Population dynamics: seasonal variation of phytoplankton functional groups in brazilian reservoirs (Billings and Guarapiranga, São Paulo)

Phytoplankton may function as a "sensor" of changes in aquatic environment and responds rapidly to such changes. In freshwaters, coexistence of species that have similar ecological requirements and show the same environmental requirements frequently occurs; such species groups are named functional groups. The use of phytoplankton functional groups to evaluate these changes has proven to be very useful and effective. Thus, the aim of this study was to evaluate the occurrence of functional groups of phytoplankton in two reservoirs (Billings and Guarapiranga) that supply water to millions of people in São Paulo city Metropolitan Area, southeastern Brazil. Surface water samples were collected monthly and physical, chemical and biological (quantitative and qualitative analyses of the phytoplankton) were performed. The highest biovolume (mm³.L-1) of the descriptor species and functional groups were represented respectively by Anabaena circinalis Rabenh. (H1), Microcystis aeruginosa (Kützing) Kützing (L M/M) and Mougeotia sp. (T) in the Guarapiranga reservoir and Cylindrospermopsis raciborskii (Wolosz.) Seen. and Subba Raju (S N), Microcystis aeruginosa and M. panniformis Komárek et al. (L M/M), Planktothrix agardhii (Gom.) Anagn. and Komárek and P. cf. clathrata (Skuja) Anagn. and Komárek (S1) in the Billings reservoir. The environmental factors that most influenced the phytoplankton dynamics were water temperature, euphotic zone, turbidity, conductivity, pH, dissolved oxygen, nitrate and total phosphorous.

Dinâmica populacional: variação sazonal dos grupos funcionais fitoplanctônicos em reservatórios brasileiros (Billings e Guarapiranga, São Paulo)

A comunidade fitoplanctônica pode funcionar como sensor das variações do ambiente aquático respondendo rapidamente as essas alterações. Em sistemas aquáticos continentais é comum a coexistência de espécies que possuem as mesmas necessidades ecológicas e apresentam as mesmas tolerâncias ambientais, tais grupos de espécies fitoplanctônicas são denominados grupos funcionais. O uso de grupos funcionais fitoplanctônicos para avaliar tais alterações tem se mostrado muito útil e eficaz. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar a ocorrência de grupos funcionais fitoplanctônicos em dois reservatórios (Billings e Guarapiranga) que suprem de água milhões de pessoas na Região Metropolitana de São Paulo, Sudeste do Brasil. As amostras foram coletadas mensalmente na superfície da coluna d'água e foram analisadas as variáveis físicas, químicas e biológicas (análises qualitativa e quantitativa do fitoplâncton). Os maiores valores de biovolume (mm3.L-1) das espécies descritoras e grupos funcionais foram representados por Anabaena circinalis (H1), Microcystis aeruginosa (LM/M) e Mougeotia sp. (T) no Reservatório Guarapiranga e por Cylindrospermopsis raciborskii (SN), Microcystis aeruginosa e M. panniformis (LM/M), Planktothrix agardhii e P. cf. clathrata (S1) no Reservatório Billings. Os principais fatores ambientais que interferiram na dinâmica do fitoplâncton foram: temperatura da água, zona eufótica, turbidez, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, nitrato e fósforo total

Flow injection analysis of paracetamol using a biomimetic sensor as a sensitive and selective amperometric detector

This work describes the coupling of a biomimetic sensor to a flow injection system for the sensitive determination of paracetamol. The sensor was prepared as previously described in the literature (M. D. P. T. Sotomayor, A. Sigoli, M. R. V. Lanza, A. A. Tanaka and L. T. Kubota, J. Braz. Chem. Soc., 2008, 19, 734) by modifying a glassy carbon electrode surface with a Nafion (R) membrane doped with iron tetrapyridinoporphyrazine (FeTPyPz), a biomimetic catalyst of the P450 enzyme. The performance of the sensor for paracetamol detection was investigated and optimized in a flow injection system (FIA) using a wall jet electrochemical cell. Under optimized conditions a wide linear response range (1.0 x 10(-5) to 5.0 x 10(-2) mol L(-1)) was obtained, with a sensitivity of 2579 (+/- 129) mu A L mu mol(-1). The detection and quantification limits of the sensor for paracetamol in the FIA system were 1.0 and 3.5 mu mol L(-1), respectively. The analytical frequency was 51 samples h(-1), and over a period of five days (320 determinations) the biosensor maintained practically the same response. The system was successfully applied to paracetamol quantification in seven pharmaceutical formulations and in water samples from six rivers in Sao Paulo State, Brazil.

