Phoslock Water Solutions Ltd.

Eutrofização é o aumento da produção biológica em ambientes aquáticos ocasionada pelo incremento na concentração de nutrientes como fósforo e nitrogênio. A eutrofização pode resultar no aumento visível de algas como cianobactérias tóxicas ou proliferação de outras algas ou ainda infestação de plantas aquáticas flutuantes ou submersas. Concentrações de PO4 acima de 0,03 mg/L são suficientes para causar a proliferação de cianobactérias. A degradação de matéria orgânica pode levar ao declínio de oxigênio na água, o qual por sua vez causa problemas secundários, como mortandade de peixes e liberação de substâncias tóxicas ou fosfatos do fundo, anteriormente ligados ao sedimento quando oxigenado. A liberação de fósforo do sedimento acelera o processo de eutrofização. Alguns lagos são naturalmente eutróficos, mas em muitos outros casos, o excesso de nutrientes é proveniente de (a) origem antropogênica, como despejo efluentes domésticos; (b) efluentes industriais; (3) lixiviação e carreamento de fertilizantes ou estrume em áreas de agricultura. Este aumento na concentração de nutrientes degrada seriamente o ecossistema aquático e compromete o uso da água para abastecimento público, industrial, pesca, aqüicultura e recreação.

A proliferação de cianobactérias está relacionada à vantagem competitiva que elas exercem sobre outros grupos de fitoplâncton quando há excesso de fósforo disponível na água. Phoslock ao remover o fósforo inorgânico solúvel (PO4) retira o principal nutriente para o crescimento das cianobactérias. Como resultado, ocorre um aumento na proporção N:P na medida em que o fósforo é reduzido. O efeito disso é uma redução significativa das cianobactérias associada ao processo de reversão da eutrofização. Conseqüentemente, a ocorrência e acúmulo de cianotoxinas na água são reduzidos.

Informações sobre a qualidade da água em reservatórios antes e depois da aplicação de Phoslock mostram que a redução das cianobactérias ocorre devido à alteração da proporção N:P. Portanto,  Phoslock ao imobilizar fosfatos (FRD) na coluna da água, água intersticial e sedimento torna a concentração de fósforo limitante para o crescimento e proliferação das cianobactérias.

O controle permanente de florações algais é uma tarefa difícil para gerentes de reservatórios e outros mananciais. Apesar dos vários métodos existentes para controlar florações, existem muitas restrições associadas às suas aplicações, por exemplo:

• Drenagem do sistema: apesar de remover fósforo e outros nutrientes da água, esta opção afeta toda a fauna aquática e pode ser um grande desperdício de água. Além disso, e mais importante, de nada adianta drenar o sistema se a fonte de eutrofização interna que provém sedimento não for controlada.

• Dragagem do sedimento: esta é uma remediação muitas vezes necessária, pois permite remover o excesso de matéria orgânica particulada e nutrientes acumulados no fundo que se tornariam disponíveis para a massa da água a médio e longo prazo. Além disso, possibilita aumentar o volume de corpos hídricos que se encontram muito assoreados. No entanto, existe uma série de questões relevantes que envolvem a aplicação desta técnica. A primeira e muito crítica é que a remoção do sedimento causa alterações severas na qualidade uma vez que ressuspende matéria orgânica particulada e dissolvida, causando turbidez, florações de algas e eventuais mortandades de peixes. A segunda é que a dragagem afeta diretamente a comunidade bentônica ao remover o sedimento. E por fim, vale ressaltar que a dragagem remove apenas uma parcela do estoque fósforo acumulado no sedimento. Nutrientes solúveis permanecem no sistema. Sendo assim, este método é eficiente para remover o excesso de lodo e particulados que futuramente poderiam se solubilizar. Mas não garante que condições de eutrofização sejam revertidas. Em função destas questões, é necessário que seja realizado um tratamento imediato posterior ou durante a dragagem para imobilizar todo o fosforo solúvel disponibilizado durante o processo, evitando assim florações e mortandades de peixes. A combinação de dragagem e aplicação de Phoslock já foi testada por pesquisadores na atualidade e vem sendo empregada com sucesso para a recuperação de muitos ambientes aquáticos.

