Caracterização e avaliação de fatores que determinam a remoção de microcistina-LR em carvão ativado granular produzido a partir de diferentes matérias-primas / Characterization and evaluation of factors influencing microcystin-LR removal by granular activated carbon produced from different raw materials

RESUMO As microcistinas (MC), que estão entre as cianotoxinas mais encontradas em florações de cianobactérias, não são eficientemente removidas pelas tecnologias do ciclo completo de tratamento de água. Como barreira adicional para sua remoção, destaca-se o processo de adsorção com carvão ativado granular (CAG). Esta pesquisa comparou a eficiência de remoção de MC-LR por sete CAG produzidos a partir de diferentes matérias-primas, analisando as propriedades das amostras: umidade, teor de cinzas, pH e características texturais. Inicialmente, os resultados indicaram que as propriedades dos CAG foram influenciadas pelo material de origem, assim como pelo método de produção. Nos ensaios de adsorção, o modelo de Langmuir indicou que, em quatro horas, com dosagem de 100 mg.L-1, o CAG de linhito (CGLIN) apresentou a maior capacidade de remoção (97,2%) de MC-LR (Co: 115,1 µg.L-1), com qe,máx de 10,6 mg.g-1. O volume de mesoporos influenciou significativamente a capacidade adsortiva de MC dos carvões avaliados (r=0,98, Pearson). Esses resultados podem oferecer subsídios para a aplicação do processo de adsorção de MC-LR em estações de tratamento de água (ETA) para a minimização de intoxicações por água contaminada.

ABSTRACT Microcystins (MC), which are among the cyanotoxins more commonly found in cyanobacterial blooms, are not efficiently removed by full-cycle water treatment technologies. As an additional barrier, there is the adsorption process with granular activated carbon (GAC). This research compared the efficiency of MC-LR removal by seven GACs produced from different raw materials, analyzing these samples' properties: moisture, ash content, pH and textural characteristics. Initially, the results indicated that the GAC properties were influenced by the source material, as well as by the production method. In the adsorption assays, the Langmuir model indicated that in 4h, with 100 mg.L-1 dosage, the granular activated carbon of lignite (CGLIN) had the highest MC-LR (Co: 115.1 µg.L-1) removal capacity (97.2%), with qe,max of 10.6 mg.g-1. The volume of mesopores significantly influenced the adsorption capacity of microcystin by the evaluated GACs (r=0.98, Pearson). These results can support the application of the MC-LR adsorption process in water treatment plants to minimize intoxication with contaminated water.

Resolução CONAMA 357/2005: análise espacial e temporal de não conformidades em rios e reservatórios do estado de São Paulo de acordo com seus enquadramentos (2005-2009) / CONAMA Framework Resolution 357/2005: spatial and temporal analysis of water quality legal compliances in rivers and reservoirs from São Paulo state, Brazil (2005-2009)

A Resolução CONAMA 357/2005 estabeleceu condições de qualidade para o enquadramento dos sistemas aquáticos no Brasil. Essa pesquisa avaliou os níveis de não conformidade entre a qualidade de rios e reservatórios do estado de São Paulo e o seu enquadramento para algumas variáveis. Foram analisados dados (n=43.897) de fósforo total, oxigênio dissolvido, nitrato, turbidez e Demanda Bioquímica de Oxigênio de 360 pontos amostrais nas 22 UGRHIs (Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos) de SP. A situação se apresentou mais crítica para o fósforo total e o oxigênio dissolvido, sobretudo nas UGRHIs industriais. Entre 2005 e 2009, não houve melhoria significativa em relação aos resultados desconformes para algumas variáveis. Há necessidade de investimentos no tratamento de esgotos em nível terciário e de medidas para atenuar a geração de cargas difusas.

The CONAMA Framework Resolution 357/2005 fixed the conditions for establishing water quality categories in Brazilian aquatic systems. We assessed the levels of non-conformity among the water quality in rivers and reservoirs from São Paulo State (SP, Brazil) and their framework. We analyzed data (n=43,897) from total phosphorus, dissolved oxygen, nitrate, turbidity and Biochemical Oxygen Demand of 360 sampling sites within the 22 UGRHI (Water Resources Management Units) in SP from 2005 to 2009. The situation was unsatisfactory for total phosphorus and dissolved oxygen, mainly in the industrial UGRHI. There was no significant water quality improvement in relation to some of the studied variables within these five years, which indicates the need for directing investments on tertiary domestic wastewater treatment and mitigation of non-point pollution loads.