Assessment of Ametryn Contamination in River Water, River Sediment, and Mollusk Bivalves in Sao Paulo State, Brazil

Sao Paulo state, Brazil, is one of the main areas of sugar cane agriculture in the world. Herbicides, in particular, ametryn, are extensively used in this extensive area, which implies that this herbicide is present in the environment and can contaminate the surface water by running off. Thereby, residues of ametryn were analyzed in samples of river water an river sediment and in freshwater bivalves obtained from the rivers Sapucai, Pardo and Mogi-Guacu in Sao Paulo State, Brazil. Samples were taken in the winter of 2003 and 2004 in two locations in each river. The specimens of freshwater bivalves collected and analyzed were Corbicula fluminea, an exotic species, and Diplodon fontaineanus, a native species. Additionally, the evaluation of the ability of bioconcentration and depuration of ametryn by the freshwater bivalve Corbicula fluminea was also performed. Ametryn concentrations in the samples were measured by liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Residues of ametryn in water (50 ng/L) and in freshwater bivalves (2-7 ng/g) were found in the Mogi-Guacu River in 2004, and residues in river sediments were found in all rivers in 2003 and 2004 (0.5-2 ng/g). The observation of the aquatic environment through the analysis of these matrixes, water, sediment, and bivalves, revealed the importance of the river sediment in the accumulation of the herbicide ametryn, which can contaminate the biota.

Integrating toxicity testing in the wastewater management of chemical storage terminals - A proposal based on a ten-year study

Wastewater control at storage terminals of liquid chemical products in bulk is very difficult because of the variety of products handled in the facilities generating effluents of variable composition. The main objective of this work was to verify if the Vibrio fischeri acute toxicity test could be routinely included in the wastewater management of those facilities along with physical and chemical analysis in order to evaluate and improve the quality of the generated effluents. The study was performed in two phases before and after the implementation of better operational practices/treatment technologies. Chemical oxygen demand (COD) and toxicity of treated effluents did not correlate showing that effluents with low COD contain toxic substances and non-biodegradable organic matter, which may be not degraded when discharged into the aquatic environment. Segregation of influents or pre-treatment based on toxicity results and biodegradability index were implemented in the facilities generating significant improvements in the quality of final effluents with reduction of Biochemical oxygen demand (BOD) and toxicity. The integration of physical and chemical analysis with the V.fischeri toxicity test turned out to be an excellent tool for wastewater management in chemical terminals allowing rapid decision making for pollution control and prevention measures. Reuse of rain water was also proposed and when implemented by the facilities resulted in economical and environmental benefits. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nanofiltration of surface water for the removal of endocrine disruptors

The assessment of surface water nanofiltration (NF) for the removal of endocrine disruptors (EDs) Nonylphenol Ethoxylate (IGEPAL), 4-Nonylphenol (NP) and 4-Octylphenol (OP) was carried out with three commercial NF membranes - NF90, NF200, NF270. The permeation experiments were conducted in laboratory flat-cell units of 13.2 x 10(-4) m(2) of surface area and in a DSS Lab-unit M20 with a membrane surface area of 0.036 m2. The membranes hydraulic permeabilities ranged from 3.7 to 15.6 kg/h/m(2)/bar and the rejection coefficients to NaCl, Na2SO4 and Glucose are for NF90: 97%, 99% and 97%, respectively; for NF200: 66%, 98% and 90%, respectively and for NF270: 48%, 94% and 84%, respectively. Three sets of nanofiltration experiments were carried out: i) NF of aqueous model solutions of NP, IGEPAL and OP running in total recirculation mode; ii) NF of surface water from Rio Sado (Settibal, Portugal) running in concentration mode; iii) NF of surface water from Rio Sado inoculated with NP, IGEPAL and OP running in concentration mode. The results of model solutions experiments showed that the EDs rejection coefficients are approximately 100% for all the membranes. The results obtained for the surface water showed that the rejection coefficients to natural organic Matter (NOM) are 94%, 82% and 78% for NF90, NF200 and NF 270 membranes respectively, with and without inoculation of EDs. The rejection coefficients to EDs in surface water with and without inoculation of EDs are 100%, showing that there is a fraction of NOM of high molecular weight that retains the EDs in the concentrate and that there is a fraction of NOM of low molecular weight that permeates through the NF membranes free of EDs.

