Microbiologia Aquática 2

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Microbiologia Aquática
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Introdução
	A umidade em nosso planeta passa por uma circulação contínua, fornecendo a água necessária a todos os seres vivos.
 A água entra na atmosfera terrestre pela evaporação de lagos, rios e oceanos e pela transpiração das folhas das plantas. Em seguida precipita-se e retorna à terra na forma de neve, granizo ou chuva.
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 Ciclo hidrológico
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	A água utilizada pelo homem vem de fontes naturais de água doce (poços, lagos e rios).
	
	Por segurança, essa água (exceto aquela fornecida por poços) deve ser tratada para eliminar microrganismos patogênicos. Estações de purificação de água são construídas com esse propósito.
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	Águas de esgoto ou residuais são águas já utilizadas pelo homem para fins domésticos ou industriais; elas devem ser tratadas antes de estar disponíveis.
	
	Os microrganismos realizam o principal papel no tratamento do esgoto pela degradação de grande parte do material orgânico presente e pela decomposição de outras substâncias químicas indesejáveis.
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Categorias de águas naturais
Água atmosférica:água presente nas nuvens e precipitada como chuva, neve ou granizo;
Água superficial: porções de água como lagos, rios, ribeirões e oceanos;
Água de lençol freático: água subterrânea onde todos os poros do solo, bem como os espaços internos e entre os materiais rochosos estão saturados. 
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Fatores determinantes
Os tipos de microrganismos encontrados em um ambiente aquático são, de forma ampla,determinados pelas condições físicas e químicas que prevalecem naquele ambiente.
Essas condições ambientais variam de um extremo a outro em relação a fatores como temperatura, luminosidade, pH e nutrientes.
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Temperatura
As temperaturas das águas superficiais variam de 0º C nas regiões polares a 40º C nas regiões equatoriais.
Sob a superfície, mais de 90% do ambiente marinho está abaixo de 5º C, uma condição favorável para o crescimento de microrganismos psicrófilos - microrganismos que crescem em temperaturas que variam de (- 10º a 15º C).
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Bactérias termófilas – crescem em temperaturas entre (68º a 110º C).
	Estas foram isoladas de sedimentos anaeróbios próximos a fendas no fundo do oceano.
	EX: arqueobactéria Pyrodictium occultum – isolada de um campo submarino próximo à ilha Vulcano (Itália) a água atinge até 103º C. 
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Pressão Hidrostática
É a pressão do fundo de uma coluna vertical de água;
Essa pressão aumenta com a profundidade da água a uma proporção de 1 atmosfera a cada 10 m.
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Em grandes profundezas, como junto ao fundo do mar, a pressão hidrostática é enorme e pode causar alterações que afetam o sistema biológico ( mudança na velocidade de reações químicas, na solubilidade de nutrientes e no ponto de ebulição da água);
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Organismos barófilos – organismos que não podem crescer na pressão atmosférica normal e requerem alta pressão hidrostática.
	Algumas bactérias barófilas foram isoladas do oceano Pacífico em valas de profundidades de 1.000 a 10.000 m. Para seu isolamento é necessário equipamento especial de amostragem que mantém a alta pressão na amostra.
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Luz
Muitas formas de vida aquática dependem, direta ou indiretamente, dos produtos metabólicos de organismos fotossintéticos.
Os principais organismos fotossintéticos na maioria dos habitats aquáticos são as algas e as cianobactérias;
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O crescimento desses microrganismos é restrito às camadas superiores de águas através das quais a luz pode penetrar;
A região da camada de água na qual ocorre a fotossíntese é chamada de zona fótica.
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O tamanho dessa zona varia, dependendo das condições do local, como posição do sol, estação do ano e turbidez da água, geralmente a região fotossintética está restrita a faixa de 50 a 125 m de profundidade. 
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Salinidade
A salinidade, ou concentração do cloreto de sódio, de águas naturais varia de quase zero em água doce à saturada (32% de NaCl) em lagoas salgadas.
A água do mar contém aproximadamente 2,75% de NaCl.
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Além do NaCl, os principais sais encontrados na água são os sulfatos e os carbonatos de sódio e os cloretos, sulfatos e carbonatos de potássio, cálcio e magnésio;
A concentração de sais é usualmente menor em praias rasas próximas a foz dos rios;
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Muitos microrganismos marinhos são halofílicos – crescem bem em concentrações de 2,5 a 
 4,0 % de NaCl;
Microrganismos de lagos e rios são geralmente inibidos pelo NaCl em concentrações maiores que 1%;
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Turvação
Há nitidez na limpidez das águas de superfície.
O material em suspensão, responsável pela turvação da água,inclui:
		* partículas de materiais minerais da erosão da costa terrestre;
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		* detritos, formados por matéria orgânica particulada,como fragmentos de celulose, hemicelulose e quitina,proveniente da decomposição de material vegetal e animal;
		* microrganismos suspensos;
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Quanto maior a turvação da água, menor é a penetração de luz e menor será a profundidade da zona fótica.
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pH
Os microrganismos aquáticos geralmente crescem bem em uma faixa de pH de 6,5 a 8,5.
O pH da água do mar é de 7,5 a 8,5, e muitos microrganismos marinhos crescem bem em um meio de cultura com pH ajustado entre 7,2 e 7,6.
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pH
Os lagos e rios podem mostrar uma variação mais ampla de pH, dependendo das condições ambientais do local.
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Nutrientes