Integração entre curvas de permanência de quantidade e qualidade da água como uma ferramenta para a gestão eficiente dos recursos hídricos / Integration between cumulative frequency curves for water quantity and quality as a tool for effective water resources management

A garantia dos usos múltiplos da água, dos serviços ambientais e do equilíbrio ecológico depende de uma combinação adequada entre aspectos quantitativos e qualitativos dos rios. A presente pesquisa descreve aplicações de uma nova abordagem das curvas de permanência de vazões, que foram associadas a curvas de frequência acumulada de qualidade da água. Foram compilados dados de fósforo total (2005 a 2009) e vazão média mensal (1959 a 2003) dos rios Paraíba do Sul e Sorocaba para ilustrar o conceito. A integração entre as curvas de quantidade e qualidade se mostrou desejável por oferecer subsídios a concessões de outorga, à cobrança pelo uso da água, ao monitoramento ambiental e ao enquadramento dos cursos de água. Outro aspecto positivo é que essas curvas podem incorporar variações no clima e no uso e ocupação do solo, o que permite o estabelecimento de cenários ambientais.

The security of the different water uses, environmental services and ecological balance depends upon a well-weighted combination between quantitative and qualitative aspects in rivers. This research describes applications of a new approach of the frequency curves for discharge, which were associated with frequency curves for water quality. Data on total phosphorus (2005 to 2009) and monthly average flow (1959 to 2003) from the Paraíba do Sul and Sorocaba Rivers were compiled to further illustrate the concept. The integration between the curves of water quantity and quality was considered desirable as it can aid in the planning of water concessions, charging for water uses, environmental monitoring and establishment of water quality standards and framework. Moreover, these curves can accommodate variations in climate and land use, allowing the establishment of environmental scenarios.

Relationship between space distribution of the benthic macroinvertebrates community and trophic state in a Neotropical reservoir (Itupararanga, Brazil) / Relação entre a distribuição espacial da comunidade de macroinvertebrados bentônicos e o estado trófico em um reservatório Neotropical (Itupararanga, Brasil)

The purpose of this work was to verify the benthic macroinvertebrates community responses through environmental factors along a headwater tropical reservoir. Samplings were taken with a Van-Veen grab along the reservoir in littoral and profundal regions and in the headwater, next to the dam and the middle of the reservoir. Samples were taken during both wet and dry seasons. Dissolved oxygen concentrations, electric conductivity, temperature and pH near the sediment have been performed in situ, at every sampling station by using a multiprobe and Secchi disc. Total water phosphorus and chlorophyll a concentrations were analyzed to determine the trophic state index. Sediment's organic matter, total phosphorus, nitrogen concentrations and granulometric composition were measured. In order to verify which environmental variables would have more influence over the benthic macroinvertebrates community, a canonical correspondence analysis (CCA) was performed. The total number of recorded taxa was 28. Among them, the family Chironomidae (Diptera) was the richest group (19 taxa). It can be proposed that the benthic macroinvertebrates community may be influenced by environmental conditions such as nutrient and organic matter availability, as well as dissolved oxygen concentration. Macroinvertebrates are adequate bioindicators of water quality due to their sensibility to environmental changes mentioned before. Chironomus sp, Limnodrilus hoffmeisteri and Branchiura sowerbyi comprises a group that can be considered bio-indicators of eutrophic conditions. A second group can be considered as indicator of mesotrophic conditions. The presence of two or more members from that group which comprises Tanytarsini spp, Fissimentum sp, Pelomus sp and Goeldichironomus sp, like predominant taxa, may indicates mesotrophic conditions.