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Immune responses in Bathymodiolus azoricus upon Vibrio challenges : approaches to characterize mussel survival strategies and physiological adaptations in deep sea extreme environments

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, especialidade de Biologia Marinha, 18 de Dezembro de 2015, Universidade dos Açores.

Avaliação ecotoxicológica de solos contaminados por ibuprofeno

Os produtos farmacêuticos são substâncias químicas muito utilizados em medicina, veterinária e ainda na agricultura. Nos anos 90, foi descoberta a presença de fármacos em meio aquático, verificando-se que a sua remoção nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) não era completa. Durante as duas últimas décadas foi identificada a presença de mais de oitenta compostos no meio ambiente e actualmente são considerados poluentes emergentes. Podem contaminar solos e águas, depois de serem usados e excretados (inalterados ou metabolizados) por humanos e animais, ou quando são indevidamente lançados directamente no meio ambiente. Os estudos ecotoxicológicos efectuados com estes poluentes têm sido direccionados, sobretudo, para as águas, existindo uma ausência de trabalhos sobre solos. O Ibuprofeno (IB) é um anti-inflamatório não esteróide, utilizado também como analgésico e antipirético, sendo um dos produtos farmacêuticos mais vendidos em todo o mundo, o que justifica a sua forte presença no meio ambiente. Por isso, e dada a ausência de trabalhos ecotoxicológicos de solos contaminados por fármacos, o IB foi o produto farmacêutico selecionado para a realização deste trabalho. A ecotoxicidade pode ser avaliada através de bioensaios. Estes têm a capacidade de avaliar a toxicidade de uma determinada substância de forma global, usando organismos vivos que funcionam como bio-indicadores. O presente trabalho tem como objectivos avaliar o impacte causado nos solos pelo IB, testar a toxicidade de dois processos de descontaminação para remover o referido fármaco dos solos assim como avaliar a toxicidade provocada por águas residuais, de três unidades hospitalares e de uma indústria farmacêutica. Esta avaliação foi efectuada através de ensaios de toxicidade aguda de germinação e de alongamento de raiz de sementes de alface, variedade bola de manteiga (Lactuca sativa), em solo arenoso. Os ensaios de ecotoxicidade aguda em solos contaminados por IB foram realizados para uma gama de concentrações entre 0,1 e 1000 μg/L. Verificou-se uma redução do número de sementes germinadas e do comprimento médio da planta no solo contaminado com 0,5 e 20 μg/L de IB. No solo contaminado com 1000 μg/L de IB observou-se uma redução da germinação, acompanhada por uma indução de crescimento da raiz da espécie Lactuca sativa. Os dois tratamentos de descontaminação de solos, reagente de Fenton e Nanopartículas de ferro zero valente, revelaram toxicidade, tendo-se obtido uma percentagem de germinação entre 32,2 ± 3,5 e 48,5 ± 6,2 e inibição do crescimento da raiz do organismo teste em cerca de 85,0 %. Em relação às águas residuais hospitalares verificou-se uma redução da percentagem de germinação entre 31,1 ± 5,0 e 72,3 ± 12,4 e uma inibição do crescimento da raiz situada entre 13,0 ± 6,4 e 20,2 ± 10,0 %. Para a água residual industrial ocorreu uma inibição da percentagem de germinação de 60,5 ± 13,1, contudo nas plantas germinadas observou-se uma indução do crescimento da raiz de 14,9 ± 7,7 %.

