MICROBIOLOGIA DA ÁGUA

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Professora Roberta Bussamara
MICROBIOLOGIA 
AMBIENTAL
Microbiologia da água
Ambiente Aquático
	Águas naturais:
	*água atmosférica – nuvens e precipitações
	*água superficial – lagos, rios e oceanos
	*água de lençol freático e poros do solo
		• habitat para muitos micro-organismos
	
Introdução
No meio aquático os nutrientes estão diluídos:
- baixa diversidade microbiana
A presença de matéria orgânica aumenta sua atividade
Os micro-organismos podem:
mudar a composição química da água
fornecer nutrientes para outros organismos 
representar um grande risco para a saúde
Condições Ambientais
Luz – fotossintéticos (algas e cianobactérias) – zona fótica de 50 a 125 m - a vida na água depende, direta ou indiretamente, dos produtos da fotossíntese
Lago:
- fototróficos predominantes: micro-organismos
	zonas óxicas: cianobactérias e algas
	zonas anóxicas: bactérias fototróficas anaeróbias
		PRODUTORES PRIMÁRIOS
		
			taxas de produção primária
					
				atividade microbiana
Microbiologia da Água
Ambiente de água doce
Lagos e Pântanos:
Zona litorânea – ao longo da costa, onde a luz penetra até o fundo. Vegetação enraizada. 	
Zona limnética – região superior, em áreas abertas, longe da costa. 
Zona hipolimnia – regiões profundas de águas abertas.
Zona bêntica – lama ou lodo mole do fundo.
Zonas limnética e litorânea - Maior variedade de micro-organismos; Zonas hipolimnia e bêntica - micro-organismos heterotróficos.
Zonas de um lago ou lagoa típicos
Microbiologia da Água
Ambiente de água doce
Rios e córregos
Muitos dos nutrientes vêm do sistema terrestre. A população de micro-organismos reflete as práticas terrestres. 
Impossível descrever uma população microbiana específica.
Microbiologia da Água
Ambiente de água doce
Estuários
Sofrem variações constantes porque recebem águas e materiais de diversas fontes. 
Estão sujeitos às marés bem como a mudanças sazonais. É direta ou indiretamente afetado pela atividade humana. 
População microbiana sujeita a grandes variações.
Microbiologia da Água
Oceanos
micro-organismos habitam todas as profundidades e todas as latitudes.
Plâncton – numerosas espécies de cianobactérias e algas (fitoplâncton). Responsável pela conversão de energia da luz em química.
População bêntica – bactérias e protozoários.
Sedimentos microbianos – algas e protozoários que possuem cálcio ou sílica nas paredes celulares (mortos).
 
 Microbiota marinha
	Fitoplâncton – cianobactérias (base da cadeia)
	bactérias e Protozoários	 zooplancton (conjunto dos organismos aquáticos que não têm capacidade fotossintética. Fazem parte deste grupo muitos animais) peixes
	Bioluminescência – Bactérias das profundezas do oceano com relação simbiótica com os peixes (atração e captura da presa). Luminescência corrige danos ao DNA da bactérias provocados por radiação UV.
Enzima luciferase – capta elétrons de flavoproteínas da cadeia de transporte de elétrons e emite uma parte da energia como fóton
Microbiologia da Água
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Microbiologia da Água
Papel dos micro-organismos aquáticos - 	Cadeia alimentar e rede alimentar
Produtores primários
Fitoplâncton e bactérias quimiossintéticas
Consumidores primários
Zooplâncton alimenta-se de fitoplâncton
Decompositores (degradação e mineralização)
Plantas mortas e tecido animal degradados por micro-organismos a compostos inorgânicos, que servem como nutrientes para produtos primários
Zooplâncton
Serve como suprimento de alimentos nos estágios iniciais da cadeia
Condições Ambientais
Os tipos de micro-organismos presentes em ambientes aquáticos são determinados pelas condições físicas e químicas que prevalecem naquele ambiente:
90% do ambiente marinho encontra-se a 5 °C – psicrófilos
Alguns locais: próximo a 100°C
a) Temperatura
superfície: 
 - varia de 0 ºC nos pólos à 40 ºC nos trópicos
PSICRÓFILOS e MESÓFILOS
sob a superfície: 
 - 90 % do ambiente marinho estão a 5 ºC 
 PSICRÓFILOS
nas fendas oceânicas:
 - habitats com alta temperatura (acima de 100 ºC)
 TERMÓFILOS	
Pyrodictium occultum (ótimo 105ºC, Itália)
	 