O objetivo deste trabalho foi verificar as respostas da comunidade de macroinvertebrados bentônicos a fatores ambientais ao longo de um reservatório tropical de cabeceira. As amostras foram coletadas com uma draga do tipo Van-Veen ao longo do reservatório nas regiões profunda e litorânea bem como na cabeceira, próximo à barragem e no meio do reservatório. Amostras foram coletadas tanto na estação seca quanto na estação chuvosa. Foram determinadas as concentrações de oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, temperatura e pH próximos ao sedimento, in situ, em todas as estações amostrais com a utilização de um multisensor e disco de Secchi. Foram ainda determinadas as concentrações de fósforo e clorofila a da água para cálculo do índice de estado trófico. Com relação ao sedimento, foram determinados o teor de matéria orgânica, concentrações totais de fósforo e nitrogênio bem como a composição granulométrica. Para se verificar quais variáreis ambientais tiveram maior influência sobre a comunidade de macroinvertebrados bentônicos, uma análise de correspondência canônica (ACC) foi realizada. Foram registrados, ao todo, 28 táxons. Dentre estes, o grupo taxonômico com maior riqueza foi a família Chironomidae (Diptera) com 19 táxons. O estudo indicou que a comunidade de macroinvertebrados bentônicos respondeu às condições ambientais como disponibilidade de nutrientes e matéria orgânica, bem como às concentrações de oxigênio dissolvido. Assim sendo, os macroinvertebrados foram considerados bons indicadores da qualidade da água devido à sua sensibilidade frente às possíveis alterações ambientais supramencionadas. Chironomus sp, Limnodrilus hoffmeisteri e Branchiura sowerbyi formaram um grupo que pode ser considerado como bioindicador de condições eutróficas. Um segundo grupo pôde ser considerado como indicador de condições mesotróficas. A presença de dois ou mais membros deste grupo, que inclui os táxons Tanytarsini spp, Fissimentum sp, Pelomus sp e Goeldichironomus sp, como táxons dominantes, pode indicar tais condições.

Biogeochemical processes and the diversity of Nhecolândia lakes, Brazil

The Pantanal of Nhecolândia, the world's largest and most diversified field of tropical lakes, comprises approximately 10,000 lakes, which cover an area of 24,000 km² and vary greatly in salinity, pH, alkalinity, colour, physiography and biological activity. The hyposaline lakes have variable pHs, low alkalinity, macrophytes and low phytoplankton densities. The saline lakes have pHs above 9 or 10, high alkalinity, a high density of phytoplankton and sand beaches. The cause of the diversity of these lakes has been an open question, which we have addressed in our research. Here we propose a hybrid process, both geochemical and biological, as the main cause, including (1) a climate with an important water deficit and poverty in Ca2+ in both superficial and phreatic waters; and (2) an elevation of pH during cyanobacteria blooms. These two aspects destabilise the general tendency of Earth's surface waters towards a neutral pH. This imbalance results in an increase in the pH and dissolution of previously precipitated amorphous silica and quartzose sand. During extreme droughts, amorphous silica precipitates in the inter-granular spaces of the lake bottom sediment, increasing the isolation of the lake from the phreatic level. This paper discusses this biogeochemical problem in the light of physicochemical, chemical, altimetric and phytoplankton data.

O Pantanal da Nhecolândia é o maior e mais diversificado campo de lagos da região tropical do planeta, com cerca de 10.000 lagos de variadas salinidade, pH, alcalinidade, cor, fisiografia e atividade biológica dispostos em uma área de 24.000 km². Os lagos hipossalinos têm pH variável, baixa alcalinidade, macrófitas e baixa densidade de fitoplâncton. Os lagos salinos tem pH acima de 9 ou 10, elevada alcalinidade, alta densidade de fitoplâncton e praias de areia. A causa da diversidade desses lagos é uma questão ainda em aberto que é abordada nesta pesquisa. Propõe-se como principal causa um processo híbrido, geoquímico e biológico, baseado em (1) clima com um déficit hídrico importante e pobreza em Ca2+na água superficial e do freático e (2) na elevação do pH durante florações de cianobactérias. Estes dois aspectos desestabilizam a tendência geral de pH neutro para as águas superficiais da Terra. Este desequilíbrio resulta em aumento do pH e dissolução da areia quartzosa do fundo dos lagos salino-alcalinos. Durante secas extremas há precipitação de sílica amorfa nos espaços inter-granulares dos sedimentos de fundo destes lagos, aumentando seu isolamento do freático. O artigo discute este processo biogeoquímico, à luz de dados físico-químicos, químicos, fitoplânctonicos e de altimetria de precisão.

