¿Es hora de actualizar la forma en que vemos las floraciones de algas nocivas?

 Fuente: Hach

Cuando ocurren floraciones de algas nocivas (FAN), sus efectos negativos pueden causar impactos en todo, desde las actividades recreativas en el agua hasta el abastecimiento y el tratamiento del agua potable. Conocer las ubicaciones reales afectadas y los niveles precisos de exposición son los primeros pasos para ganar la batalla. Water Online se sentó con Dan Kroll, un científico distinguido de Hach, para comprender mejor los desafíos actuales del monitoreo de cianotoxinas y las últimas técnicas de prueba internas que brindan capacidades de toma de decisiones más oportunas a los funcionarios de salud pública y al tratamiento del agua. gerentes en aplicaciones de servicios públicos municipales, servicios privados e industriales.

¿Cuáles son algunas de las preocupaciones sobre el estado actual de la monitorización de FAN / cianotoxinas?

 

Encontrar una forma asequible de permitir la detección temprana de niveles precisos de toxinas debería ser realmente el objetivo. En cuanto a las pruebas, lo que vemos en la industria en este momento suele ser una de tres cosas: 1) ignorar el problema hasta que florece y se vuelve inevitable, 2) llevar muestras al azar a un laboratorio interno para ejecutar un ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA), o 3) enviar muestras al azar a un laboratorio externo para ELISA u otras pruebas más sofisticadas.

 

¿Cuáles son algunas de las opciones más básicas para el monitoreo de FAN / cianotoxinas?

 

Las pistas visuales del color del agua verde o azul verdoso, la muerte de peces o problemas de sabor y olor son posibles indicadores preliminares de algas. Las tiras reactivas pueden ser indicadores burdos de la presencia de toxinas, pero no son realmente cuantificables. El monitoreo de HAB en cuerpos de agua abiertos a veces se realiza mediante pruebas de clorofila-a, utilizando instrumentación fluorométrica en sondas suspendidas de boyas. Pero ese enfoque puede pasar por alto pequeñas floraciones de algas aisladas con altos niveles de toxinas. Además, las correlaciones entre los niveles de clorofila y los niveles de toxinas no siempre son confiables, por lo que los tomadores de decisiones nunca deben depender únicamente del monitoreo de la clorofila.

 

Pero las pruebas específicas de cianotoxinas, realizadas internamente o por un laboratorio de terceros, siempre deben usarse para confirmar los niveles reales de toxinas cuando los indicadores preliminares aumentan y se ejecutan periódicamente, incluso si las lecturas de clorofila se mantienen relativamente niveladas.

 

¿Qué pasa con las opciones de pruebas internas específicas de cianotoxina?

 

Muchos estados han abogado por las pruebas ELISA como método de detección de la presencia de cianotoxinas. Pero incluso los kits de prueba de ELISA tradicionales pueden tener algunos inconvenientes. Un gran volumen de esfuerzo manual (trabajo con pipeta, medición precisa, pasos de lavado, manipulación de reactivos) presenta múltiples posibilidades de error del operador. Además, debido a la forma en que se manejan los reactivos, el costo por prueba puede aumentar cuando se ejecutan solo un número limitado de pruebas ELISA. Además, las pruebas ELISA generalmente verifican solo un tipo de cianotoxina a la vez, más comúnmente microcistinas (MC) y, a veces, cilindrospermopsinas (CYN), y cada prueba requiere un reactivo diferente.

 

Afortunadamente, un nuevo enfoque automatizado de guía de ondas láser para la tecnología de medición de toxinas es una prueba de tipo ELISA que elimina esas deficiencias con un procedimiento fácil de ejecutar en el que el costo efectivo por prueba (después de la compra del equipo) no aumenta, aunque solo sea en unos pocos se procesan las muestras.

 

¿En qué se diferencia esta nueva tecnología de guía de ondas láser de las pruebas ELISA tradicionales?

 

La tecnología de guía de ondas láser disponible en el sistema de prueba de toxinas de algas LightDeck MINI actualmente ofrece detección y cuantificación multiplexada para MC y CYN a partir de una sola muestra y está diseñada para la expansión planificada a otras cianotoxinas.

 

Es una metodología altamente automatizada que prácticamente elimina los errores del operador. Para medir los niveles de cianotoxina en una muestra de agua, todo lo que se requiere es agregar la muestra a un microtubo con reactivo seco, mezclarlo bien y agregar la mezcla al cartucho de prueba LightDeck (Figura 1). Una vez que el cartucho humedecido se coloca en el sistema de prueba automatizado, las lecturas digitales de los niveles de MC y CYN están listas en 10 minutos. Las toxinas extracelulares se miden utilizando la muestra de agua cruda, tal cual. Los niveles de toxina intracelular y toxina total se pueden medir después de que las células de las algas se lisan (rompan) para liberar sus toxinas en la muestra de agua (Figura 2).

