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Que água consumimos? Avaliação microbiológica da água de poços

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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Que água consumimos? Avaliação microbiológica da água de poços Coordenador Projeto FEUP Projeto FEUP 2015/2016 MIEA: João Bastos Supervisor: António Vilanova
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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Que água consumimos? Avaliação microbiológica da água de poços Coordenador Projeto FEUP Projeto FEUP 2015/2016 MIEA: João Bastos Supervisor: António Vilanova Equipa 2 Turma 2: Monitor: Fábio Bernardo Estudantes & Autores: Bernardo Oliveira Diogo Teixeira Francisco Ferreira Leonardo Sampaio Márcia Silva Natália Pinho Ricardo Correia Resumo O presente trabalho, proposto no âmbito da disciplina Projeto FEUP, tem como objetivo a avaliação da qualidade da água de poços, mais especificamente, a dos seus parâmetros microbiológicos para posterior comparação entre os valores obtidos e a respetiva legislação em vigor. Através de uma breve explicação do ciclo da água e os fatores de poluição adjacentes ao mesmo, procurou-se encadear os conceitos de poluição da água. Posteriormente recorreu-se à análise de amostras de água no sentido de verificar a possível existência de colónias de E.coli. Depois de analisadas as amostras, relacionou-se estes dois tópicos no sentido de associar as causas de poluição aos resultados obtido para justificação dos mesmos. 1 Palavras chave Propriedades da água Poluição via agentes físicos, químicos e orgânicos Efeitos dos poluentes Transmissão de doenças Microbiologia Indicador de contaminação biológica Método experimental Protocolo experimental Resultados experimentais 2 Agradecimentos No decorrer deste trabalho, tivemos o auxílio de diversos membros da FEUP às quais deixamos uma palavra de apreço. Especificamente, ao monitor Fábio Bernardo, por nos ter orientado ao longo da realização do relatório e posterior análise do mesmo. Ao supervisor António Vilanova e à docente Margarida Bastos, um reconhecimento pelas suas diretivas no sentido de alcançar a excelência em termos científicos. Por último mas não menos importante, um agradecimento à faculdade de Engenharia do Porto, por nos ter fornecido todos os materiais necessários para a elaboração do trabalho proposto. 3 Índice Índice de Tabelas... 5 Índice de Figuras... 5 Índice de Tabelas... 5 Objetivos do trabalho... 6 Introdução... 7 I) Propriedades da água... 9 II) Ciclo da Água III) Poluição IV) Efeitos dos poluentes nos meios aquáticos V) Transmissão de doenças VI) Contextualização microbiológica VII) Meios de Cultura utilizados Materiais e Métodos I) Método de Membrana Filtrante II) Procedimento Experimental Resultados Experimentais Conclusões Laboratoriais I) Vantagens...20 II) Desvantagens Estratégias de prevenção Conclusão Referências bibliográficas Anexos I) Legislação a seguir para classificar água do poço como própria para consumo II) Resultados das análises bacteriológicas.26 4 Índice de Gráficos Gráfico 1 Estatísticas da qualidade da água... 8 Índice de Figuras Figura 1 Quantidade de água e a sua distribuição no mundo... 7 Figura 2 Diminuição da água subterrânea... 7 Figura 3 Ciclo da água Figura 4 Mosquito provoca dengue Figura 5 Bactéria E.coli Figura 6 E.coli em processo de formação de colónia Figura 7 Amostra Leça da Palmeira Figura 8 Amostra Maia Figura 9 Amostra Paços de Ferreira Figura 10 Controlo Negativo Figura 11 Controlo Positivo Índice de Tabelas Tabela 1 Análises à água Tabela 2 Resultados experimentais de acordo com DL 306/ Objetivos do trabalho Com este trabalho, pretendeu-se estudar o tema da análise da qualidade da água dos poços, em termos microbiológicos no sentido de detetar a presença de certos indicadores de contaminação. Como em todos os trabalhos de laboratório, o objetivo primordial é relacionar os resultados obtidos com a problemática que está a ser trabalhada que, neste caso, consistia em discutir os resultados da análise microbiológica da água dos diferentes poços em estudo e assim poder avaliar a qualidade da mesma, ou seja, determinar se a água era ou não passível a consumo humano. Pretende-se desenvolver uma série de competências, tais como: o desenvolvimento de um espírito crítico apurado e uma maior capacidade de cooperação entre os elementos do grupo. Um outro objetivo a alcançar neste trabalho é o cumprimento integral de todas as regras de laboratório bem como o uso comedido e rigoroso de todo o material necessário à realização do mesmo. 