The aim of this diploma thesis is to explore the coagulation phase in water treatment process from two perspectives, the removal of cyanotoxin microcystin and the responses of ecotoxicological indicator species Daphnia magna to different concentration of this toxin, contained in a sample of cyanobacterial water bloom, which was extracted from a dam and was dominated by cyanobacteria Microcystis aeruginosa. The sample was administered in three environmentally relevant concentrations to 6 clones of Daphnia magna, 3 of which had previous experience with M. aeruginosa. Coagulation process was performed under optimal conditions: pH = 6.36; KNK4,5 = 0.26 mmol.l-1 ; Fe = 0.162 mg.l-1 ; DOC = 2.83 mg.l-1 using 10 ml of 0.125M NaHCO3 in two litres of ultrapure water. Individual forms of microcystin were detected in this ratio: 31.6 % MC-LR, 53.6 % MC-RR and 14.8 % MC-YR. The study has shown that under these conditions coagulation does not remove microcystin, e.g. the efficiency of the process is zero. In ecotoxicological study, with growing concentration of cyanobacterial mixture the negative impact on Daphnia magna increased. We have found interclonal variability in responses of D. magna, however, the previous experience with M. aeruginosa had no effect. With growing concentration of cyanobacterial water...

Alquilbenzeno Linear Sulfonado (LAS) é o surfactante aniônico mais utilizado no mundo e é encontrado constantemente em esgoto doméstico e águas residuárias de lavanderia. A remoção de LAS em reatores foi comprovada em estudos anteriores, mas pouco se sabe sobre a toxicidade desse composto em amostras mais complexas para a biota aquática. Neste trabalho, objetivou-se avaliar duas Hipóteses; A: O LAS padrão causa efeitos negativos na biota aquática, e B: O tratamento em reator de leito fluidificado de amostra complexa contendo LAS (água residuária de lavanderia comercial combinada com esgoto doméstico bruto) diminui os efeitos negativos na biota aquática. Ambas as hipóteses foram avaliadas por meio de bioensaios de toxicidade com: Chironomus sancticaroli, Allonais inaequalis e Daphnia magna, analisados a partir da mortalidade dos organismos e análises estatísticas, para determinar os efeitos tóxicos dos LAS padrão e das amostras do reator, comparados ao controle. Para avaliar a Hipótese A foram realizados testes de toxicidade aguda, crônica e crônica de gerações com o LAS padrão. No teste de toxicidade crônica de gerações, com a espécie C. sancticaroli, foram analisados a deformidade bucal, comprimento das larvas, tamanho das asas das fêmeas e fecundidade potencial com o LAS padrão em 3 gerações. Para responder a Hipótese B, foram realizados bioensaios de toxicidade aguda e crônica com os afluentes, efluentes e diluições dos efluentes nas seis fases de operação do reator. C. sancticaroli foi a espécie mais tolerante tanto em teste de toxicidade aguda como crônica com LAS padrão (CL50-96h 25,25 mg.L-1 e CL50-10dias 18,11 mg.L-1), seguido de A. inaequalis (CL50-96h 8,13 mg.L-1 e CL50-10dias 8,56 mg.L-1). A espécie mais sensível ao LAS foi D. magna (CE50-48h 6,11mg.L-1 e CE50-21dias 3,21 mg.L-1). No teste de toxicidade crônica de longa duração, não existiu diferença estatística entre as gerações para o desenvolvimento das larvas do inseto C. sancticaroli, entretanto evidenciaram diferença estatística entre as gerações quanto ao tamanho das asas das fêmeas, indicando que esses organismos podem sofrer alterações fisiológicas quando a exposição ao contaminante é contínua, confirmando a Hipótese A. Os resultados ecotoxicológicos com o reator evidenciaram toxicidade de 100% de todos afluentes e efluentes para A. inaequalis e D. magna. Já C. sancticaroli apresentou menor toxicidade nas primeiras fases de operação (de 20 a 100% de mortalidade). Em geral, foi identificado diferença de toxicidade das fases do reator por meio das diluições. Nas fases menos tóxicas, a diminuição da mortalidade era observada a partir de diluição de 50%; nas fases mais tóxicas, a partir de 20%. É possível concluir que a Fase VIb de operação do reator apresentou diminuição da toxicidade. Entretanto, ao se analisar testes de toxicidade crônica nessa fase, conclui-se que o efluente mesmo depois do tratamento em reator causa efeito negativo nos organismos-teste avaliados, dessa forma é possível refutar a Hipótese B. A partir dos resultados apresentados, é possível concluir que o LAS causa impacto ambiental, principalmente em exposição continua, e que mesmo com remoção em sistema biológico de efluentes reais (água residuária de lavanderia comercial combinada com esgoto doméstico) existe