamento de água, talvez a maior preocupação sobre a oxidação de cianobactérias seja a lise celular, com a consequente liberação de metabolitos indesejados ao meio liquido. Muitos autores têm destacado a ação de lise de vários compostos desinfetantes em diversos táxons de cianobactérias.

O cloro, como amplamente conhecido, é um potente agente oxidante e provavelmente é o mais utilizado no Brasil para a operação de desinfecção de águas destinadas ao abastecimento público. Quando em solução aquosa, o cloro hidrolisa para a forma de ácido hipocloroso e o íon hipoclorito dependendo do pH da água. Pode-se ver um exemplo de uma possível reação na equação 1.

Eq. 1 C12 + H2O = HOCl + H+C1-

De acordo com Cheremisinoff (2002), a alta eficiência do ácido hipocloroso é atribuída a facilidade pelo qual ele penetra a parede celular. Essa penetração é comparável a da água por dois motivos: devido ao seu baixo peso molecular e sua neutralidade elétrica. A morte dos organismos, inclusive as cianobactérias, é resultado de

uma reação química com o HOC1 com um sistema enzimático no interior celular, que é essencial ao funcionamento metabólico do organismo. A enzima atacada é a triose- fosfato-desidrogenase, essencial para a digestão da glicose.

De acordo com o Centers for Disease Control and Prevention (Centro para controle e prevenção de doenças) – USA, o cloro inativa a maior parte dos patógenos que causam doenças relacionadas com diarreia em humanos. A tabela 5 contém informações sobre a eficácia da ação desse agente sobre alguns patógenos comumente causadores de doenças em humanos.

Tabela 5- Relação microrganismos vs cloro.

Patógeno Importância sanitária Persistência nos recursos hídricos Tolerância ao cloro Concentração de cloro (mg.L-1) Porcentagem de inativação (%)

E. coli Alta Moderada Baixa 0,50 99,99

Salmonella typhi

Alta Moderada Baixa 0,05 99,2

Rotavirus Alta Longa Moderada 0,20 99,99

Hepatitis A Alta Longa Moderada 0,41 99,99

Entamoeba histolytica

Alta Moderada Alta 2,00 99

Giardia intestinalis

Alta Moderada Alta 1,50 99,9

Fonte: CDC https://www.cdc.gov/safewater/effectiveness-on-pathogens.html

Há muito tempo, especialista vêm relacionando o uso de oxidantes, almejando remoção de microalgas, com a liberação de componentes intracelular para o meio aquático. No passado, com as barreiras tecnológicas para uma detecção mais precisa do conteúdo desses componentes, essa liberação era medida apenas em termos de carbono orgânico dissolvido (BETZER; KOTT, 1969; ECHELBERGER et al., 1971).

Com o avançar das tecnologias analíticas de compostos orgânicos dissolvidos nas águas das mais variadas fontes, muitos estudos têm sido desenvolvidos objetivando entender melhor como os compostos oxidantes atuam nos microrganismos presentes na água e o que é liberado, como resultado dessa interação de compostos químicos com as células em suspensão na água.

Peterson et al. (1995), ao estudarem os efeitos de três grupos de compostos químicos (Grupo 1 – Sulfato de alumínio e Cloreto férrico; Grupo 2 – Peróxido de hidrogênio e Hidróxido de cálcio; Grupo 3 – Cloro, Sulfato de cobre, Permanganato de potássio) nas células de cianobactérias, constataram que o cloro pode causar completa

inativação fisiológica de Aphanizomenon flos-aquae em concentrações consideradas como recomendáveis ao tratamento de água (0.5 a 2.0 mg/l), e que essa inativação pode vir acompanhada de vasto dano na membrana celular e a consequente liberação de materiais orgânicos intracelular, inclusive geosmina.

Daly et al. (2007), analisando o efeito da cloração na integridade celular de M. aeruginosa, observaram que usando um cultivo de densidade celular de aproximadamente 300.000 cel.mL-1 e doses de cloro de 12 mg.L-1 ou superiores, causaram lise celular em mais de 98% das células no primeiro minuto de contato. Ao passo que, doses menores que 7 mg.L-1 não persistiram muito mais que um minuto, resultando em uma progressiva diminuição nos danos celulares, já que a concentração de cloro ia diminuindo.

Trabalhos realizados em condições de laboratório podem não simular os reais efeitos dos compostos oxidantes nas cianobactérias presentes na água bruta dos reservatórios utilizados para abastecimento publico. Um dos motivos para isso é que, na maioria das vezes, espécies coloniais podem apresentar-se em células isoladas quando cultivadas em laboratório. Para investigar se essa modificação organizacional de células confere alguma proteção contra a ação de desinfetante, Fan et al. (2016) realizaram experimentos também utilizando M. aeruginosa.

