OBSERVAÇÕES SOBRE A POPULAÇÃO ALGAL EM EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO EM ESCALA REAL NO ESTADO DA PARAÍBA - BRASIL

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1 OBSERVAÇÕES SOBRE A POPULAÇÃO ALGAL EM EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO EM ESCALA REAL NO ESTADO DA PARAÍBA - BRASIL Annemarie Konig* Universidade Federal da Paraíba Campina Grande Paraíba Brasil Doutora em Botânica Universidade de Liverpool Inglaterra. Bióloga Universidade Federal de São Carlos São Paulo Brasil. Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Civil Área de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal da Paraíba DEC/CCT/UFPB. Beatriz Susana Ovruski de Ceballos Universidade Federal da Paraíba DEC/CCT/UFPb - Campina Grande Paraíba - Brasil Myrthis Virginia Alves de Almeida Universidade Estadual da Paraíba Campina Grande Paraíba Brasil Endereço: R. Manoel Alves de Oliveirs, 186 Catolé Campina Grande Paraíba Brasil CEP Fone: xx(83) akonig@dec.ufpb.br RESUMO Este trabalho descreve a riqueza de espécies de algas e diversidade algal nos efluentes finais de oito estações de tratamento de esgotos do estado da Paraíba Nordeste do Brasil. As amostras foram coletadas no período de 6 meses (ago/ até jan/1) e submetidas a análises físicas, químicas, identificação e contagem de algas. Foram identificados representantes dos Phyla: Cyanobacteria, Euglenophya, Chlorophyta e Bacillariophyta e os gêneros predominantes foram Oscillatoria, Euglena, Chlorella e Navícula respectivamente. O Phylum Chlorophyta (algas verdes) foi aquele que mais contribuiu com a riqueza de espécies dos sistemas de tratamento. Correlações lineares foram feitas entre os valores médios dos parâmetros físico-químicos e o número médio de indivíduos de cada Phylum. As algas verdes exerceram influência sobre o ph e a DBO, a amônia sobre os flagelados verdes e o ortofosfato sobre as diatomáceas. No entanto as diatomáceas não toleraram o ambiente com muita de matéria orgânica das lagoas e ph elevados. As ferramentas estatísticas são um instrumento importante para auxiliar a compreensão das interações que ocorrem em sistemas biológicos. Palavras chaves: algas, lagoas de estabilização, parâmetros fisico-químicos, correlações. INTRODUÇÃO As lagoas de estabilização têm sido adotadas em muitos países, particularmente aqueles de clima quente, pelas vantagens que oferecem (Silva, 1982; de Oliveira, 199, Pearson, 1987) no tratamento de esgotos domésticos: remoção eficiente de matéria orgânica e organismos patogênicos. Os microrganismos envolvidos no tratamento são diversos, destacando-se as bactérias e as algas, que interagem numa relação mutualística onde as bactérias fornecem os nutrientes inorgânicos através da degradação da matéria orgânica. Este ambiente favorável e a presença de luz solar permitem o desenvolvimento de uma exuberante população de algas, que através da fotossíntese geram grande quantidade de oxigênio dissolvido que pode atingir níveis de supersaturação. As algas são o grupo mais diversificado de microrganismos nas lagoas e geralmente pertencem a quatro Phyla: Cyanobacteria (também denominadas de algas verde azuladas e atualmente denominadas cianobacterias), Euglenophyta (flagelados pigmentados), Chlorophyta (algas verdes) e Bacillariophyta (diatomáceas). Ao se estudar a diversidade de algas em ambientes hipereutróficos de diferentes regiões, é preciso considerar as características das águas residuárias de cada local como também as condições climáticas com ênfase na insolação, intensidade luminosa e