6 Introdução Na imagem é possível observar a distribuição mundial da água que se encontra nos aquíferos mais superficiais. Através do mesmo é possível concluir que a maioria da água subterranea se encontra no continente Africano e no continente da América do Norte. Por outro lado, na Europa também se verifica m de água subterranea em média. Cerca de 32% da população mundial é alimentada por estas águas subterrâneas, o que se traduz em cerca de 1,6 milhões de poços naturais. [1] Figura 1 Quantidade de água e a sua distribuição no mundo Tendo em conta uma outra imagem que se refere à sobrexploração das águas subterrâneas, é possível observar os países em que o consumo é excessivo. Esta sobrexploração leva a um futuro desequilíbrio no ciclo hidrológico que pode ter consequências severas no equilíbrio do próprio planeta. [2] Figura 2 Diminuição da água subterrânea 7 Com o desenvolvimento da civilização, a qualidade dessa água é muitas vezes comprometida. Olhemos agora para uma amostra específica, esta amostra é relativa à qualidade da água do poço em Penafiel, Portugal. Podemos a partir dos seguintes resultados obter uma generalização acerca da qualidade da água do poço. Tabela 1 Análises à água Glutinando, uma amostra de estudo significativa do conselho de Penafiel Portugal: Adaptando os dados referentes às análises realizadas num gráfico circular Gráfico 1 Estatísticas da qualidade da água Como podemos constatar no gráfico, 85% das amostras analisadas mostraram que a água não é passível para consumo humano. As causas para estes resultados serão o objeto maioritário deste trabalho. [3] 8 I) Propriedades da água A água é um bem essencial para a vida de todos os seres vivos na Terra, é um fator chave na composição de qualquer ser vivo, não há vida na Terra sem água. A água existe sob a forma de três estados físicos diferentes, liquido, sólido e gasoso, consoante a temperatura e pressão a que se encontra, sendo o estado liquido o estado mais abundante, a água também tem uma enorme capacidade de dissolver diversas substâncias designados por solutos. Dissolve vários tipos de substâncias polares e iónicas (sais, açúcar) e facilita a sua interação química sendo um mau solvente de compostos não polares, como por exemplo os hidrocarbonetos. Possui também uma tensão superficial elevada de 0,07198 N. m-1 à temperatura ambiente. A densidade da água pura é cerca de 1 g/cm3 e atinge valores de densidade inferiores durante o arrefecimento ou aquecimento. Esta é a única substância que, quando congela, aumenta o seu volume, pois a estrutura química expande-se. Como uma molécula polar estável na atmosfera, a água desempenha um papel importante como absorvente da radiação infravermelha, sendo um agente indispensável no efeito de estufa da atmosfera. A molécula da água só pode ser decomposta por substâncias ávidas tomando como exemplos: o flúor e o bromo. Estas substâncias podem criar ligações com o hidrogénio e, assim, libertam o oxigénio. Por outro lado, há substâncias que reagem com o oxigénio como: o fósforo, o carbono ou o silício e que libertam o hidrogénio. [4] 9 II) Ciclo da Água Sob ação dos ventos e raios solares a água que se encontra no estado líquido e à superfície da crusta, isto é, a água dos rios, lagos, mares e oceanos aquece e passa para o estado gasoso (evaporação), que por ter uma densidade inferior à do ar sobe para camadas mais elevados da atmosfera. Durante a subida como a temperatura atmosférica diminui, o vapor de água arrefece passando novamente ao estado líquido (condensação), formando assim as nuvens. As partículas