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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23802
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Avaliação dos efeitos da aplicação de técnicas para mitigação de florações de cianobactérias na liberação e destino de cianotoxinas em dois sistemas eutróficos tropicais |
Título(s) alternativo(s): | Effects of cyanobacterial bloom mitigation techniques on cyanotoxin release and fate in two tropical eutrophic systems |
Autor: | Arruda, Renan Silva ![]() |
Primeiro orientador: | Marinho, Marcelo Manzi |
Primeiro coorientador: | Noyma, Natália Pessoa |
Primeiro membro da banca: | Domingos, Patricia |
Segundo membro da banca: | Husnar, Vera Lúcia M. |
Terceiro membro da banca: | Mucci, Maíra Nunes Teixeira |
Quarto membro da banca: | Becker, Vanessa |
Resumo: | Resultado da intensa eutrofização, frequentes florações de cianobactérias potencialmente tóxicas afetam a qualidade da água em sistemas aquáticos continentais e costeiros. Neste estudo, tendo como modelos um reservatório profundo eutrofizado e uma lagoa rasa costeira hipertrófica, ambos sistemas aquáticos tropicais e cenários de recorrentes eventos de florações de cianobactérias, investigamos a ocorrência e diversidade de microcistinas, outros cianopaptídeos e seus potenciais produtores; bem como, a eficiência de técnicas de floculação e sedimentação visando a remoção segura da biomassa de cianobactérias, ou seja, sem liberação de cianotoxinas na água. Através das análises em LC-MS identificamos compostos pertencentes as classes de microcistinas, aeruginosinas, microgininas, cianopeptolinas e microveridinas para ambos os ambientes; muitos dos quais apresentam sazonalidade entre estação seca e chuvosa. Microcystis aeruginosa, Dolichospermum circinalis e Planktothrix isothrix foram as cianobactérias potencialmente produtoras de microcistinas mais representativas durantes o estudo. Nos testes de remoção de biomassa de cianobactérias com a técnica Floc & Sink, utilizamos combinações entre cloreto de polialumínio (PAC) como floculante, lantânio Phoslock® (LMB) sozinho ou combinado com solo vermelho local (LRS) como lastros e o algicida peróxido de hidrogênio (H2O2). No reservatório, testando as combinações PAC+LMB e PAC+LMB+LRS, obtivemos resultados de remoção de cianobactérias semelhantes entre micro e mesocosmos, entre 92-100% de remoção de biomassa; com remoção de 94-100% das microcistinas intracelulares. Não observamos indícios de lise celular em nenhum destes experimentos; nos testes em que ocorreu medição de microcistinas (MCs) extracelulares, registramos significativa redução das concentrações da toxina devido ao uso do lastro. Na lagoa, os resultados de remoção de biomassa foram menos expressivos no microcosmos, entre 78-85%. O melhor resultado de remoção foi obtido, em microcosmos, pelo método integrado Kill, Floc & Sink, onde previamente ao PAC e LMB, aplicamos H2O2. Neste experimento, não identificamos MCs dissolvidas na água, antes ou após tratamentos; além disso, os tratamentos testados reduziram a concentração de MCs intracelulares abaixo do limite de detecção. No teste em mesocosmos, ambas variações de tratamentos testadas removeram quantidades semelhantes de biomassa, entre 92-97% e MCs intracelulares com 95-100% de redução, sem liberação de MCs na água. Ao fim dos diversos experimentos concluímos que, técnicas de floculação e sedimentação são eficientes na remoção de biomassa de cianobactérias e MCs, com baixo risco de lise celular; entretanto sua efetividade é dependente da combinação adequada do floculante e lastro, suas respectivas dosagens, características intrínsecas do ambiente a ser tratado (ex., profundidade, pH) e por fim, das características morfofisiológicas da espécie de cianobactéria dominante (ex., morfotipos). |
Abstract: | As a result of intense eutrophication, frequent blooms of potentially toxic cyanobacteria affect the water quality in continental and coastal aquatic systems. In this study, using a deep eutrophic reservoir and a hypertrophic shallow coastal lagoon, both tropical aquatic systems, and scenarios of recurrent cyanobacterial bloom events as models, we investigated the occurrence and diversity of microcystins, other cyanopeptides, and their potential producers as well as flocculation and sedimentation techniques aiming for efficient and safe removal of cyanobacterial biomass. Through LC-MS analyses, we identified compounds belonging to microcystins, aeruginosins, microginins, cianopeptolins, and microviridins classes in both environments, many of which exhibit seasonality between dry and rainy seasons. During the study, Microcystis aeruginosa, Dolichospermum circinalis, and Planktothrix isothrix were the most representative potential microcystins producers. In biomass removal tests using the Floc & Sink technique, we employed combinations of polyaluminum chloride (PAC) as a flocculant, lanthanum Phoslock® (LMB) alone or combined with local red soil (LRS) as ballast, and the algaecide hydrogen peroxide (H2O2). In the reservoir, testing the PAC+LMB and PAC+LMB+LRS combinations, we obtained similar results for cyanobacteria removal between microcosms and mesocosms, with removal rates of 92-100% of biomass and 94-100% of intracellular microcystins. No signs of cell lysis were observed in any of these experiments. In tests where extracellular microcystins (MCs) were measured, a significant reduction in toxin concentrations was recorded due to the ballast used. In the lagoon, the results of biomass removal were less pronounced in the microcosm, ranging from 78-85%. The integrated Kill, Floc & Sink method achieved the best removal result, where H2O2 was applied prior to PAC and LMB. In this experiment, we did not identify dissolved MCs in the water, either before or after treatments. Furthermore, the tested treatments reduced intracellular MC concentrations below the detection limit. In mesocosm tests, both variations of treatments removed similar amounts of biomass, ranging from 92-97%, and intracellular MCs with a 95-100% reduction, with no MCs release into the water column. At the end of the experiments, we concluded that flocculation and sedimentation techniques effectively remove cyanobacterial biomass and MCs, with a low risk of cell lysis. However, their effectiveness depends on the appropriate combination of flocculant and ballast, their respective dosages, intrinsic characteristics of the environment (e.g., depth, pH), and, finally, the morphophysiological characteristics of the dominant cyanobacterial species. |
Palavras-chave: | Cianopeptídeoso Microcistinas Geoengenharia Remoção de biomassa Controle de eutrofização Biomassa Microcystins Cyanobacteria mitigation Geo-engineering Eutrophication control |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS BIOLOGICAS::BOTANICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro Biomédico::Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal |
Citação: | ARRUDA, Renan Silva. Avaliação dos efeitos da aplicação de técnicas para mitigação de florações de cianobactérias na liberação e destino de cianotoxinas em dois sistemas eutróficos tropicais. 2023. 287 f. Tese (Doutorado em Biologia Vegetal) - Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Restrito |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23802 |
Data de defesa: | 15-Dez-2023 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Biologia Vegetal |
Arquivos associados a este item:
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