impacto, possivelmente com a interação entre os diversos compostos tóxicos e o LAS. / Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS) is the most commonly utilized anionic surfactant in the world and it is present in domestic sewage and laundry wastewater. Removal of LAS in reactors has been proven in previous studies, but little is known about the toxicity to the aquatic biota. The objectives of this study were tested into two Hypotheses, A: The standard surfactant LAS causes negative effects on aquatic biota, and B: Treatment in complex sample fluidized bed reactor containing LAS (commercial laundry wastewater combined with raw domestic sewage) diminishes the negative effects on aquatic biota. Both Hypotheses were evaluated toxicity bioassays using three test organisms: Chironomus sancticaroli, Allonais inaequalis and Daphnia magna. To evaluate the Hypothesis A, acute, chronic and long-term chronic toxicity tests were performed with standard LAS. In the long-term chronic tests with C. sancticaroli organisms, we analyzed the oral deformity, larval length, female wing size and potential fecundity in contact with the standard LAS in 3 generations. Acute and chronic bioassays with affluents, effluents and effluent dilutions in the VI operating phases of the fluidized bed reactor were proceeded to evaluate the Hypothesis B. The results were analyzed from the mortality of the organisms, and statistical analysis were performed to determine the similarity of the toxic effects of the LAS and reactor samples, compared to the control. The species C. sancticaroli was the most tolerant species in both acute and chronic trials with standard LAS (LC50-96h 25.25 mg.L-1 and LC50- 10 days 18.11 mg.L-1), followed by species of A. inaequalis (LC50-96h 8.13 mg.L-1 and LC50-10 days 8.56 mg.L-1). The species most sensitive to LAS was D. magna (CE50-48h 6.11mg.L-1 and CE50-21dias 3.21mg.L-1). In the long-term chronic test, there is no statistical difference between the generations for the development of C. sancticaroli insect larvae. However, they showed a statistical difference between the generations regarding the size of the female wings, indicating that these organisms may undergo physiological changes when exposure to the contaminant is continuous. From these results it is possible to confirm Hypothesis A. The ecotoxicological results with the reactor showed toxicity of 100% of all tributaries and effluents for A. inaequalis and D. magna. The C. sancticaroli species had low toxicity in the first stages of operation (from 20 to 100% mortality). In general, toxicity difference of the reactor phases was identified by half of the dilution analysis. In the less toxic phases, the decrease in mortality was observed from 50% dilution; in the most toxic phases, from 20%. It is also possible to conclude that Phase VIb showed a decrease in the mortality of the test organisms where a chronic test was performed. However, when analyzing the chronic tests, it can be concluded that the effluent even after the treatment in the reactor causes a negative effect on the test organisms evaluated, so it is possible to refute the Hypothesis B. From the results presented, it is possible to conclude that the LAS causes environmental impact, mainly in continuous exposure, and that even with treatment of actual effluents (commercial laundry wastewater combined with domestic sewage) there is an impact, possibly with the interaction between the various toxic compounds and the LAS.

Freshwater zooplankton crustacean Daphnia frequently face strong temperature fluctuations in its natural environment, which necessitates adaptive plastic responses. This study focuses on changes in lipid peroxidation and total oxidative capacity in Daphnia tissues in response to long-term and short-term temperature changes. Long-term acclimation to 28ºC helped Daphnia survive longer at lethally high temperatures. This difference, however, was not accompanied by changes in lipid peroxidation, indicating that it isn’t a good measure of damage or predictor of temperature tolerance. On the other hand, total oxidation capacity was lower 28ºC- than in 18ºC-acclimated Daphnia, suggesting that acclimation resulted in higher amounts of antioxidants in Daphnia tissues. Exposure to hypoxia, known to up-regulate antioxidant pathways in Daphnia, further elevated heat tolerance in 28ºC- acclimated individuals. Yet, manipulations of glutathione, an important antioxidant, while predictably affecting oxidative capacity, didn’t influence heat tolerance in Daphnia, suggesting that other antioxidants may play a significant role in it.

