À medida que o perigo se aproxima dos corpos d'água em todo o mundo, onde as algas tóxicas florescem, um pequeno tanque de armazenamento de plástico em Toledo selado para proteger contra respingos, aranhas e fezes de pássaros pode conter uma tecnologia revolucionária na luta contra o crescente problema ambiental.
Cientistas de algas da Universidade de Toledo estão testando um sensor óptico em tempo real na Estação de Tratamento de Água de Toledo como parte de seu monitoramento de água de fonte para proteger o abastecimento público de água potável durante a época de proliferação de algas nocivas.

A cada 15 minutos, o dispositivo toma um gole da água do Lago Erie que entra na planta, lê a amostra e coloca os dados de medição on-line para que pesquisadores e gerentes de serviços de água acessem remotamente.

Seu maior valor é a capacidade de dizer se minúsculos organismos unicelulares conhecidos como cianobactérias que compõem a proliferação de algas nocivas no Lago Erie são frágeis e começam a se abrir. Se as células se abrirem, elas liberam toxina. A toxina dissolvida é mais desafiadora para as estações de tratamento de água, pois pode passar pelos filtros e deve ser removida por meios químicos antes que a água saia da planta para nossas torneiras.

Desde julho, os cientistas da UToledo verificaram os fios e tubos do dispositivo para se certificar de que está funcionando corretamente. Eles também estão fazendo experimentos de laboratório no UToledo Lake Erie Center que estão mostrando que a tecnologia está funcionando da maneira esperada.

"Nosso trabalho neste verão com o dispositivo PhycoSens é o primeiro teste deste sistema de monitoramento online de algas em uma usina de água potável nos EUA", disse o Dr. Thomas Bridgeman, professor de ecologia e diretor do UToledo Lake Erie Center. "Se obtivermos sucesso na Estação de Tratamento de Água de Toledo e em toda a região para detectar e notificar imediatamente a liberação de toxinas, isso pode ser ampliado em todo o país. Até agora, está se mostrando muito promissor."

A implantação de teste do sistema de sensor de monitoramento avançado faz parte de um projeto UToledo de US$ 1,4 milhão, financiado pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, que começou há mais de um ano e se concentra na detecção precoce e no gerenciamento de proliferação de algas nocivas.

Desde que a crise hídrica de Toledo em 2014 deixou meio milhão de moradores sem água potável por três dias, os pesquisadores têm mais clareza de que não é apenas o tamanho e a aparência da proliferação de algas que importam, mas o que está acontecendo nas células.

Os dispositivos da Bridgeman fabricados pela empresa alemã bbe Moldaenke usam sensores ópticos para medir em tempo real quanto e que tipo de algas estão entrando na estação de tratamento de água, incluindo cianobactérias. Mais importante ainda, os sensores podem fornecer um aviso das células de cianobactérias se abrindo e vazando seu conteúdo, incluindo quaisquer toxinas que possam conter, na água.

“Uma grande liberação de toxina pode acontecer em questão de horas, e é fundamental que os operadores de usinas de água tenham essas informações para que possam ajustar seus níveis de tratamento rapidamente, antes que a toxina dissolvida possa passar pela usina”, disse Bridgeman. “Os dados são produzidos a cada poucos minutos, o que o torna uma ferramenta útil de alerta precoce para uma situação de algas potencialmente em rápida mudança”.

Notable for researchers is data collected in late July showing the peak of the bloom and its decline.

"So far we have not detected any of that cell breakage at the water treatment plant or near the water intake out in the lake using the automated sensor, which is good news," Bridgeman said. "However, UToledo crews on our research vessel taking water samples out in the lake throughout Lake Erie's western basin—not near the water intake—have detected cell breakage using the manual version of the same device this season."

Bridgeman said that cell breakage events leading to large releases of dissolved toxin don't happen every year in Lake Erie.

"It happened in 2019 and possibly in 2014 but not to a large extent this summer, at least not near the water treatment plant's water intake out in the lake," Bridgeman said.

The Toledo Water Treatment Plant's laboratory makes the most use of the data.

"The experimental optical sensors being tested at the raw water pump station are a useful source for both the changes and the severity of algae levels coming from the lake," said Jeff Martin, chief chemist at the Toledo Water Treatment Plant. "We didn't have remote access to the data until part of the way through the bloom season due to computer issues, but since then it has been a welcome tool in treatment decisions."

Bridgeman has studied harmful algal blooms for two decades. His laboratory is one of the key locations for tracking and providing early warning of harmful algal blooms in the western basin of Lake Erie.

He said while the new instruments can detect the health, or physiological condition, of the cyanobacteria, they do not provide actual toxin readings, making them a supplemental weapon in a water utility manager's arsenal to efficiently and economically adjust treatment to maintain drinking water safety.

"Measuring toxin still requires a separate, fairly time-consuming test," Bridgeman said. "Therefore, the fast optical measurements will be coordinated with slower chemical toxin measurements to provide a complete picture of what is happening in the lake water that is entering the water plant."

The device will be removed from the water treatment plant for analysis in October and then his team will study the results and potentially put it back in the plant next summer.

Bridgeman's device monitoring tests are one part of a larger, wide-ranging project funded by the U.S. Army Corps of Engineers that also includes faculty in the UToledo College of Engineering.

Dr. Youngwoo Seo, professor of civil and environmental engineering and chemical engineering, leads the three-year project to improve water quality from the source to the tap.

Some of the technology and techniques being tested by UToledo are new to water treatment plants in the western hemisphere.

The project features two different parts working together:

• Advanced monitoring sensors and molecular genetic analyses to enhance early harmful algal bloom detection and real-time condition diagnostic capability; and
• Nature-inspired biological treatment methods coupled with algaecides to attack cyanobacteria and degrade toxins it produces.

Dr. Dae-Wook Kang, assistant professor of civil and environmental engineering, leads a molecular approach to develop a robust detection method, and his analysis will help better understand what triggers the toxin gene production of cyanobacteria.

Seo is focused on mitigation and the treatment method for toxin removal. His laboratory is working on the biological degradation of cyanobacteria and their toxins using the naturally occurring bacteria and viruses from the lake and NSF-approved chemical treatments. + Explorar mais

A proliferação de algas nocivas torna-se detectável ao longo do oeste do Lago Erie