Análise probabilística de ocorrência de incompatibilidade da qualidade da água com o enquadramento legal de sistemas aquáticos - estudo de caso do rio Pariquera-Açu (SP) / Probabilistic analysis of the occurrence of incompatibility of the water quality with the legal framework of aquatic systems - case study of Pariquera-Açu River (SP, Brazil)

Embora relativamente comuns no Brasil, programas de monitoramento da qualidade da água frequentemente não transformam os resultados em elementos que norteiem o poder público para a recuperação dos sistemas aquáticos. Assim, a presente pesquisa teve por objetivo discutir a utilização das curvas probabilísticas de incompatibilidade da qualidade da água com o enquadramento legal dos corpos de água como ferramenta complementar ao monitoramento. As probabilidades de inconformidade com a resolução CONAMA 357/05 (Classe 2) para o rio Pariquera-Açu (SP) em 2007 foram de 35, 8, 44, 1, 0, 0 e 0 por cento, respectivamente para oxigênio dissolvido, turbidez, fósforo, nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato e clorofila-a. Concluiu-se que o grau de condensação de informações gerado pelas curvas probabilísticas representa uma contribuição para a gestão da qualidade de água.

Although relatively common in Brazil, water quality monitoring programs usually do not organize the results in a way that they are able to guide local authorities for reclamation of aquatic systems. Therefore, this research aimed to discuss the use of probabilistic curves of water quality incompatibility with Brazilian legal framework of water bodies as a complementary tool for monitoring. The incompatibility probabilities with CONAMA 357/05 (framework for Class 2) for Pariquera-Açu river (São Paulo, Brazil) were 35, 8, 44, 1, 0, 0 and 0 percent, respectively, for dissolved oxygen, turbidity, phosphorus, nitrogen-ammonia, nitrite, nitrate and chlorophyll-a. We concluded that the condensation level of information achieved by probabilistic curves represents an important contribution for management of quality of the water.

Aplicação de indicadores de sustentabilidade para lagoas de estabilização / Application of sustainability indicators to stabilization ponds

A escolha de uma alternativa tecnológica para tratamento de efluentes, assim como o local para implantação deve ser precedida de um estudo de sustentabilidade do ambiente. Foi proposto um método para avaliação da sustentabilidade de estações de tratamento de esgoto, baseado nas características ambientais, sociais e econômico-financeiras dessas unidades. O método foi aplicado em três ETE, constituídas por lagoas de estabilização, localizadas nos municípios de Cajati, Jacupiranga e Pariquera-Açu, todas pertencentes à bacia do Baixo Ribeira de Iguape (SP). A falta de dados para alguns parâmetros considerados na composição dos indicadores prejudicou a obtenção de valores mais realistas. O método proposto mostrou-se de fácil visualização da condição de sustentabilidade das ETE constituídas por lagoas de estabilização.

The choice of an alternative technology for effluent treatment as well as the location for deployment must be preceded by a study of environmental sustainability. A method for assessing the sustainability of wastewater treatment plants, based on environmental, social and economic-financial characteristics was proposed. The method was applied to three wastewater treatment plants using stabilization ponds, located in the municipalities of Cajati, Jacupiranga and Pariquera-Açu, all belonging to the Lower Ribeira de Iguape River basin, in the state of São Paulo, Brazil. The lack of values for some parameters considered in the formulation of indicators undermined the achievement of more realistic values. The proposed method proved to be easy to visualize the condition of sustainability of wastewater treatment stations using stabilization ponds.

Avaliação de métodos espectrofotométricos para determinação de proteína em amostras de lagoas de estabilização / Evaluation of spectrophotometric methods for protein determination in waste stabilization ponds sample

Esta pesquisa teve como objetivo principal comparar cinco métodos espectrofotométricos para determinação de proteínas em amostras provenientes de estações de tratamento de efluentes sanitários. O intuito foi definir uma metodologia de aplicação rápida, fácil e confiável para este tipo de amostra. As lagoas de estabilização, como sistemas de tratamento biológico, têm como principais constituintes proteínas, carboidratos e lipídeos, mas também apresentam muitos compostos interferentes, como por exemplo, uréia, detergentes e compostos fenólicos, que podem prejudicar a quantificação de tais parâmetros. Os métodos analisados foram Lowry, Biureto, Bradford e Ácido bicinconínico. O método de Lowry mostrou-se mais adequado às características da amostra, com boa reprodutibilidade, reagente específico, custo moderado e ausência de substancias interferentes.

This research had as main objective to compare five spectrophotometric methods for protein determination in samples proceeding from sanitary effluent of treatment plant. Intention was to define a methodology that is of fast and easy and reliable application for this type of sample. The stabilization ponds, as systems of biological treatment, have as main constituent proteins, carbohydrates and lipids, but also they present many interfering composites, for example, phenolic urea, detergents and composites, that can harm the quantification of such parameters. The analyzed methods had been Lowry, Biuret, Bradford and Acid bicinconinic. The method of Lowry revealed more adequate to the characteristics of the sample, with good reproducibility, specific reagent, moderate cost and absence of interfering substance.