		O ambiente aquático 
		Os microrganismos dependem das condições físicas e químicas
Nas baixas e médias latitudes ocorre uma variação brusca da temperatura:
- O termoclima, importante na distribuição dos micro-organismos 
Mudanças da temperatura acarretam em alterações na densidade, viscosidade e solubilidade do oxigênio, que por sua vez podem influenciar na flutuabilidade, locomoção e respiração dos organismos.
	 		O ambiente aquático 
		
Coleta de amostras nas Fossas Marianas (Filipinas, Oceano Pacífico) a uma profundidade de 10.000 m
b) Pressão hidrostática
pressão devido a coluna de água: danos às células
BAROFÍLICOS, encontrados a 2500 m de profundidade (vesículas de gás) 
em profundidades acima de 4000 m, ocorrem os BAROFÍLICOS EXTREMOS
c) Luz
A vida na água depende, direta ou indiretamente, dos produtos da fotossíntese.
Algas e cianobactérias são os principais micro-organismos fotossintetizantes encontrados nos ambientes aquáticos
 - estão limitados às regiões superficiais
	 		O ambiente aquático 
		
d) Salinidade
água doce: 0 %
água do mar: 2,75 % de NaCl + outros sais +/- 3,5 % 
	 HALOFÍLICOS
lagos salgados (ex.: Salt Lake, EUA): 32 % 
		 HALOFÍLICOS EXTREMOS
	 		O ambiente aquático 
		
e) Turbidez 
		Material suspenso:
partículas minerais: erosão das rochas, solo
Micro-organismos suspensos
matéria orgânica: tecidos vegetais e animais
	
				
Ao mesmo tempo que impede a passagem da luz, serve de superfície de adesão e fonte de nutrientes	
	 		O ambiente aquático 
		
f) pH
A maioria dos micro-organismos 
aquáticos cresce melhor próximo à neutralidade
pH dos oceanos: 7,5 - 8,5
lagos e rios: variação ampla
Archaea de lagos do sul da África: pH11,5
Archaea de geisers: pH 1,0
	 		O ambiente aquático 
		
Nutrientes
orgânicos e inorgânicos
Grande quantidade de nitratos e fosfatos: 	
algas	 eutrofização crescimento de outros organismos diminuição O2 dissolvido morte e consequente decomposição de muitos organismos
carga de nutrientes:
águas próximas à praia: variável devido aos esgotos
águas de mar aberto: estável e baixa
baixo fitoplâncton (baixo N e Fe)
baixa atividade heterotrófica
atividade fotossintetizante: cianobactérias
efluentes industriais: presença de antimicrobianos
alguns micro-organismos convertem tais substâncias em formas menos nocivas: 
Pseudomonas spp.: mercúrio 	 metil mercúrio (volátil)
	 		O ambiente aquático 
		
	 		O ambiente aquático 
		
Microbiologia da Água
Água Potável
Potável – livre de micro-organismos patogênicos e substâncias químicas prejudiciais à saúde.
Normalmente proveniente das águas superficiais.
Poluição
Purificação da água
Ciclo hidrológico
http://www.geocities.com/~esabio/agua/agua.htm
Nossa Matéria Prima – Água Potável
Potabilidade da Água
Micro-organismos indicadores da qualidade da água
	