Os autores perceberam que a integridade da membrana celular foi menos afetada quando as maiores colônias de M. aeruginosa foram expostas ao cloro. Observou- se, por exemplo, que 1%, 16% e 70% das células ficaram intactas após 3 minutos de exposição ao cloro em colônias menores que 37µm, entre 37 e 270µm e entre 270 e 550, respectivamente, usando a mesma dose de cloro (1,0 mg.L-1).

A intensidade do efeito do cloro na membrana celular fitoplanctônica também tem sido estudada. Ma et al. (2012), também estudando o efeito de desinfectantes em M. aeruginosa, perceberam que antes da cloração as células apresentavam-se esféricas, superfície lisa e com alguns filamentos saindo da superfície. Ao exporem as células a uma concentração de 2 mg.L-1 durante 120 minutos, não foram observadas significativas alterações morfológicas na maior parte das células. Esses resultados reforçam os de Lin et al. (2009), que estudando os efeitos do cloro sobre as cianobactérias M. aeruginosa e A. circinalis (agora Dolichospermum circinalis), relataram danos nas células os quais levaram a sua ruptura, sem, entretanto, levar à completa desintegração celular.

Entretanto, é possível achar na literatura, exemplos em desconformidade com os eventos observados por Ma et al. (2012) e Lin et al. (2009). Um exemplo é o

trabalho desenvolvido por Sukenik et al. (1987). Nessa pesquisa, foram estudados os efeitos de cloro, ozônio e dióxido de cloro em Scenedesmus sp. Observou-se que a integridade celular e as concentrações de clorofila na água foram menos afetadas pelo ozônio do que por cloro e dióxido de cloro. O dióxido de cloro apresentou-se com maior potencial destrutivo das células. Quando adicionado em água na dosagem menores que 5 mg.L-1, reduziram a porcentagem de células íntegras para menos de 1% da densidade celular.

Esses autores relataram ainda que, mediante imagens de microscópio eletrônico de varredura, as células expostas aos três oxidantes estudados apresentaram considerável dano na arquitetura da superfície celular, mostrando que esses oxidantes têm a potencialidade de atacar tanto as estruturas do envelope celular, quando os componentes intracelulares.

Uma das principais preocupações relativas a utilização de cloro como agente desinfetante é a possibilidade de formação de subprodutos químicos, a partir da reação com matéria orgânica dissolvidas na água. De acordo com Tomlinson et al. (2016), a formação desses compostos (e.g trihalometanos e ácidos haloacéticos), é função da disponibilidade e do tipo de matéria orgânica natural, escolha de desinfetante (cloramina, ozônio, dióxido de cloro), presença de compostos inorgânicos (brometo, iodeto, nitrito e nitrato) e condições físicas da reação.

Desde o primeiro relato desses compostos feito por Rook (1974), diversos trabalhos têm sido desenvolvidos acerca dos perigos que eles representam. Os trihalometanos, por exemplo, têm sido há muito associados ao desenvolvimento de câncer na bexiga (CANTOR, 1997; VILLANUEVA et al., 2007). Bove Jr et al. (2007), estudando casos de incidência de câncer retal, observaram que existia um padrão geográfico para o aumento do risco deste tipo de câncer em áreas cujas as águas apresentavam maiores concentrações de bromoforme.

O ozônio também tem sido utilizado por muitos pesquisadores e companhias de saneamento. Miao e Tao (2009), afirmam que o uso de ozônio no tratamento de água é vantajoso devido:

ü (1) Trata-se de um processo destrutivo com menos formação de subprodutos nocivos (comparado ao cloro);

ü (2) Tem a capacidade e de oxidar contaminantes em curto período de tempo (comparado ao UV e TiO2);

ü (3) Não leva a poluição secundária (comparado ao permanganato). Miao e Tao (2009), estudando os efeitos da exposição ao ozônio sobre M. aeruginosa e seus metabólitos, observaram que doses de ozônio entre 1–5 mg.L−1 resultaram em alteração da parede celular da espécie em estudo. Além disso, observou- se que a ozonização de células de M. aeruginosa, na dose de 5mg.L-1 por 1 hora, resultou em remoção de 91.2% desses organismos do meio líquido. Vale ressaltar o relato de que com a administração de doses a partir de 3 mg.L−1, as células que sofreram danos não sobreviveram, ou seja, não eram mais viáveis. A lise celular com a consequente liberação de conteúdo intracelular foi comprovada com a detecção de incremento de carbono orgânico dissolvido após a exposição das amostras às dosagens de ozônio.