• Mistura artificial (desestratificação artificial): realizado através da agitação da coluna da água com aeradores de fundo. O efeito das bolhas produz turbulência, quebrando a estratificação termal com o objetivo também de oxigenar o fundo para reduzir a liberação de nutrientes do sedimento. Porém esta opção, além de cara, não é efetiva para controlar florações.

• Minimizar a entrada de nutrientes. Estas medidas são efetivas para controlar fontes pontuais de nutrientes. Embora tais medidas sejam fundamentais para evitar que o corpo da água receba grandes cargas pontuais de fósforo, há também fontes difusas, as quais podem também estar influenciando diretamente a trofia do sistema e são mais difíceis de controlar. A questão é que mesmo removendo fontes pontuais e difusas, a recuperação natural do sistema é um processo lento e geralmente incompleto. Dependendo do grau de eutrofizaçao podem se passar mais de 50 anos e não haver melhora significativa na qualidade da água do sistema.

• Remoção física das algas ou restrição da luz incidente sobre a superfície da água. Esses métodos promovem soluções temporárias e de pouca eficiência. Além disso, são impraticáveis, particularmente em corpos da água com grandes dimensões (lagos e reservatórios).

• Aplicação de algicida ou cloração: são medidas com resultados imediatos, porém insustentáveis. Pois após eliminar as florações, o fósforo intracelular é liberado para a massa da água e passa a estar disponível para uma próxima floração de algas. Além disso, tanto aplicações de algicida quanto de cloro, por provocar a lise das células, fazem com que as toxinas intracelulares sejam liberadas de uma só vez para o ambiente. Isto aumenta a concentração de toxinas no sistema muito rapidamente provocando danos imediatos aos organismos aquáticos e prejudicando o abastecimento. Há também o risco ambiental agregado ao uso de algicidas na natureza. No Brasil, há severas restrições a aplicação destes métodos justamente devido ao seu alto potencial de impactos.

• Tratamento com químicos (Al & Fe), embora pareça um método comum e barato, não evita que o fósforo seja reciclado por bactérias, fazendo com que o re-tratamento se torne necessário. Para alcançar níveis bastante baixos de fósforo, característicos de uma água de boa qualidade, são necessárias grandes doses de químicos. Isto, além de acidificar água e afetar toda a fauna aquática, resulta na formação de lodo, o qual é prejudicial aos organismos bentônicos. O lodo é instável sob pequenas variações de pH e potencial Redox, resultando em compostos secundários tóxicos inclusive a seres humanos. A remoção deste lodo, como explicado acima, é muito cara e altamente impactante.

Produção de toxicidade: As cianobatérias têm a habilidade de produzir toxinas altamente potentes. Há quatro tipos comuns de toxinas:

• Hepatotoxinas: atacam o fígado e outros órgãos da vítima envenenada, podendo levar ao câncer.
• Neurotoxinas: agem como bloqueadores neuromusculares, prejudicando o sistema nervoso e podendo causar tremores musculares. Tanto em animais quanto em pessoas essas toxinas podem causar parada cardio-respiratória.
• Endotoxinas: o contato provoca irritações, reações alérgicas, rachaduras na pele, irritação nos olhos, e podem causar dermatite severa e conjuntivite. Estes efeitos ocorrem após a natação ou banho em águas contaminadas. Se consumidas, elas podem também causar cólicas estomacais, náusea, febre e dores de cabeça. Sua presença nas vias aéreas pode causar asma. Acredita-se que algumas provoquem também tumores, embora ainda não haja comprovamento científico.
• Toxinas não-específicas: Essas são relativamente lentas na sua ação, prejudicando progressivamente a maioria dos órgãos, incluindo o fígado.

As toxinas produzidas pelas cianobactérias podem permanecer na água por semanas após o desaparecimento das algas. Portanto, podem envenenar humanos e animais, mesmo após eliminação das algas do ecossistema. Mortes de bovinos são bastante observadas devido à contaminação por cianotoxinas. Para a fauna aquática, a tendência é que as toxinas se acumulem no tecido dos organismos, como de peixes  e crustáceos. Conseqüentemente, isto coloca em risco à saúde humana.
Cianotoxinas não podem ser destruídas através da fervura da água. No ambiente aquático, elas são degradadas naturalmente por microorganismos. Porém, o tempo de degradação depende da meia vida de cada toxina e da quantidade e qualidade de  biodegradadores presentes no corpo aquático.