micro-organismo indicador – tipo de micro-organismo cuja presença na água é evidência de que ela está poluída com material fecal de origem humana ou de outros animais de sangue quente. Indica que qualquer micro-organismo patogênico que ocorre no trato intestinal pode estar presente.
	micro-organismos: Escherichia coli; Streptococcus faecalis, Clostridium perfringens.
	Bacilos Gram negativos não esporulados, naeróbicos facultativos, que fermentam lactose com produção de ácido e gás em 48 h a 35°C.
Potabilidade da Água
	Características do micro-organismo indicador :
	* está presente em águas poluídas e ausentes em águas não poluídas;
	* está presente quando os patogênicos estiverem;
	* número de micro-organismos indicadores está relacionado com o índice de poluição;
	* sobrevive melhor e por mais tempo que os patogênicos;
	* apresenta propriedades uniformes e estáveis;
	* facilmente evidenciado
por técnicas laboratoriais padronizadas.
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004) do Ministério da Saúde - Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências.
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004)
Art. 4º Para os fins a que se destina esta Norma, são adotadas as seguintes definições:
água potável – água para consumo humano cujos parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam ao padrão de potabilidade e que não ofereça riscos à saúde;
IV. controle da qualidade da água para consumo humano – conjunto de atividades exercidas de forma contínua pelo(s) responsável(is) pela operação de sistema ou solução alternativa de abastecimento de água, destinadas a verificar se a água fornecida à população é potável, assegurando a manutenção desta condição;
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004)
VI. coliformes totais (bactérias do grupo coliforme) - bacilos gram-negativos, anaeróbios facultativos, não formadores de esporos, oxidase-negativos, capazes de desenvolver na presença de sais biliares ou agentes tensoativos que fermentam a lactose com produção de ácido, gás e aldeído a 35,0 ± 0,5 C em 24-48 horas, e que podem apresentar atividade da enzima ß -galactosidase. A maioria das bactérias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e Enterobacter, embora vários outros gêneros e espécies pertençam ao grupo;
VII. coliformes termotolerantes - subgrupo das bactérias do grupo coliforme que fermentam a lactose a 44,5 ± 0,2C em 24 horas; tendo como principal representante a Escherichia coli, de origem exclusivamente fecal;
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004)
VIII. Escherichia coli - bactéria do grupo coliforme que fermenta a lactose e manitol, com produção de ácido e gás a 44,5 ± 0,2oC em 24 horas, produz indol a partir do triptofano, oxidase negativa, não hidroliza a uréia e apresenta atividade das enzimas ß galactosidase e ß glucoronidase, sendo considerada o mais específico indicador de contaminação fecal recente e de eventual presença de organismos patogênicos;
IX. contagem de bactérias heterotróficas - determinação da densidade de bactérias que são capazes de produzir unidades formadoras de colônias (UFC), na presença de compostos orgânicos contidos em meio de cultura apropriada, sob condições pré-estabelecidas de incubação: 35,0, ± 0,5oC por 48 horas;
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004)
Art.11. A água potável deve estar em conformidade com o padrão microbiológico conforme Tabela 1, a seguir:
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004)
Tabela 1: Continuação
Potabilidade da Água
Portaria 518 (25 de março de 2004)
Tabela 1: Continuação
Passos envolvidos no tratamento de água municipal
Floculação – remoção de partículas coloidais que de tão pequenas poderiam ficar em suspensão indefinidamente. Vírus e bactérias também são removidos.
Floculante – sulfato de ferro e alumínio.
Filtração por leito de areia fina ou carvão. Remove cistos ou oocistos de protozoários por adsorção. Carvão ativado para remoção de poluentes químicos orgânicos.
Potabilidade da Água
Análise Bacteriológica da água para potabilidade:
Contagem em placa
Técnica da membrana filtrante
Coliformes
USOS DA ÁGUA E GERAÇÃO DOS ESGOTOS
SISTEMAS DE ESGOTOS E EFLUENTES
Esgotos
	“Esgoto, efluente ou águas residuais são todos os resíduos líquidos provenientes de indústrias e domicílios e que necessitam de tratamento adequado para que sejam removidas as impurezas e assim possam ser devolvidos à natureza sem causar danos ao meio ambiente e à saúde humana”. 
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
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Tipos de esgotos
1. Esgotos domésticos – 99,99% de líquido e 0,01% de matéria orgânica.
Origem:
a) Tomando banho;
b) lavando louça;
c) escovando os dentes;