Coral et al. (2013), estudaram o efeito do ozônio na M. aeruginosa e na Anabaena flos-aquae, nas concentrações de 25x104 cél.mL-1 e 1,5x106 cél.mL-1, sob as dosagens de 0,5; 2,0 e 4,0 mg L-1 em pH 6 e pH 8. Os autores perceberam completa perca de viabilidade celular para ambas as espécies, ao exporem os organismos ao ozônio a CT's menores que 0,2 mg.L-1. Mostrando, assim, o forte potencial oxidante do ozônio nas células de cianobactérias.

Deve-se ressaltar também que não só compostos químicos são utilizados para a desinfecção. A utilização de radiação ultravioleta, tem sido amplamente utilizada em todo o mundo. Deve-se destacar que a desinfecção por luz UV è consideravelmente distinta dos mecanismos que utilizam compostos químicos, como cloro e ozônio. Os desinfetantes químicos inativam os microrganismos através da destruição de estruturas celulares, interferindo no metabolismo, fazendo com que o seu crescimento seja comprometido (SNOWBALL; HORNSEY, 1988). Já o efeito da luz UV é de inativação dos organismos, causando danos ao seu ácido desoxirribonucleico (DNA) ou ao ácido ribonucleico (RNA) e, assim interferindo na replicação do material genético destes.

De acordo com AWWA (2010), numa replicação normal de DNA, a dupla hélice separa-se permitindo que as cadeias simples sirvam como um molde para a reconstrução da cadeia oposta de nucleotídeos: adenina liga-se a timina e guanina liga-se a citosina. O DNA absorve luz no espectro de comprimento de onda emitido lâmpadas UV, desencadeando efeitos que levam ao dano ao ácido nucléico. Esse dano não priva a celular de continuar desenvolvendo suas reações metabólicas e outras funções celulares, porem não tem mais a capacidade de reprodução.

cianobactérias ao redor do mundo. Sakai et al. (2007), demonstraram que a radiação UV tem a capacidade de inibir o crescimento de cianobactéria do gênero Microcystis sem causar uma significativa liberação de microcistina intracelular. Em estudos posteriores, Sakai et al. (2009), observaram, que a inibição do crescimento depende da intensidade ao qual os organismos são expostos. Baseado na contagem de células no décimo dia de experimentos, observou-se que as amostras submetidas a intensidade de 30 a 60 mJ.cm-2 não inibiram o crescimento de M. aeruginosa, ao passo que quando utilizado lâmpadas com intensidade luminosa de 90 a 180 mJ.cm-2 apresentou-se significativa inibição de crescimento.

4.6 Operações unitárias com tecnologias não convencionais e cianobactérias

Como consequência do amplo crescimento da consciência ambiental da humanidade nas últimas décadas, o ideal de sustentabilidade tem levado ao desenvolvimento de tecnologias limpas em várias áreas de conhecimento, inclusive no saneamento. Nesse contexto, Teixeira et al. (2017), empregaram sistema de tratamento utilizando coagulante natural (Moringa oleífera) em planta de tratamento com coagulação/floculação/flotação por ar dissolvido e carbono ativado, para remoção de M. aeruginosa. Nesse trabalho, foi observado concentrações de clorofila “a” entre 150 e 200µg.L-1 e, ao aplicar a sequencia de operações unitárias propostas, alcançaram remoções acima de 80% para turbudez e 70% de clorofila “a”.

Ainda no intento de se utilizar tecnologias ambientalmente mais adequadas do que as convencionais, Camacho et al. (2013), investigaram o efeito de sementes de acácia-branca (Moringa oleífera) como coagulante natural, em dois processos de tratamento de água para a remoção de células de M. protocystis e suas toxinas: coagulação/floculação/sedimentação (CFS), e CFS seguido de nanofiltração. No primeiro processo The C/F/S processo a eficiência de remoção de células variou entre 80 e 95%. Já na segunda configuração, o sistema apresentou 100% de remoção de biomassa.

Li et al. (2014), estudando o efeito da cavitação hidrodinâmica (CH), em escala de laboratório, em células de M. aeruginosa, perceberam que as células expostas a CH e posterirormente colocadas em condições favoráveis de cultivo, apresentavam-se naturalmente sedimentadas, porém sem alterações de integridade celular. Os autores perceberam reduções de 88% na densidade celular depois de 3 dias em cultura tratada por 10 min de CH. Por microscopia eletrônica, observaram que o fenômeno de sedimentação