A quantidade e os tipos de materiais orgânicos e inorgânicos (nutrientes) presentes no ambiente aquático influenciam significativamente o crescimento microbiano.
Os nitratos e os fosfatos são constituintes inorgânicos comuns, promovendo o crescimento de algas.
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Nutrientes
Quantidades excessivas de nitratos e/ou fosfatos podem causar um supercrescimento de algas na água para níveis onde o crescimento maciço esgota o fornecimento de oxigênio da água, sufocando todas as outras vidas aquáticas.
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Nutrientes
A quantidade de nutrientes na água é referida como a carga de nutriente de um ambiente.
Águas próximas às praias, que recebem esgoto doméstico contendo compostos orgânicos e inorgânicos, estão sujeitas a intermitentes variações em sua carga de alimento. 
Em alto mar as águas têm uma carga de nutrientes que é comparativamente baixa e estável.
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Nutrientes
Os esgotos industriais podem também contribuir com substâncias antimicrobianas quando lançados às águas de estuários e costeiras.
O mercúrio e outros metais pesados de esgoto industrial podem inibir o crescimento de alguns microrganismos;
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Nutrientes
A presença de mercúrio e metais pesados permite o crescimento de formas resistentes. Ex: pseudomonas podem sobreviver em ambientes contendo mercúrio.
Convertem o mercúrio em mercúrio metilado, uma substância volátil que escapa para a atmosfera, removendo desta forma o mercúrio do ambiente aquático.	 
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Distribuição dos Microrganismos no Ambiente Aquático
Lagos, lagoas, riachos, estuários e mar  incluem microbiota diversa.
Microbiota de água doce: 
	a) Zona litorânea: penetração da luz e vegetação presente (diversos) 
b) Zona limnética: zona aberta, longe da costa (algas, Pseudomonas, Caulobacter, Hyphomicrobium). 
c) Zona hipolímnica: água mais profunda (bactérias sulfurosas, púrpuras e verdes) 
d) Zona bêntica: zona de sedimentação, fundo de lagos (Desulfuvibrio, Clostridium, bactérias metanogênicas). 
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Quantidade e localização dos microrganismos heterotróficos depende sobretudo da concentração de matéria orgânica e O2.
A maioria das bactérias heterotróficas tende a crescer nas superfícies: Pseudomonas, Cytophaga, Caulobacter, Hyphomicrobium.
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Fotoautotróficos, fotoheterotróficos, quimioautotróficos:
	- Bactérias púrpuras e verdes são encontradas em regiões de águas doces – em lagoas na região limnética;
	- Algas ocorrem na região limnética;
	- Lodo bêntico contém bactérias como Desulfovibrio que reduz SO4a H2S, Bacillus spp esporulados (provenientes do solo) e as metanogênicas;
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Comunidades microbianas na água: PLÂNCTON, PERIFITON, BENTOS .
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Diagrama esquemático de um lago
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PERIFITON
O termo perifiton (periphyton) foi designado por ecólogos para definir um microhabitat, “complexa comunidade de microbiota (algas, bactérias, protozoários, animais, detritos orgânicos e inorgânicos) agregada a um substrato orgânico ou inorgânico, vivo ou morto”. 
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Os estudos sobre perifiton em ecossistemas aquáticos naturais desenvolveram-se tanto em substratos naturais, folhas de plantas, troncos caídos na água, como em artificiais, placas de vidro, madeira, acrílico, PVC, lata, etc. 
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Um dos maiores problemas em relação aos substratos naturais é o emprego de um método satisfatório para a determinação de sua área.
Na colonização de substratos em ambientes de correnteza há uma efetiva seleção por espécies com mecanismos próprios de fixação, enquanto que em ambientes lênticos, a colonização é menos restritiva. 
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A comunidade de organismos que vive aderida a diferentes substrato pode desempenhar um papel fundamental na dinâmica dos ecossistemas aquáticos, podendo-se enumerar os seguintes itens:
em muitos ecossistemas o perifiton pode contribuir com cerca de 70% a 80% de matéria orgânica para a produtividade total (Wetzel, 1975);
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os organismos desta comunidade apresentam uma alta taxa de reciclagem de nutrientes e uma ampla distribuição geográfica, proporcionando desta forma, abrigo e alimento para vários organismos, principalmente peixes (Panitz, 1980);
o perifiton pode proteger as macrófitas hospedeiras da ação direta dos herbívoros;
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os organismos perifíticos que apresentam forma fixa são menos sujeitos à ação de correntes e movimentos da água, podendo constituir-se em melhores indicadores biológicos da qualidade de água do que do próprio plâncton (Miranda, 1996);
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a comunidade perifítica pode ser utilizada no pré-tratamento de águas residuárias, face a sua capacidade de remover nutrientes (Sladecová, 1962);
o grau de produtividade primária desta comunidade também pode ser utilizado como mais um fator na classificação trófica dos lagos (Sladecková, 1962).
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Os organismos perifíticos causam problemas na colmatação de filtros em estações de tratamento de água, corrosão de comportas, pilares de pontes e cascos de embarcações e também colonizam decantadores e piscinas, acarretando dispêndios consideráveis ao processo de tratamento;
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A comunidade perifítica coloniza muitos habitats de rios e lagos e tem sido utilizada como indicador biótico das características do ambiente e para biomonitoramento (Miranda, 1996). 
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Substrato natural – Nymphaea sp.
Substrato artificial – vidro.
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Ambiente marinho
Faixas de temperatura 
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Microbiota marinha: 
a) Fitoplanctos (diatomáceas e outras algas): luz e CO2 
b) Bactérias bioluminescentes: enzimas luciferase (capta elétrons ) 
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Poluição das águas 
 Microbiana 
a) Fontes naturais: filtros naturais (retenção de microrganismos patogênicos).
 