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: Nicole-Koehler / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Imagem: Alexey Novitsky from Kharkov, Ukraine / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
Certo Xornal / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
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Tipos de esgotos
2. Esgotos industriais
Origem:
a) lançamento subterrâneo dos poluentes;
b) lançamento dos resíduos nos rios.
Imagem: Michael Kauffmann / Creative Commons Attribution 2.0 Germany
Imagem: US Department of Agriculture / Domínio Público
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Tipos de esgotos
3. Esgotos pluviais
 são formados pela água da chuva e pelas águas de lavagem de pátios, carros, ruas e regas de jardim. 
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: Cyndy Sims Parr / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
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Por que é importante tratar os esgotos?
Fonte: COMPESA, 2008.
 Devolver a água tratada ao meio ambiente, permitindo sua preservação. Além disso, promove-se um benefício à saúde pública. 
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USOS DA ÁGUA E GERAÇÃO DOS ESGOTOS
SISTEMAS DE EFLUENTES
DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) - Quantidade de oxigênio requerida para oxidar quimicamente compostos orgânicos de forma completa a CO2 e H2O.
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO
(DBO) - Quantidade de oxigênio usada pelos micro-organismos para metabolizar biologicamente compostos orgânicos biodegradáveis. 
Águas Residuais
Águas Residuais
CARBONO ORGÂNICO TOTAL (COT) - A matéria orgânica é totalmente oxidada e o gás carbônico produzido é determinado por sensores infra-vermelho. 
Organismos presentes:
Bactérias: principais responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e quando patogênicas causam doenças intestinais; 
Fungos: grande importância na decomposição da matéria orgânica e podem crescer em condições de baixo pH;
Protozoários: maioria aeróbio ou facultativo. Essenciais no tratamento biológico para a manutenção de um equilíbrio entre os diversos grupos pois se alimentam de bactérias, algas e outros micro-organismos. 
Vírus: causam doenças e podem ser de difícil remoção no tratamento da água ou do esgoto;
Helmintos: a presença de ovos de helmintos pode causar doenças. 
Existem inúmeros tipos de tratamento de esgoto. 
Processos biológicos: aeróbios e anaeróbios são aplicados com uma série de aspectos positivos e negativos. 
Esses processos utilizam organismos que se proliferam na água, otimizando o tratamento e minimizando custos, para que se consiga a maior eficiência possível.
As tecnologias de tratamento de efluentes são um aperfeiçoamento do processo de depuração da natureza e buscam:
 Menor tempo de duração; e
 Maior capacidade de absorção, com o mínimo de recursos em instalações e operação, e melhor qualidade do efluente lançado.
Tratamento de Efluentes
O tratamento de esgoto compreendem as seguintes etapas de remoção:
Preliminar: remove sólidos grosseiros e areia; 
Primário: remove sólidos em suspensão sedimentáveis, materiais flutuantes (óleos e graxas) e parte da matéria orgânica em suspensão;
Secundários: remove matéria orgânica dissolvida e matéria orgânica em suspensão não removida no tratamento primário;
Terciário: remove poluentes específicos e/ou poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário. Ex: nutrientes ou organismos patogênicos.
Tratamento de esgoto
Tratamento de esgoto
Pré-tratamento e tratamento primário do esgoto
Retirar grandes materiais flutuantes
Câmara de sedimentação – remover areia e materiais granulosos
Escumadeiras removem óleos e graxas flutuantes 
Restos flutuantes são triturados 
Matéria sólida dos esgoto sedimentada é denominada lodo – nesse estágio – lodo primário.
40 a 60% dos sólidos são removidos. Usa-se floculação
Lodo é removido e o efluente passa para o tratamento secundário
Tratamento secundário do esgoto
Grande quantidade de matéria orgânica dissolvida
Tratamento Biológico
Esgoto passa por forte aeração para propiciar o crescimento de bactérias aeróbicas que oxidam a matéria orgânica em dióxido de carbono e água. Esse inóculo chama-se lodo ativado por conter uma série de micro-organismos que metabolizam o esgoto.
Após o período de 4 a 8 horas a aeração é interrompida, o lodo é sedimentado e transferidos para um digestor de lodo anaeróbico.
Esgoto desinfectado por cloração
Descartado
Tratamento de esgoto
Tratamento do lodo ativado
O lodo é sedimentado e transferidos para um digestor de lodo anaeróbico onde todo o oxigênio é retirado
Degradam sólidos orgânicos em substâncias solúveis e gases como metano (60 a 70%) e dioxido de carbono (20-30%) 
Tratamento de esgoto
Tratamento Biológico
Objetivos
 Coagular sólidos não decantáveis
 Diminuir o tamanho da molécula