Ecotoxicity tests using the green algae chlorella vulgaris — a useful tool in hazardous effluents management

The treatment efficiency of laboratory wastewaters was evaluated and ecotoxicity tests with Chlorella vulgaris were performed on them to assess the safety of their environmental discharge. For chemical oxygen demand wastewaters, chromium (VI), mercury (II) and silver were efficiently removedby chemical treatments.Areduction of ecotoxicitywas achieved; nevertheless, an EC50 (effective concentration that causes a 50% inhibition in the algae growth) of 1.5% (v/v) indicated still high level of ecotoxicity. For chloride determination wastewaters, an efficient reduction of chromium and silver was achieved after treatment. Regarding the reduction of ecotoxicity observed, EC50 increased from 0.059% to 0.5%, only a 0.02% concentration in the aquatic environment would guarantee no effects. Wastewaters containing phenanthroline/iron (II) complex were treated by chemical oxidation. Treatmentwas satisfactory concerning chemical parameters, although an increase in ecotoxicitywas observed (EC50 reduced from 0.31% to 0.21%). The wastes from the kinetic study of persulphate and iodide reaction were treated with sodium bisulphite until colour was removed. Although they did not reveal significant ecotoxicity, only over 1% of the untreated waste produced observable effects over algae. Therefore, ecotoxicity tests could be considered a useful tool not only in laboratory effluents treatment, as shown, but also in hazardous wastewaters management.

Vibrio vulnificus as a health hazard for shrimp consumers

Over the last 30 years, a number of Vibrio species found in the aquatic environment have been indicated as cause of disease in human beings. Vibrio vulnificus is an emergent pathogen, an invasive and lethal marine bacterium related to wound infection and held accountable for gastroenteritis and primary septicemia. It occurs quite frequently in marine organisms, mainly in mollusks. This study aimed at isolating and identifying strains of V. vulnificus based upon the analysis of twenty samples of seabob shrimp, Xiphopenaeus kroyeri (Heller), purchased at the Mucuripe fish market (Fortaleza, Brazil). TCBS agar was used to isolate suspect strains. Seven of twenty-nine strains isolated from six different samples were confirmed as such by means of biochemical evidence and thus submitted to biological assays to determine their virulence. The susceptibility of the V. vulnificus strains to a number of antibiotics was tested. None of the V. vulnificus strains showed signs of virulence during a 24-hour observation period, possibly due to the shedding of the capsules by the cells. As to the results of the antimicrobial susceptibility tests, the seven above-mentioned V. vulnificus strains were found to be sensitive to nitrofurantoin (NT), ciprofloxacin (CIP), gentamicin (GN) and chloramphenicol (CO) and resistant to clindamycin (CI), penicillin (PN) and ampicillin (AP).

N-acetyl-β -d-glucosaminidase activity in feral Carcinus maenasexposed to cadmium

Cadmium is a priority hazardous substance, persistent in the aquatic environment, with the capacity to interfere with crustacean moulting. Moulting is a vital process dictating crustacean growth, reproduction and metamorphosis. However, for many organisms, moult disruption is difficult to evaluate in the short term, what limits its inclusion in monitoring programmes. N-acetyl-β-d-glucosaminidase (NAGase) is an enzyme acting in the final steps of the endocrine-regulated moulting cascade, allowing for the cast off of the old exoskeleton, with potential interest as a biomarker of moult disruption. This study investigated responses to waterborne cadmium of NAGase activity of Carcinus maenas originating from estuaries with different histories of anthropogenic contamination: a low impacted and a moderately polluted one. Crabs from both sites were individually exposed for seven days to cadmium concentrations ranging from 1.3 to 2000 μg/L. At the end of the assays, NAGase activity was assessed in the epidermis and digestive gland. Detoxification, antioxidant, energy production, and oxidative stress biomarkers implicated in cadmium metabolism and tolerance were also assessed to better understand differential NAGase responses: activity of glutathione S-transferases (GST), glutathione peroxidase (GPx) glutathione reductase (GR), levels of total glutathiones (TG), lipid peroxidation (LPO), lactate dehydrogenase (LDH), and NADP+-dependent isocitrate dehydrogenase (IDH). Animals from the moderately polluted estuary had lower NAGase activity both in the epidermis and digestive gland than in the low impacted site. NAGase activity in the epidermis and digestive gland of C. maenas from both estuaries was sensitive to cadmium exposure suggesting its usefulness for inclusion in monitoring programmes. However, in the digestive gland NAGase inhibition was found in crabs from the less impacted site but not in those from the moderately contaminated one. Altered glutathione levels were observed in cadmium-treated crabs from the contaminated site possibly conferring enhanced tolerance to these animals through its chelator action. Investigation of enhanced tolerance should thus be accounted for in monitoring programmes employing NAGase as biomarker to avoid data misinterpretation.