de água ao arrefecerem tornam-se cada vez maiores e mais pesadas, provocando assim a sua precipitação na superfície terrestre sob a forma de chuva, neve ou granizo. Dessa mesma precipitação, uma parte da água cai diretamente nos oceanos, rios, ribeiras e lagos, outra escorre à superfície (escoamento) dirigindo-se para os rios mares e oceanos podendo ainda infiltra-se no solo. Grande parte da água presente nas albufeiras sofre evaporação, outra evapora mal cai no solo, especialmente em áreas aquecidas, fechadas ou impermeabilizadas como as estradas asfaltadas, os parques de estacionamento e os telhados dos edifícios. Da água que se infiltra no solo, uma parte é absorvida pelas raízes das plantas, outra abastece as nascentes dos rios e os reservatórios subterrâneos (aquíferos). E assim tudo recomeça: evaporação, condensação, precipitação, escoamento, infiltração Figura 3 Ciclo da água 10 III) Poluição A água diz-se poluída quando as suas propriedades químicas ou biológicas se encontram alteradas. O homem tem modificado drasticamente a qualidade deste recurso natural. As principais fontes de poluição são: o lançamento de efluentes industriais no sector industrial, efluentes agrícolas (pesticidas e fertilizantes químicos) usados na agricultura intensiva, de lixiviados nas atividades domésticas e os esgotos urbanos. As águas subterrâneas são contaminadas principalmente por lixiviados de escombreiras de minas ou infiltração destes mesmos efluentes tóxicos. A poluição pode ser pontual, onde o foco de poluição é único e evidente, como no caso de águas residuais, industriais, mistos ou de minas, ou então a poluição difusa, onde não existe propriamente um foco definido de poluição, sendo a origem desconhecida ou dispersa, tal como acontece nas drenagens agrícolas, águas pluviais e escorrimento de lixeiras. Os contaminantes podem ser classificados como: a) Agentes Químicos Orgânicos (biodegradáveis ou persistentes): Proteínas, álcoois, gorduras, hidratos de carbono, ceras, solventes entre outros. Inorgânicos: Ácidos, óxidos, sais solúveis ou inertes. b) Agentes Físicos Lixo. Radioactividade, calor, modificação do sistema terrestre, através de movimentação de terras ou similares. c) Agentes Biológicos Os coliformes fecais são um bioindicador, normalmente utilizado na análise da qualidade microbiológica da água e são a causa de várias doenças. No entanto, microorganismos encontrados nas águas de superfície, que têm causado problemas para a saúde humana incluem: Microscópicos, como Vírus, Bactérias, Protozoários, Helmintos (platelmintos e nematelmintos), Algas. Macroscópicos, como animais e plantas não pertencentes ao habitat natural. 11 IV) Efeitos dos poluentes nos meios aquáticos A introdução de substâncias poluentes nos corpos aquáticos, ao modificar as características do meio, altera a relação entre os seres autotróficos e heterotróficos. Se diminuir o oxigénio dissolvido, as espécies que realizam fotossíntese têm tendência a proliferar, enquanto as substâncias que necessitam do oxigénio na respiração, podem resultar numa situação de hipoxia. Esta alteração da relação entre produtores e consumidores pode levar igualmente à proliferação de algas e organismos produtores de produtos tóxicos. A inserção de compostos tóxicos pode ser absorvida pelos organismos, ocorrendo bioacumulação, compostos que, entrando na cadeia alimentar, podem causar sérios danos ao ser humano. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), pelo menos 2 milhões de pessoas, geralmente crianças com menos de 5 anos de idade, morrem por ano em todo o mundo devido a doenças causadas por microrganismos patogénicos presentes na água contaminada. a) Floração das águas Este fenómeno é causado pelo uso agrícola de fertilizantes, estes contêm fósforo e azoto que ao atingir os cursos de água, alimentam as plantas aquáticas. Naturalmente, o fósforo e o azoto estão em défice nos sistemas aquáticos, limitando o crescimento dos produtores primários. Com o aumento destes nutrientes, a sua população tende a crescer descontroladamente, diminuindo a transparência da água e com