b)Águas poluídas: resíduos industriais, humanos ou animais (fecais): transmissão de doenças (febre tifóide, cólera, leptospirose, Cryptosporidium – protozoário - vírus, ). 
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Química 
Indústrias: corantes, mercúrio (fabricação de papel e mineração), detergentes sintéticos ou contendo fosfato (eutrofização), acidez. 
b) Agrícolas: adubos (nitrito), pesticidas. 
c) Domésticos: detergentes biodegradáveis e outros poluentes orgânicos 
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Física: descarga de material em suspensão ou particulado. 
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Testes para controle de qualidade da água 
a) Microrganismos patogênicos: diagnóstico tardio, difícil crescimento, difícil isolamento, baixa população. 
b) Microrganismos indicadores: presente em fezes humanas e animais, maior sobrevivência na água, detectáveis em testes simples (coliformes: totais e termoresistentes) .
 
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 Coliformes: Bactérias Gram negativas, bacilos, aeróbios anaeróbios facultativos, não formadores de esporos, fermentadores de lactose com produção de gás em caldo lactosado incubado durante 48 h a 35o C. Ex. E. coli. 
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c) Métodos de avaliação: 
• Número mais provável (NMP) 
• Filtração em membranas 
• Kits especiais 
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Os microrganismos são utilizados como indicadores da qualidade da água: tipo de microrganismos que quando presentes na água evidencia que esta está poluída, com material fecal de origem humana ou de animais de sangue quente. 
Isto indica que quaisquer outros microrganismos desses indivíduos podem estar presentes. Portanto, a análise da água não visa identificar ou quantificar microrganismos patogênicos, apenas aqueles indicadores. 
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Como justificar estas características de um microrganismo indicador?
• Está presente em água poluída e ausente em água potável; 
• Está presente na água quando os microrganismos patogênicos estão presentes; 
• O número de microrganismos indicadores está correlacionado com o índice de poluição; 
• Sobreviver mais tempo na água que os patogênicos; 
• Apresentar propriedades estáveis e uniformes; 
• Apresentar baixa patogenicidade; 
• Está presente em maior número que os patogênicos; 
• Identificação fácil por métodos simples. 
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Tratamento de água 
Reservatórios não contaminados: tratamento leve (cloração ou filtração) 
 Reservatórios poluídos: 
Decantação: turbidez; 
b) Floculação: remoção de materiais coloidais (argilas): sulfato de potássio e alumínio, decantados em forma de flocos ;
 