Antibacterial effect (in vitro) of Moringa oleifera and Annona muricata against Gram positive and Gram negative bacteria

Antibacterial effects of aqueous and ethanolic extracts of seeds of moringa (Moringa oleifera) and pods of soursop (Annona muricata) in the concentration of 1:5 and 1:10 in volumes 50, 100, 150 and 200 µL were examined against Staphylococcus aureus, Vibrio cholerae, Escherichia coli (isolated from the organism and the aquatic environment) and Salmonella Enteritidis. Antibacterial activity (inhibition halo > 13 mm) against S. aureus, V. cholerae and E. coli isolated from the whiteleg shrimp, Litopenaeus vannmaei, was detected in aqueous and ethanolic extracts of moringa. E. coli isolated from tilapiafish, Oreochromis niloticus, was sensitive to the ethanolic extract of moringa. The aqueous extracts of soursop showed an antibacterial effect against S. aureus and V. cholerae, but the antibacterial activity by the ethanol extracts of this plant was not demonstrated.

Desenvolvimento de sensores colorimétricos para despiste de antibióticos

introdução de drogas que assegurem o crescimento e a preservação das espécies, mas que eventualmente se espalham para o meio aquático envolvente, promovendo alterações da biodiversidade e entrar, directamente ou indirectamente, na cadeia alimentar. Quando estas drogas são agentes antimicrobianos de uso humano, tais como a amoxicilina, tetraciclina ou sulfonamidas, há um alto risco de aparecimento de espécies bacterianas resistentes, algo que constitui uma ameaça grave para a saúde pública. Esta introdução de agentes antimicrobianos no ambiente aquático através do sector das pescas pode ser reduzida através da monitorização regular ou contínua dos níveis de antibióticos no sistema de água, durante a execução, bem como antes da descarga para o meio aquático. Para isso, é necessário métodos analíticos que permitam uma frequência analítica elevada e continua, nos tanques de cultivos dos peixes. O presente trabalho descreve para este efeito, um sensor constituído por papel quimicamente modificado por reações em monocamadas, assumindo uma coloração típica após contacto com o antibiótico . A intensidade da coloração estava relacionada com a concentração desse antibiótico. A modificação do papel foi baseada na alteração química das unidades de glucose do papel por meio de uma reação covalente com reagentes apropriados. De seguida, criou-se uma camada de quitosano sobre o papel modificado onde se adsorveu a espécie metálica capaz de mudar de cor na presença de sulfadiazina. As modificações resultantes foram avaliadas em relação a vários parâmetros, com o intuito de provocar uma variação de cor intensa face à concentração de antibiótico. Os sensores preparados foram caracterizados do ponto de vista do seu desempenho analítico, efetuou-se a construção de uma gama de concentração que permitiu obter uma resposta previsível e transversal em relação a outros antibióticos, bem como a identificação de uma relação linear entre concentração e coordenadas de cor e a aplicação de sensores em amostra de água ambiental dopados com antibiótico. Generalizando, foi possível estabelecer um processo de modificação simples de papel capaz de medir a presença e quantidade de sulfadiazina

SURVIVAL, INDUCTION AND RESUSCITATION OF Vibrio cholerae FROM THE VIABLE BUT NON-CULTURABLE STATE IN THE SOUTHERN CARIBBEAN SEA

The causative agent of cholera, Vibrio cholerae, can enter into a viable but non-culturable (VBNC) state in response to unfavorable conditions. The aim of this study was to evaluate the in situ survival of V. cholerae in an aquatic environment of the Southern Caribbean Sea, and its induction and resuscitation from the VBNC state. V. cholerae non-O1, non-O139 was inoculated into diffusion chambers placed at the Cuare Wildlife Refuge, Venezuela, and monitored for plate, total and viable cells counts. At 119 days of exposure to the environment, the colony count was < 10 CFU/mL and a portion of the bacterial population entered the VBNC state. Additionally, the viability decreased two orders of magnitude and morphological changes occurred from rod to coccoid cells. Among the aquatic environmental variables, the salinity had negative correlation with the colony counts in the dry season. Resuscitation studies showed significant recovery of cell cultivability with spent media addition (p < 0.05). These results suggest that V. cholerae can persist in the VBNC state in this Caribbean environment and revert to a cultivable form under favorable conditions. The VBNC state might represent a critical step in cholera transmission in susceptible areas.