isso causando a diminuição de luz solar, ou seja, ocorre eutrofização. Esta diminuição afecta a população de macrófitas submersas, diminuindo a diversidade do habitat, e provocando uma redução na capacidade de alimentos para inúmeros microrganismos, diminuindo assim fontes de alimentos para as comunidades de invertebrados e vertebrados. b) Eutrofização A eutrofização é um fenómeno causado pelo excesso de nutrientes (compostos químicos ricos em fósforo ou azoto, normalmente causado pela descarga de efluentes agrícolas, urbanos ou industriais) num corpo de água mais ou menos fechado, o que leva à proliferação excessiva de algas, que, ao entrarem em decomposição, levam ao aumento do número de microrganismos e ao consequente declínio da qualidade do respetivo corpo de água. [5] 12 V) Transmissão de doenças A água poluída pode causar diversos efeitos prejudiciais à saúde humana, tais como: febre tifóide, cólera, disenteria, meningite e hepatites A e B. Pode ser igualmente por vectores de contaminação por doenças transportadas por mosquitos, como paludismo, dengue, malária, doença do sono, febre amarela. Esta água poluída pode conter parasitas como verminoses. Por outro lado, a escassez de água pode gerar ou potenciar doenças como a lepra, tuberculose, tétano e difteria. As águas poluídas por efluentes líquidos industriais podem causar contaminação por metais pesados que geram tumores hepáticos e de tiróide, alterações neurológicas, dermatoses, rinites alérgicas, disfunções gastrointestinais, pulmonares e hepáticas. No caso de contaminação por mercúrio, podem ocorrer anúria e diarreia sanguinolenta. [6] Figura 4 Mosquito transmissor de dengue 13 VI) Contextualização microbiológica Figura 5 Bactéria E.coli Em 1951, Esther Lederberg (2006), a maior impulsionadora das grandes descobertas no ramo da microbiologia, desenvolveu métodos microbiológicos capazes de fornecer os dados necessários para um conhecimento mais profundo acerca das mais variadas espécies de bactérias e microorganismos, mais especificamente da bactéria Escherchia coli (E.coli) que foi o agente de foco dos seus trabalhos. Esta bactéria tem a forma de bacilo e pertence à família das Enterobacteriaceae. A presença de E.coli na água ou alimentos é indicativa de contaminação com fezes humanas ou de outros animais. A quantidade de E.coli em cada mililitro de água é um dos principais parâmetros usados no controlo da qualidade da água potável municipal, preparados alimentares e água de piscinas. Esta bactéria tem a característica de ser altamente específica das fezes do homem e animais de sangue quente. Como não se multiplicam em ambiente aquático são, utilizadas como indicadores específicos de poluição fecal. A E. coli está presente na flora intestinal humana onde, geralmente, não constitui problema para a saúde, exceto quando o individuo se encontre débil. As intoxicações alimentares em particular são quase sempre devidas a bactérias de estirpes radicalmente diferentes. Podemos definir a potabilidade de uma água através de indicadores de poluição fecal, ou seja, se numa determinada amostra de água é detetada a presença de E.coli podemos concluir que a amostra possivelmente esteve em contacto com substancias fecais, quer humanas ou animais. A bactéria E.coli é um ótimo indicador de contaminação fecal precisamente por ser uma bactéria frequente nas fezes, quer humanas, quer animal. Encadeando todos os conceitos referidos anteriormente, podemos concluir que o objetivo primordial do nosso trabalho é a deteção da presença da bactéria E.coli nas amostras recolhidas para averiguar o seu grau de potabilidade. [6] 14 VII) Meios de Cultura utilizados O meio utilizado neste processo denomina-se LSA - Lauryl Sulfate Agar, um meio seletivo usado na deteção de coliformes em águas, lacticínios e comida. Os coliformes podem ser aeróbicos ou anaeróbicos, Gram-negativas, Este meio fornece azoto, vitaminas, minerais e aminoácidos essenciais ao crescimento dos microorganismos que se pretendem detetar. Assim, os produtos resultantes da fermentação dos constituintes do meio de cultura tornam