horas de luz além da temperatura ambiente, que mudam com a latitude e altitude. Em um trabalho detalhado sobre a predominância de gêneros de algas tolerantes a elevados níveis de poluição, Palmer (1969) concluiu que a especiação das algas estaria mais influenciada pela concentração de matéria orgânica do que de outras características da água residuária como a dureza, ph, oxigênio dissolvido, tamanho da lagoa, temperatura, vazão e intensidade luminosa. Neste ambiente aquático rico em nutrientes, as algas se multiplicam rapidamente e este crescimento intenso é um bom indicativo da oxigenação e manutenção de níveis satisfatórios de aerobiose para os demais componentes da biota da lagoa e geralmente também do corpo receptor. A variação na biomassa e diversidade seria uma resposta as mudanças de fatores físicos, químicos e biológicos que ocorrem em qualquer ambiente aquático. A carga orgânica aplicada ao sistema de tratamento determinaria a intensidade do crescimento algal o qual atingiu o máximo na faixa de 17 e 23kgDBO 5 ha.dia em experimentos realizados em reatores em escala piloto no nordeste do Brasil (König, 1984). Com cargas elevadas (até 5kgDBO 5 ha.dia), houve predominância de condições de anaerobiose mesmo durante o dia, dificultando a sobrevivência

2 do fitoplancton seja pelo aumento da turbidez da água seja pelo aumento da concentração de compostos tóxicos como a amônia (Abeliovich & Azov, 1976; Konig, Pearson & Silva, 1987) comprometendo o funcionamento das lagoas. A presença de algas no efluente final das lagoas tem influência no comportamento de alguns parâmetros clássicos de monitoramento particularmente aqueles que quantificam a matéria orgânica como a DBO e a DQO (Konig, 1984). Porém esta matéria orgânica viva (quando descarregada no ambiente vem acompanhada de concentrações elevadas de oxigênio), é muitas vezes o alimento disponível para integrantes das cadeias alimentares do corpo receptor, não tendo ação degradadora sobre as características do rio. Sob este ponto de vista a Comunidade Econômica Européia estabeleceu como padrões para o lançamento de efluentes em corpos receptores de 25 e 125 mgo 2 /L para DBO 5 e DQO respectivamente e 35mg/L de sólidos suspensos desde que sejam oriundos de lagoas de estabilização (CEC, 1991). Diante da importância das algas na avaliação do funcionamento de lagoas de estabilização e dos produtos de seu metabolismo na qualidade do efluente final, este trabalho tem como objetivo estudar a população algal de diferentes sistemas de lagoas de estabilização do estado da Paraíba e sua influência sobre os parâmetros clássicos de avaliação da qualidade do efluente. MATERIAIS E MÉTODOS Esta pesquisa teve a duração de 6 meses (entre ago/ até jan/1) e utilizou amostras do efluente final de oito sistemas de lagoas de estabilização do estado da Paraíba, Nordeste do Brasil. A Tabela 1 mostra os municípios onde estão localizadas as ETE s incluídas neste estudo e sua configuração. TABELA 1: Estações de Tratamento de Esgoto do estado da Paraíba - Brasil. MUNICÍPIO CONFIGURAÇÃO Campina Grande Duas lagoas aeradas, em série. Cajazeiras Guarabira Duas series, em paralelo, de lagoas de estabilização (anaeróbia seguida de facultativa). Itaporanga Monteiro Duas series, em paralelo, de lagoas de estabilização (anaeróbia seguida de facultativa). Patos Lagoa aerada Sapé Sousa Nos efluentes foram analisados: oxigênio dissolvido - OD (fixado no campo logo após a coleta), condutividade elétrica (CE), demanda bioquímica de oxigênio (DBO 5 ), fósforo total (Ptotal), ortofosfato solúvel (Psolúvel), N-amoniacal (APHA, 1995) e biomassa algal (clorofila a ; Jones, 1979). Para identificação e contagem dos gêneros as amostras foram preservadas com formaldeído 37% (proporção 2: 1mL), centrifugadas (1rpm por 5 minutos) e analisadas em microscópio óptico comum em aumentos de 1 e 4X. A identificação foi feita com auxílio de chaves dicotômicas (Bourelly, 1966; 197) e a contagem com câmara de Neubauer. Os valores médios das análises físico-quimicas e biológicas foram correlacionados com o número total de gêneros de algas de cada phylum. 2

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO As freqüências, em percentagem, da riqueza de espécies nos efluentes finais estão na Tabela 2. O Phylum Chlorophyta teve maior número de representantes, destacando-se o gênero Chlorella (freqüências entre 5 e 1%), seguido de Cyanobacteria (Oscillatoria: entre 33 e 1%), Euglenophyta (Euglena: entre 2 e 8%) e Bacillariophyta (Cyclotella: entre 33 e 1%). A predominância das algas verdes em efluentes de lagoas já foi observada nas ETE s de Guarabira e Sapé, estudados anteriormente (Florentino, 1992; Florentino 1993; Sousa, 1994) e citadas na literatura como resistentes aos elevados níveis de matéria orgânica, destacando-se Chamydomonas, Pyrobotrys, Micractiniun e Chlorella (Palmer, 1969). A riqueza de espécies foi bastante variada nos efluentes analisados, com a ETE de Cajazeiras apresentando 23 gêneros contra os 11 observados no efluente da TABELA 2: Freqüência (%) da riqueza de espécies nos efluentes de 8 sistemas de tratamento de esgotos por lagoas de estabilização do estado da Paraíba Brasil, no período de ago/ até jan/1. MUNICÍPIOS DO ESTADO DA PARAÍBA (PB) - BRASIL EFLUENTE FINAL Cyanobacteria Anabaena Merismopedia Microcystis Oscillatoria Rhaphidiopsis Spirulina 25 2 Euglenophyta Euglena Lepocinclis 17 Phacus Trachelomonas Chlorophyta Actinastrum 17 Ankistrodesmus Chlamydomonas Chlorella Closterium Coelastrum Dictyosphaerium Golenkinia Micractinium Oocystis Pandorina Pyrobotrys Scenedesmus Selenastrum Tetraedrom 2 Bacillariophyta Cyclotella Melosira 4 Navicula Nº total de gêneros (1) Sapé; (2) Guarabira; (3) Patos; (4) Itaporanga; (5) Sousa; (6) Cajazeiras; (7) C.Grande; (8) Monteiro ETE de Sapé. O número total de indivíduos/ml presente nos efluentes foi variada (Tabela 3), destacando-se os elevados números de tricomas do gênero Oscillatoria ( ind/mL) na ETE de Sapé e de Chlorella ( ind/mL) na ETE de Monteiro. Os efluentes das ETE s de Guarabira e Campina Grande também continham também Chlorella em grande número (56. e ind/mL respectivamente). Os valores médios dos parâmetros físico-químicos associados (Tabela 4) apresentaram flutuações da temperatura entre 24,6 e 29,5 C, típicos de efluentes de sistemas de tratamento da região Nordeste na época do verão, quando ocorrem na região as maiores insolações. Sob condições de intensa luminosidade a fotossíntese é acelerada resultando em valores de clorofila a de até 1.455µg/L e oxigênio dissolvido de 7,9mg/L no efluente da ETE de Monteiro. Os sistemas de Patos e Itaporanga estavam no período do estudo, cobertas com macrófitas aquáticas (aguapé) o que resultou num sobreamento da massa líquida, não favorecendo o desenvolvimento do 3