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Thesis (M.S.)--Baylor University, 2005. / Includes bibliographical references (p. 61-68).

The use of biomarkers is considered a promising alternative, or complement, to traditional ecotoxicological assays. Toxic effects are often initially manifested at the molecular or biochemical level, biomarkers are therefore used as sensitive indicators of toxic exposure. Ideally, biomarkers would also indicate reduced fitness and possible later effects at the individual or population levels. However, implementing biomarkers in ecotoxicology is challenging and few biomarkers have an established connection to reduced individual fitness. The aim of this thesis was to increase the value and improve the interpretation of biomarker responses in ecotoxicological studies by examining the impact of confounding factors and the relationship between oxidative biomarkers and reproductive effects in crustaceans. The sensitivity of biomarkers was confirmed in paper I as toxic effects of pharmaceuticals with conserved drug target orthologs were observed at the molecular and biochemical levels both earlier and at lower concentrations than effects on mortality and reproduction. No toxic effects were observed for the pharmaceutical without identified drug target orthologs, thus stressing the importance of considering toxic mechanisms and being aware of the most likely target when evaluating toxic effects also in non-target species. Many xenobiotics and environmental stressors interfere with oxidative processes, making oxidative biomarkers interesting to study in ecotoxicology and stress ecology. Still, feeding rate was identified as a confounding factor for antioxidant capacity (assayed as oxygen radical absorbance capacity, ORAC) and lipid peroxidation in ecotoxicological studies (paper II). However, ORAC normalized to protein was independent of altered feeding rates, hence it can be applied as a suitable exposure biomarker without considering alterations and effects of feeding rate. The connection between reproduction and oxidative stress is dual, as reproduction both can be inhibited by oxidative stress and induce pro-oxidative processes. Further, a positive association was found between ORAC and the occurrence of embryo aberrations in the benthic amphipod Monoporeia affinis (paper III). An association between antioxidant defense and reproduction was also observed for Daphnia magna (paper IV). Threshold values for identification of exposed individuals and prediction of possible later reproductive effects were established for ORAC. This thesis has contributed to diminishing some of the knowledge gaps limiting the use of oxidative biomarkers in ecotoxicology, by contributing to increased understanding of how oxidative biomarkers relate to important life-traits. Moreover, ORAC has been identified as a suitable biomarker of not only exposure, but also reproductive effects. Future research should continue to establish connections between biomarker responses and effects at higher levels, and focus on providing defined threshold values to enable predictions about later effects. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Manuscript. Paper 4: Manuscript.</p>

Thesis (Ph.D.)--McMaster University, 2005. / Advisor: Chris M. Wood Includes bibliographical references. Also available online.

O gênero Daphnia é o grupo mais antigo utilizado em ensaios de toxicidade. Dentre este grupo, as espécies Daphnia similis e Daphnia magna tiveram sua biologia amplamente estudada e vem sendo utilizada para ensaios toxicológicos. Diferentes condições de cultivo, no entanto, podem influenciar na produtividade e sensibilidade dos organismos. Este trabalho tem como objetivo, avaliar a influência de diferentes dietas e meios de cultivo na sensibilidade e na reprodução de D. similis e D. magna. Foram realizados cultivos com dez indivíduos em béqueres de 250 mL e 600 mL para D. similis e D. magna respectivamente, com água destilada deionizada reconstituída e meio de cultivo M4, mantidos a 20°C, fotoperíodo de 16horas/luz e alimentados com diferentes combinações de alimento com quatro réplicas cada. As dietas consistiam na utilização das algas Selenastrum capricornutum na concentração de 1.5.105 céls.mL-1 e Scenedesmus subspicatus na concentração de 106 céls.mL-1 . A combinação destas algas com o complemento de uma ração podendo ser de truta ou artêmia na concentração de 6 g.L-1 também foi utilizada. Em cada tratamento observou-se diariamente o número médio de neonatos produzidos por fêmea no período de 21 dias. Paralelamente foram realizados ensaios de sensibilidade ao dicromato de potássio de acordo com a NBR 12713 para cada dieta. Os resultados obtidos quanto à fertilidade quando submetidas a uma dieta com as algas S. capricornutum para D. similis e S. subspicatus para D. magna tendo o complemento de uma ração de artêmia demonstrou que independente do meio utilizado para o cultivo, a reprodução não variou significativamente o que caracteriza a ração de artêmia como uma alternativa ao complemento M4. Quanto à sensibilidade, em todos os casos analisados, quando cultivados em meio M4 os organismos mostraram-se mais resistentes ao Dicromato de Potássio do que quando cultivados em meio ISO.