o meio circundante de cor amarela. Figura 6 E.coli em processo de formação de colónia 15 Materiais e Métodos I) Método de Membrana Filtrante Este método consiste em filtrar a amostra de água, utilizando um filtro de membrana de tamanho e poro apropriado (no caso do presente trabalho 0,45 µm de porosidade e 47 mm de diâmetro) que é colocado num funil de filtração estéril e a amostra é filtrada por vácuo. No final deste processo, os microrganismos presentes na amostra de água ficam retidos na superfície do filtro. Após filtração, a membrana é colocada sobre um meio de cultura e incubado. Em seguida, observa-se a superfície do filtro e caso haja colónias que se desenvolveram durante a incubação, são contadas e relacionadas com o volume da amostra. Por norma, conta-se o número de colónias por cada 100ml de água. Vantagens: Permite analisar grandes volumes de amostras. O tempo necessário para obter resultados é,geralmente, rápido. Permite o isolamento e enumeração de colónias específicas de bactérias. Fornece informações sobre presença ou ausência de bactérias em 24 horas. Para além de ser útil na análise de águas, também o é para monotorização bacteriológica em produtos farmacêuticos, cosméticos, eletrónicos, e em produtos alimentares. Documentação: O filtro de membrana com crescimento de colónia pode ser arquivado como um registro permanente do teste. Resultados quantitativos: As colónias visíveis podem ser relacionadas diretamente ao volume de amostra. 16 II) Procedimento Experimental Análise da qualidade bacteriológica de águas de diferentes origens Escherichia coli (adaptação de ISO ) 1. Identificou-se duas placas de Petri contendo o meio de cultura seletivo LSA (Lauryl Sulfate Agar) com a designação da turma e do nome do aluno 2. Colocou-se o funil de filtração estéril na rampa de filtração. 3. Colocou-se a membrana filtrante estéril (0,45 µm de porosidade e 47 mm de diâmetro) com a ajuda de uma pinça espatulada flamejada (isto é, mergulhada em álcool etílico e levada à chama do bico de Bunsen). 4. Agitou-se a amostra e adicionar 100 ml de amostra ao funil com a torneira fechada. 5. Ligou-se a bomba de vácuo e filtrar a amostra abrindo a torneira da rampa de filtração. 6. Depois do processo de filtração, fechou-se novamente a torneira e, com a pinça espatulada flamejada, retirou-se a membrana e colocou-se sobre a superfície do meio de cultura (Nota: a membrana deve aderir bem em toda a superfície ao meio de cultura, caso contrário não haverá crescimento nessas zonas). 7. Agitou-se novamente a amostra de água e repetir o procedimento para o duplicado. 8. Incubou-se as culturas de acordo com as temperaturas recomendadas para cada grupo de indicadores de poluição. Para este meio seletivo e para este microrganismo, as amostras devem ser incubadas a 30 C durante 4 h, e depois a 44 C durante 14 h. 17 III) Resultados Experimentais Durante todo o procedimento, todo o protocolo foi efetuado com rigor e exatidão para que todos os erros inerentes à prática laboratorial fossem minimizados. Assim, não houve quaisquer sinais de contaminação em nenhuma das placas. Leça da Palmeira Figura 7 Amostras de Leça da Palmeira Na amostra referente ao poço de Leça da Palmeira, à semelhança do anterior, também se verificou a existência de um manto de bactéria nas duas amostras. Consequentemente, podemos inferir que a água não é própria para o consumo humano. Maia Figura 8 Amostras da Maia Na amostra referente ao poço 33, em ambas as placas verificou-se a existência de um manto de bactérias que, no segundo teste, se veio a confirmar ser bactéria E.coli. Podemos concluir que a água não está apta a ser consumida pelos humanos. 18 Paços de Ferreira Figura 9 Amostras de Paços de ferreira Na amostra referente ao poço de Paços de Ferreira, tanto a placa número um como a placa número dois se mostraram isentas de colónias de bactérias. Assim, podemos chegar à conclusão de que água que pode ser extraída desse poço é perfeitamente própria para consumo do ponto de vista microbiológico, uma vez que foi o únic
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