 Diminuir a reatividade química.
 Remover nutrientes, N e P
 Remover substâncias orgânicas e inorgânicas.
 Condicionar o efluente aos padrões de emissão de efluentes líquidos
Tratamento Biológico
Os processos biológicos
Remoção da poluição dissolvida
O efluente do tratamento primário
Sólidos particulados
Sólidos dissolvidos
Tratamento Biológico
Micro-organismos envolvidos:
Bactérias quimioheterotróficas
Remoção da matéria orgânica em maior quantidade
Bactérias quimioautotróficas
Transformações especiais
nitrificantes
Tratamento Biológico
Aeróbio
Material orgânico é oxidado para produtos minerais
Lodo Ativado
Lagoa Aerada
Filtro Biológico
Tratamento Biológico
Anaeróbio
Produtos finais são gases
Biogás
Metano
Dióxido de carbono
Lagoa Anaeróbia
Filtro Anaeróbio
Leito Fluidizado / Expandido
Princípios do tratamento biológico
Micro-organismos
Bactérias, fungos filamentosos, leveduras, algas e cianobactérias.
Metabólitos
Substâncias transformadas que não são mais utilizadas no metabolismo celular
Moléculas modificadas
Moléculas lisadas
¨Novos¨ resíduos
Contem o material proveniente dos resíduos
Na forma de novas células ou adsorvidos na parede celular.
A remoção destes micro-organismos da massa líquida remove a poluição
A massa de micro-organismos
Biomassa ou lodo secundário
A biomassa retirada do sistema
Biomassa em excedente
Princípios do tratamento biológico
Condições ambientais
Temperatura
pH
Agitação
Viscosidade do meio
Macronutrientes
Micronutrientes
Cofatores
Luz
Pressão osmótica
Condições ambientais - Temperatura
Psicrofílico – 5ºC a 20ºC
Mesofílico - 20ºC a 50ºC
Termofílico - 50ºC a 55ºC
Condições ambientais - Aeração
Aeróbios obrigatórios
 Necessidade absoluta de O2
 Bacillus e Pseudomonas
Anaeróbios obrigatórios
 Não se multiplicam em presença de O2
 Clostridium
Anaerobios Facultativos
 Crescem em presença ou ausência de O2
 Leveduras e Escherichia coli
Microaerofilas
 Crescem em baixos níveis de O2
 2 % a 10% O2
 Maiores concentrações de oxigênio são tóxicas
Aerotolerantes
 Crescem em ausência ou presença de O2
Condições ambientais - Aeração
Fase exponencial
O substrato é variado, simples e complexo
A biomassa é heterogênea
Os produtos intermediários são variados e complexos.
As condições ambientais não são homogêneas
A curva de crescimento dos microrganismos
não acontece com o mesmo desenho do que em cultura pura 
Quantificação das bactérias (biomassa)
Microscopia direta
Contagem colônias de bactérias
Turbidez. 
Sensibilidade > 107 celulas.mL-1
Medida de N total ou proteína
Medida de atividade bioquímica
Tratamento de esgoto
Sistema de lodo ativado no tratamento 
secundário do esgoto
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio-
 quantidade de oxigênio necessária para metabolização de matéria orgânica pela bactéria
Flocos formados pelo sistema de lodo ativado
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Filtro de escoamento do tratamento secundário
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DOS ESGOTOS 
A partir das residências e indústrias, o destino dos esgotos será uma Estação de Tratamento - ETE, que tem a missão de devolver a água, em boas condições, ao meio ambiente ou reutilizá-la para fins não potáveis.
Imagem: Estação de tratamento de esgoto Serrarina / Flávio Fraga/Divulgação PMPA / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Estação de tratamento dos esgotos - (ETE).
FASE LÍQUIDA
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
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CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
Imagem: SEE-PE
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Imagem: SEE-PE
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Imagem: SEE-PE
CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Estação de tratamento dos esgotos - (ETE).
FASE SÓLIDA
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CIÊNCIAS, 6º Ano do Ensino Fundamental
Tratamento dos esgotos
Tratamento doméstico
Tanques sépticos
São, basicamente:
tanques simples ou divididos em compartimentos horizontais ou verticais.
utilizados com o objetivo de:
reter por decantação os sólidos contidos nos esgotos;
propiciar a decomposição dos sólidos orgânicos decantados no seu próprio interior;
e acumular temporariamente os resíduos, com volume reduzido pela digestão anaeróbia, até que sejam removidos em períodos de meses ou anos.
A eficiência dos tanques sépticos
Depende de vários fatores:
carga orgânica,
carga hidráulica,
geometria,
compartimentos e arranjo das câmaras,
dispositivos de entrada e saída,
Temperatura
e condições de operação. 
Portanto, a eficiência varia bastante em função da competência de projeto. Normalmente situa-se entre 40 e 70% na remoção da demanda bioquímica (DBO) ou química (DQO) de oxigênio e 50 a 80% na remoção dos sólidos suspensos.
Instruções básicas de instalação