4 fitoplancton e a produção de oxigênio dissolvido. A DBO 5 dos efluentes apresentaram grande variabilidade, desde 15 até 156mgO 2 /L, este na ETE de Monteiro cujo efluente era rico em algas. Os sistemas de tratamento produziram efluentes que continham muitos sais em solução, haja vista os elevados valores da condutividade elétrica (de 671 até µmnho/cm). Estes foram TABELA 3: Número total de indivíduos/ml nos efluentes finais de 8 sistemas de tratamento de esgotos por lagoas de estabilização do estado da Paraíba Brasil, no período de ago/ até jan/1. MUNICÍPIOS DO ESTADO DA PARAÍBA (PB) - BRASIL EFLUENTE FINAL Cyanobacteria Oscillatoria* N total de indiv Euglenophyta Euglena* N total de indiv Chlorophyta Chlorella* N total de indiv Bacillariophyta Navícula* N total de indiv (1) Sapé; (2) Guarabira; (3) Patos; (4) Itaporanga; (5) Sousa; (6) Cajazeiras; (7) C.Grande; (8) Monteiro *Gênero predominante. TABELA 4: Valores médios dos parâmetros físico-químicos monitorados nos efluentes finais de 8 ETE s do estado da Paraíba Brasil, no período ago/ a já/1. PARÂMETROS Temperatura ( C) 29,2 29,5 27,5 24,6 29, , ph 7,7 7,6 7,3 6,9 7,4 7,1 8, 7,9 C.E (umnho/cm) O.D. (mg/l) 2,5 1,6,, 7,8 4,6 2,3 5,6 DBO 5 (mgo 2 /L) P. Total (mg/l) 6,8 8,9 8,5 9,2 7,1 4,3 4, 8,7 Orto Solúvel (mg/l) 5, 4,6 5,3 6,7 4,2 3,1 1,5 3, Amônia (mg/l) 1,8 43,4 61,6 27,5 1,9 6,3 24,4 59,7 Clorofila a (ug/l) ,, , (1) Sapé; (2) Guarabira; (3) Patos; (4) Itaporanga; (5) Sousa; (6) Cajazeiras; (7) C.Grande; (8) Monteiro particularmente elevados nas ETE s de Monteiro e Patos (1.687 e 1.535µmnho/cm) e foram associadas aos valores elevados de amônia (59,7 e 61,6mg/L respectivamente). Ao se estudar as correlações lineares entre o número médio dos indivíduos/ml dos 4 Phyla e os valores médios dos parâmetros físico-químicos obtiveram-se coeficientes de determinação bastante variados (Tabela 5). TABELA 5: Coeficientes de determinação (r 2 ) entre o nº total médio de indivíduos de cada Phylum e as concentrações médias dos parâmetros físico-químicos. PHYLA PARÂMETRO CYANOBACTERIA EUGLENOPHYTA CHLOROPHYTA BACILLARIOPHYTA ph,1982,443,5412 C.E. (µmho/cm),28,468,2812,3853 OD (mgo 2 /L),2466,312,6,212 DBO (mgo 2 /L),113,378,554,6134 Ptotal (mg/l),27,786,464,95 Orto (mg/l),24,851,273,764 Amônia (mg/l),383,4556,3547,367 Clorofila a (µg/l),1565,2375,263,58 4

5 Sistemas biológicos como lagoas de estabilização facultativas, o tratamento é fundamentado na interação entre algas e bactérias com a predominância de algas verdes que, através de seu metabolismo intenso explicaria cerca de 4% dos valores de ph e 55% da DBO 5 (Figura 1). As algas oriundas de sistemas de tratamento disponibilizariam alimento para as cadeias alimentares aquáticas além de elevarem os níveis de oxigênio dissolvido. Em sistemas de tratamento a degradação da matéria orgânica disponibiliza nutrientes inorgânicos para as algas e dentre eles está o íon amônia, a fonte de nitrogênio facilmente assimilada pelos flagelados verdes (Phylum Euglenophyta), cujo representante típico é o gênero Euglena, evidenciando que este grupo de algas é capaz de tolerar elevadas concentrações de amônia presentes nas lagoas. O ortofosfato solúvel também favoreceu a presença das diatomáceas (Phylum Bacillariophyta) (r r de,764). Porém correlações lineares inversas foram observadas entre o número total dos representantes do Phylum Bacillariophyta e o ph, DBO 5 e clorofila a, indicando que as diatomáceas não se desenvolveram satisfatoriamente nestes ambientes hipereutróficos. CONCLUSÕES Os resultados apresentados mostram que a presença de algas em sistemas de tratamento tem influência, ao longo das horas iluminadas do dias, sobre alguns parâmetros do efluente final das lagoas de estabilização. As características do ambiente hipereutrófico das lagoas também determinam o estabelecimento ou não de grupos algais específicos. Neste estudo a utilização de ferramentas estatísticas como a correlação linear auxiliou na compreensão das inter relações existentes nos processos biológicos que promovem o biológico do tratamento dos esgotos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Abeliovich, A.; Azov, Y. (1976). Toxicity of ammonia to algae in sewage oxidation ponds. Applied and Environmental Microbiology 31 (6), p APHA, AWWA, WPCF (1995). Standard Methods for the examination of water and wastewater. 