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c) Filtração: leitos de areia fina com 30 a 130 cm (físico): retenção de protozoários. 
• Limpezas periódicas: remoção 
• Filtros de carvão ativado (carbono): remoção de poluentes químicos. 
• Sistema de filtração por membrana de baixa pressão (0,2μm) 
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d) Cloração, ozônio (O3) ou exposição à luz UV. 
• (cloro pode ser carcinogênico ao reagir com componentes na água) 
e) Tanques de armazenamento 
f) Consumo 
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Seqüência no tratamento da água 
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Tratamento de esgoto 
 
Água usada (uso doméstico, sanitário, excrementos, água da chuva, detritos industriais, óleo, graxas etc) 
• Pouca matéria particulada (0,03%) 
• Local de despejo: rios, lagoas, mar. 
• Composição: (99% água e 1% sólido) 
• Conseqüências dos esgotos: 
 Maior disseminação de microrganismos patogênicos; 
 Diminuição da água potável; 
 Contaminação da cadeia alimentar; 
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Tratamento primário de esgoto: 
Separação mecânica de material flutuante 
b) Câmara de sedimentação: remoção de areia e materiais granulosos; remoção de óleo e graxas; trituração de fragmentos; 
c) Separação da matéria orgânica sólida (lodo primário: 40-60%) e efluente primário. 
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Tratamento secundário do efluente: oxidação biológica da matéria orgânica dissolvida no efluente. (remoção da matéria orgânica e diminuição da DBO) 
a) Tanques de aeração: crescimento microbiano 
• Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): mede a quantidade de oxigênio necessário para os microrganismos metabolizarem à matéria orgânica biodegradável. 
• Sistema de lodo ativado: adição de inóculo (lodo: Zooglea) 
CO2 + H20 
• Ocorre floculação 
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b) Tanques de decantação 
c) Sólidos são tratados em digestor anaeróbio (lodo flutuante ou sedimentado) 
d) Clarificação do efluente 
e) Remoção de 75 a 95% da DBO 
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Filtro de escoamento: outro método do tratamento secundário. 
a) Espalhamento do esgoto sobre pedras ou plástico: 
b) Formação de biofilme 
c) Oxidação da matéria orgânica 
d) Diminuição da DBO: 80 a 85% 
e) Processo mais fácil e menos esgoto tóxico 
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Desinfecção e liberação 
a) Cloração: 
b) Descartes feitos em arroios, rios, oceanos, irrigação em solos 
c) Remoção do cloro antes da liberação da água (adição de dióxido de S) 
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Digestão dolodo: digestores anaeróbios 
a) Primeira fase: produz CO2 + ácidos orgânicos 
b) Segunda fase: transformação em H2 + CO2 + ácidos acético 
c) Terceira fase: produção de metano (CH4) + CO2 + lodo estável 
d) Aproveitamento do metano como combustível 
e) O lodo estável pode ser utilizado como adubo, mas pode conter metais pesados 
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Lagoa de Oxidação 
• Pequena demanda de esgoto 
• Necessita de maior área de terreno 
• Primeiro em lagoa profunda (sedimentação do lodo) e depois corresponde em parte ao tratamento secundário, em lagoas rasas (crescimento de algas favoráveis). 
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Tratamento terciário de esgoto 
• Eliminar toda DBO residual deixada pelos tratamentos primário e secundário, além do nitrogênio e fósforo. 
• Precipitação do fósforo com calcário, alumínio e cloreto férrico 
• Matéria particulada removida por filtros de areia e carvão ativado 
• Transformação do N em amônia e desnitrificação 
• Adição de cloro para eliminar microrganismos e odores 
• Processo caro 
• Água própria para consumo 
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Digestor de lodo 
Entrada de
 esgoto
Saída de gás
Saída da espuma
Saída do
sobrenadante
Saída do esgoto
Metano
Espuma
Sobrenadante
Digestão ativa
 do lodo
Lodo estabilizado
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