O gênero Daphnia é o grupo mais antigo utilizado em ensaios de toxicidade. Dentre este grupo, as espécies Daphnia similis e Daphnia magna tiveram sua biologia amplamente estudada e vem sendo utilizada para ensaios toxicológicos. Diferentes condições de cultivo, no entanto, podem influenciar na produtividade e sensibilidade dos organismos. Este trabalho tem como objetivo, avaliar a influência de diferentes dietas e meios de cultivo na sensibilidade e na reprodução de D. similis e D. magna. Foram realizados cultivos com dez indivíduos em béqueres de 250 mL e 600 mL para D. similis e D. magna respectivamente, com água destilada deionizada reconstituída e meio de cultivo M4, mantidos a 20°C, fotoperíodo de 16horas/luz e alimentados com diferentes combinações de alimento com quatro réplicas cada. As dietas consistiam na utilização das algas Selenastrum capricornutum na concentração de 1.5.105 céls.mL-1 e Scenedesmus subspicatus na concentração de 106 céls.mL-1 . A combinação destas algas com o complemento de uma ração podendo ser de truta ou artêmia na concentração de 6 g.L-1 também foi utilizada. Em cada tratamento observou-se diariamente o número médio de neonatos produzidos por fêmea no período de 21 dias. Paralelamente foram realizados ensaios de sensibilidade ao dicromato de potássio de acordo com a NBR 12713 para cada dieta. Os resultados obtidos quanto à fertilidade quando submetidas a uma dieta com as algas S. capricornutum para D. similis e S. subspicatus para D. magna tendo o complemento de uma ração de artêmia demonstrou que independente do meio utilizado para o cultivo, a reprodução não variou significativamente o que caracteriza a ração de artêmia como uma alternativa ao complemento M4. Quanto à sensibilidade, em todos os casos analisados, quando cultivados em meio M4 os organismos mostraram-se mais resistentes ao Dicromato de Potássio do que quando cultivados em meio ISO.

O gênero Daphnia é o grupo mais antigo utilizado em ensaios de toxicidade. Dentre este grupo, as espécies Daphnia similis e Daphnia magna tiveram sua biologia amplamente estudada e vem sendo utilizada para ensaios toxicológicos. Diferentes condições de cultivo, no entanto, podem influenciar na produtividade e sensibilidade dos organismos. Este trabalho tem como objetivo, avaliar a influência de diferentes dietas e meios de cultivo na sensibilidade e na reprodução de D. similis e D. magna. Foram realizados cultivos com dez indivíduos em béqueres de 250 mL e 600 mL para D. similis e D. magna respectivamente, com água destilada deionizada reconstituída e meio de cultivo M4, mantidos a 20°C, fotoperíodo de 16horas/luz e alimentados com diferentes combinações de alimento com quatro réplicas cada. As dietas consistiam na utilização das algas Selenastrum capricornutum na concentração de 1.5.105 céls.mL-1 e Scenedesmus subspicatus na concentração de 106 céls.mL-1 . A combinação destas algas com o complemento de uma ração podendo ser de truta ou artêmia na concentração de 6 g.L-1 também foi utilizada. Em cada tratamento observou-se diariamente o número médio de neonatos produzidos por fêmea no período de 21 dias. Paralelamente foram realizados ensaios de sensibilidade ao dicromato de potássio de acordo com a NBR 12713 para cada dieta. Os resultados obtidos quanto à fertilidade quando submetidas a uma dieta com as algas S. capricornutum para D. similis e S. subspicatus para D. magna tendo o complemento de uma ração de artêmia demonstrou que independente do meio utilizado para o cultivo, a reprodução não variou significativamente o que caracteriza a ração de artêmia como uma alternativa ao complemento M4. Quanto à sensibilidade, em todos os casos analisados, quando cultivados em meio M4 os organismos mostraram-se mais resistentes ao Dicromato de Potássio do que quando cultivados em meio ISO.