Redução de oxigênio dissolvido: as florações são responsáveis por consumir muito do oxigênio produzido no sistema, particularmente à noite ou com clima nublado, quando não ocorre fotossíntese. Quando as algas alcançam a fase avançada de crescimento, elas florescem por um período e então morrem. Posteriormente, a decomposição das algas causa a depleção drástica do oxigênio na coluna da água, causando a morte de peixes.

Problemas de Sabor & Odor: as florações causam sabor alterado e mau cheiro à água devido a produção de compostos como geosmina (GSM) e 2 metilisoborneol (MIB). Na atualidade, esses aspectos possuem grande importância para estações de tratamento da água, pois a remoção dos compostos MIB e GSM implica alto custo operacional.

Entupimento dos Filtros: as florações causam o entupimento de filtros de bombas    hidráulicas, afetando também o maquinário utilizado em sistemas de tratamento da água.

Flutuação de pH: as florações causam grandes flutuações diárias de pH. Isso se deve aos processos de respiração e fotossíntese das algas que produzem CO2 (ácido) na respiração, e OH (básico), na fotossíntese.

Perda econômica: Eventos de florações de cianobactérias, além de oferecerem risco à saúde de animais e humanos, alteram a estética do ambiente, prejudicando a recreação e turismo e aumentando também os custos operacionais para o tratamento da água.

A floração de cianobactérias ou outro grupo de algas ocorre usualmente por causa do aumento na concentração de nutrientes (eutrofização), clima quente, ou ambos. Fatores como temperatura, estratificação termal, presença de zooplâncton, pH, luz e salinidade têm papel importante para a ocorrência de florações. A maioria das florações é de cianobactérias.

O termo floração é dado quando o desenvolvimento da biomassa fitoplanctônica (algas ou cianobactérias) é significativamente maior do que a média da biomassa de algas de um corpo aquático. As florações são geralmente caracterizadas pela proliferação de uma ou duas espécies de algas e identificadas pela espécie ou grupo dominante (ex. florações de Microcystis aeuruginosa, florações de diatomáceas, etc). Quando a floração é excessiva, e o acúmulo das algas forma uma camada espessa na massa da água, o evento é conhecido como espuma.  As espumas de cianobactérias são típicas das algas que flutuam na superfície da água em função de sua habilidade de se inflar com gás. Esta habilidade permite que elas obtenham uma ótima radiação solar ao longo do dia.

No início do século vinte, foi descoberto por Alfred Redfield (1934) que a composição química intracelular do fitoplâncton é semelhante à composição química do oceano, na razão de 16 moléculas de nitrogênio (N) para 1 molécula de fósforo (P). Cientistas aceitam isso como uma constante, denominada razão de Redfield (16N:1P). No entanto, a proporção de Redfield para o fitoplâncton não é um valor universal, mas representa uma média para o crescimento de diversas espécies, considerando a variedade de condições ambientais e suas estratégias de crescimento.

A proporção N:P não é constante em corpos da água, e isso é principalmente devido à entrada de nutrientes de fontes antropogênicas tais como: fertilizantes, esgotos domésticos, efluentes industriais, lixiviação do solo pela chuva, etc.

Durante o crescimento exponencial do fitoplâncton, o processo de floração promove a alocação de nutrientes para os mecanismos de reprodução, aumentando o número de RNAs ribossomais. Isto faz com que a proporção N:P seja reduzida para ~8, bem abaixo da razão de Redfield (16). No entanto, quando os nutrientes estão escassos, o fitoplâncton com crescimento lento, que pode sintetizar outros nutrientes é favorecido. No ambiente,  proporções N:P variando entre 8,2 a 45 são consideradas ótimas, dependendo das condições ambientais.

As espécies fixadoras de nitrogênio (ex. cianobactérias) freqüentemente têm uma estequiometria N:P mais alta do que espécies não-fixadoras. Por exemplo, florações de Trichodesmium, que são fixadoras de nitrogênio, têm razões N:P variando de 42 a 125. As diferenças nas razões N:P entre filos e famílias são também significativamente diferentes. Por exemplo, algas verdes requerem N:P~30, enquanto diatomáceas requerem 10, dinofíceas ~12 e algas vermelhas~10.