19 th ed. Washington D.C.: American Public Health Association. Bourelly, P. (1966). Les algues d eau douce. Initiation à la systématique. I: Les algues vertes. N. Boubée end Cie. Paris. Bourelly, P.(197). Les algues d eau douce. Initiation à la systématique. III: Les algues bleus at rouges, les eugléniens, peridiniens et cryptomonadines. N. Boubée end Cie. Paris. de Oliveira, R. (199).The performance of deep waste stabilization pond in Northeast Brazil. (Tese de Doutorado). Universidade de Leeds Leeds Inglaterra. Council of European Communities (1991). Council Directive of 21 May 1991 concerning urban wastewater treatment (91/271/EEC). Official Journal of the European Communities, L135/4-52 (3 May). Florentino, I.Q.B. (1992). Caracterização do sistema de lagoas de estabilização do município de Guarabira PB. (Dissertação de mestrado em Engenharia Civil). UFPB Campina Grande PB. 131p. Florentino, E.R. (1993). Caracterização dos esgotos domésticos e efluentes das ETE s de Campina Grande, Guarabira e Sapé PB. (Dissertação de mestrado em Engenharia Civil). UFPB Campina Grande PB. 132p Jones, J.G. (1979). A guide to methods for estimating microbial numbers and biomass in freshwaters. Ambleside: Freshwater Biological Association Scientific Publication (39). Konig, A.; Pearson, H.W.; Silva, S.A. (1987). Ammonia toxicity to algal growth in waste stabilization ponds. Water Science and Technology 19 (12), p Konig, A. (1984). Ecophysiological studies on some algae and bacteria of waste stabilization ponds. (Tese de doutorado). Universidade de Liverpool Liverpool Inglaterra. Palmer, C.M. (1969). A composite rating of algae tolerating organic pollution. J. Phycology 5, p Pearson, H.W. (1987). Algae associated with sewage treatment. In: Microbial Technology in the Developing World. (Ed. E.J. da Silva, Y.R. Dommergues, E.J. Nyns and C. Ratledge). News York: Oxford University Press, p Silva, S.A. (1982). On the treatment of domestic sewage in waste stabilization ponds in Northeast Brazil. (Tese de doutorado). Universidade de Dundee Dundee Escócia. Sousa, M.do S.M (1994). Variações do ciclo nictemeral da qualidade do efluente final da ETE do município de Guarabira PB. (Dissertação de mestrado em Engenharia Civil). UFPB Campina Grande PB. 135p 5

6 ph 8,2 8 7,8 7,6 7,4 7,2 7 6,8 ph X Log do n médio de Chlorophyta/mL y =,1948x + 6,5817 R 2 =, Log do n médio de Chlorophyta/mL ph 8 7,8 7,6 7,4 7,2 7 6,8 ph X y = -,4181x + 8,7365 R 2 =,5412 DBO (mg/l) DBO X Log do nº médio de Chlorophyta/mL y = 27,664x - 74,889 R 2 =, Log do nº médio de Chlorophyta/mL DBO (mg/l) DBO X y = -62,491x + 252,76 R 2 =,6134 Amônia (mg/l) Amônia X Log do nº médio de Euglenophyta/mL y = 19,31x - 36,24 R 2 =,4556 Log do nº médio de Euglenophyta/mL Cl "a" (u/l) Cl "a" X y = -581,58x ,9 4 R 2 =, Orto (mg/l) Orto X y = 1,88x - 1,179 R 2 =, Figura 1: Representação gráfica das correlações lineares entre parâmetros físico-químicos e o número total de indivíduos dos Phyla Euglenophyta, Chlorophyta e Bacillariophyta identificados nos efluentes finais de 8 sistemas de tratamento de lagoas de estabilização no estado da Paraíba Brasil. 6