Dinâmica de nitrogênio em um sistema de lagoas de estabilização na região do Vale do Ribeira (São Paulo - Brasil) / Nitrogen dynamic in waste stabilization ponds systems in the Ribeira's Valley region (São Paulo - Brasil)

Esta pesquisa teve como principal objetivo investigar os pro-cessos envolvidos nas transformações do nitrogênio em um sistema de lagoas de estabilização. Em amostragem nictemeral (24 horas) observou-se forte estratificação térmica durante a maior parte do ciclo amostrado a qual condicionou a compartimentalização vertical e a estratificação química nas duas lagoas, possibilitando a análise dos processos de forma segmentada pela ACP (análise de componentes principais), que mostrou-se ferramenta estatística muito útil na caracterização dos processos. A degradação de proteína, com subseqüente geração e acúmulo de nitrogênio amoniacal, foi observada, além da possível excreção de proteína ou aminoácidos por organismos fitoplanctônicos na superfície das lagoas. A provável ocorrência de nitrificação na superfície da lagoa anaeróbia evidenciou a necessidade de otimização de operação do sistema a fim de viabilizar a remoção de nitrogênio através da desnitrificação, processo provavelmente inibido pelas elevadas concentrações de oxigênio dissolvido registradas durante o dia.

This research had as main objective to investigate the involved processes in the transformations of nitrogen in a system of waste stabilization ponds. In nictemeral sampling (24 hours) strong thermal stratification was observed during most of the showed cycle which conditioned two vertical compartments and the chemical stratification in the two lagoons, making possible the analysis of the processes of segmented form for PCA (Principal Components Analysis) that was a very useful statistics tool in the characterization of the processes. The protein degradation was observed with subsequent generation and accumulation of ammoniacal nitrogen, beyond the possible excretion of protein or amino acids for phytoplanktonic organisms in the surface of the ponds. The probable occurrence of nitrification in the surface layer of the anaerobic pond evidenced the necessity of improving the operation parameters of the system in order to reach a greater nitrogen removal through the denitrification, process probably inhibited by significant high concentrations of oxygen dissolved registered in superficial layers, particularly during the day.

Caracterização dos afluentes e efluentes suinícolas em sistemas de crescimento/terminação e qualificação de seu impacto ambiental / Characterization of affluents and effluents in swine feeding system and environmental impact qualification

O objetivo deste trabalho foi caracterizar os afluentes e efluentes de suinoculturas e qualificar o potencial impacto ambiental que estes sistemas de produção poderiam promover nos recursos hídricos. A pesquisa foi realizada em quatro suinoculturas localizadas no município de Jaboticabal-SP, entre os anos de 2003 e 2004, as quais tiveram seus afluentes e efluentes das instalações e dos sistemas de tratamento analisados mensalmente. Foram coletados os afluentes e efluentes de galpões de crescimento/terminação. O nitrato apresentou concentração máxima de 1.560mg L-1 de NO3-N e o fósforo total de 92mg L-1 de P. A DQO atingiu uma concentração de 48.300mg L-1. Todos os sistemas de tratamento de efluentes avaliados apresentaram deficiências técnicas e de manejo. Excetuando-se os parâmetros de temperatura e pH, todos os outros apresentaram-se em valores acima dos estipulados pela legislação para o descarte em corpos d'água superficiais. Intervenções como a melhoria do manejo nutricional, o uso eficiente da água e a correta utilização dos sistemas de tratamento poderiam contribuir para a redução do poder impactante dos efluentes.

This research work was aimed at characterizing the affluents and effluents and qualifing the environmental impact promoted in the water resources. The research was realized in four swine feeding systems in Jaboticabal-SP, during 2003 and 2004. The affluents and effluents of livestock and treatment systems were analyzed monthly. The nitrate had a maximum concentration of 1.560mg L-1 NO3-N and the total phosphorus was 92mg L-1 de P. A concentration of 48.300mg L-1 was verified to OCD. Excepting temperature and pH, all parameters showed values up standard legislation to be disposed in superficial water resources. Interventions like the feeding management, the water use, and the best practice in effluent treatment systems could contribute to the reduction in the impact of effluents.