Avaliação da pré-ozonização no controle de cianobactérias e degradação de microcistinas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2012O aumento na incidência de florações de cianobactérias potencialmente tóxicas em mananciais de abastecimento tem se tornado uma preocupação em nível mundial. A pré-ozonização, embora seja um processo eficiente, tem como problemática a tendência à lise celular com a liberação dos constituintes internos à célula. Entretanto, existem ainda limitadas informações sobre o nível de lise ou mudanças nas propriedades da célula após a ozonização, a liberação e oxidação de toxinas e outros compostos; e a contribuição das cianobactérias na formação de subprodutos da desinfecção. Este estudo investigou o mecanismo de ação do ozônio em células de Microcystis aeruginosa e Anabaena flos-aquae cultivadas em laboratório, em termos de viabilidade celular e alterações nas propriedades das células; liberação de compostos intracelulares; estudo cinético de degradação da toxina intracelular; e a potencialidade de formação de subprodutos da desinfecção. Avaliações semelhantes foram realizadas para amostra de água superficial em reservatório de água com floração de diferentes gêneros de cianobactérias. Diferentes doses de ozônio (0,5, 2 e 4 mgO3·L-1), densidade de células (2,5x105 e 1,5x106 cel·mL-1) e pH (6 e 8) foram utilizados neste estudo. Os resultados obtidos indicaram uma rápida e completa perda de viabilidade celular para ambas as espécies após exposição ao ozônio (valor CT - concentração x tempo) ? 0,2 mg·min/L, embora não significativa redução no número de células tenha sido observada. O aumento da concentração de carbono orgânico extracelular foi observado para ambas as espécies, tendo-se obtido maiores concentrações para A. flos-aquae e em pH 8. O aumento na formação de trihalometanos (THM) e ácidos haloacéticos (HAA) após a ozonização foi igualmente verificado, principalmente para A. flos-aquae em pH 8 (cerca de 174% e 65% para THM e HAA, respectivamente). Como era esperado, as concentrações de THM e HAA formados aumentaram nas análises com água natural. A capacidade de degradação de microcistina intracelular pelo ozônio foi verificada, tendo-se uma degradação mais lenta em pH 8, o que sugere que a microcistina é mais reativa com o ozônio molecular, presente em maior quantidade em pH 6. Embora a pré-ozonização de cianobactérias aumente a probabilidade de formação de subprodutos, a efetividade do oxidante na degradação de toxinas torna esse processo atrativo, considerando-se a ausência de toxinas no final do sistema de tratamento.<br>Abstract : The increased incidence of potentially toxic cyanobacterial blooms in water systems has become a worldwide concern. Pre-ozonation, although being an efficient process, has a problematic tendency to cell lysis with the release of the internal cell constituents. However, there is limited amount of information about the level of lysis or changes in the cell properties after ozonation, release and oxidation of toxins, and the contribution of cyanobacteria to the formation of disinfection by-products (DBPs). This study investigated the mechanism of action of ozone on M. aeruginosa and A. flos-aquae cells, grown in laboratory, in terms of cell viability and changes in the properties of the cells, release of intracellular compounds; kinetics of intracellular toxin degradation; and the DBPs formation. Similar assays were performed with of surface water sample, with an extent bloom of different cyanobacterial genders. Different doses of ozone (0.5, 2 and 4 mgO3·L-1), cell densities (250,000 and 1,500,000 cel·mL-1), and pH (6 and 8) were used in this evaluation. The results indicated a quick and complete loss of viability for both CB species after exposure (CT value - concentration x time) to ozone ? 0.2 mg·min/L, although no significant decrease in total organism number was observed. Increasing the concentration of extracellular dissolved organic carbon (DOC) was observed for both species, with higher concentrations for A. flos-aquae at pH 8. The increase in trihalomethanes (THM) and haloacetic acids (HAA) formation after ozonation was also observed, especially for A. flos-aquae at pH 8 (about 174% and 65% for THM and HAA, respectively). As expected, the concentrations of THM and HAA were higher on the analysis of natural water samples. The ability of intracellular microcystin degradation by ozone was observed, with slower degradation at pH 8, suggesting that microcystin is more reactive with molecular ozone specie, in higher concentration at pH 6. Although pre-ozonation of cyanobacteria increases the probability of by-product formation, the effectiveness of this oxidant agent in the degradation of toxins turns this process attractive, considering the absence of toxins at the end of the treatment