Foto cortesía LightDeck

Figura 1. La tecnología de guía de ondas láser simplifica la cuantificación de cianotoxinas para colocar la muestra de agua / mezcla de reactivo en el cartucho de prueba e insertar el cartucho humedecido en el sistema de prueba automatizado.

Gráfico cortesía LightDeck

Figura 2. Dentro del cartucho de guía de ondas láser, la presencia de toxinas afecta a los anticuerpos reactivos que influyen en la detección / cuantificación mediante un rayo de luz láser dirigido en ubicaciones específicas del cartucho de prueba.

¿Cómo puede esta nueva tecnología cambiar las expectativas sobre la forma en que las personas abordan actualmente el monitoreo de HAB / cianotoxinas?

 

La primera ventaja es el control interno que puede proporcionar sin el gasto de capacitación y equipo de espectrometría de masas. Una segunda ventaja es la puntualidad que proporciona en comparación con otras pruebas internas o de terceros: menos tiempo y trabajo que las pruebas ELISA tradicionales y mucho más rápido que los resultados de laboratorios de terceros. Esa flexibilidad puede respaldar estrategias de prueba más ágiles y minimizar el tiempo transcurrido entre el muestreo de agua y la toma de decisiones adecuada para la protección del agua potable o recreativa.

 

Al igual que las pruebas ELISA tradicionales, la tecnología de guía de ondas láser proporciona un indicador seguro para las pruebas de confirmación de las lecturas de cianotoxina en o por debajo de los niveles de advertencia de salud de la EPA de EE. UU. Si se requieren lecturas exactas de cianotoxina a niveles por debajo de 0.3 μg / L, aún se requeriría una prueba más precisa.

 

¿Cuáles son las implicaciones prácticas de la tecnología de guías de ondas láser en el esquema diario de las actividades de recreación acuática y el tratamiento del agua potable?

 

Tener una manera fácil de monitorear los niveles reales de toxinas en masas de agua recreativas o ingestas de agua potable es más indicativo del nivel de riesgo real que monitorear los niveles de algas solo, ya que la correlación entre la presencia de algas y la presencia real de toxinas es muy variable. La medición de los niveles reales de toxinas de manera rápida y asequible proporciona mejores conocimientos para ayudar a los funcionarios de salud pública a monitorear y administrar ubicaciones recreativas específicas con mayor precisión. Eso incluye un cierre y reapertura más oportunos de las aguas recreativas que afectan a las poblaciones y economías locales. También ayuda a las plantas de tratamiento de agua a tomar decisiones de tratamiento más informadas basadas en la capacidad de diferenciar los niveles de toxinas que están libres en el agua y las que aún están atrapadas dentro de las células de algas intactas.

 

Las prácticas de la industria para aplicaciones de agua potable y recreativa están evolucionando a medida que los eventos de HAB se vuelven más frecuentes o generalizados. La gestión del sistema de agua en regiones con problemas históricos de FAN apreciará el cambio más rápido de las pruebas internas rentables en comparación con los enfoques anteriores. Y a medida que los tomadores de decisiones en áreas con una frecuencia creciente de eventos de HAB se vuelven cada vez más sensibles a ser el próximo titular de las noticias nacionales, la tecnología de guía de ondas láser les permitirá evitar las conmociones que otras comunidades tuvieron que aprender de la experiencia de prueba y error.

Cómo las toxinas de las algas afectan el tratamiento del agua (y qué hacer al respecto)

 Fuente: Hach

Las plantas de tratamiento de agua (WTP) que experimentan floraciones de algas nocivas (HAB) en su fuente de agua tienen tres oportunidades críticas para minimizar el riesgo de que las cianobacterias (algas verdiazules) y las cianotoxinas lleguen a sus sistemas de distribución: 1) cuantificar el verdadero nivel de riesgo, 2) ajustar el tratamiento para minimizar la exposición a cianotoxinas y 3) eliminar las toxinas. Así es como la tecnología de detección interna adecuada puede ayudarlos a lograr los tres.

 Detección del grado de exposición a cianotoxinas

 Se sabe que el grado de presencia de células de algas no se corresponde necesariamente con el grado de amenaza de cianotoxinas. Aún así, es importante conocer la concentración total de esas toxinas: intracelular (aún contenidas dentro de las paredes celulares de algas vivas o muertas) más extracelular (liberadas de células de algas enteras o células lisadas [rotas] por procesos de WTP).

 Las toxinas intracelulares se pueden eliminar capturando células de algas intactas, teniendo cuidado de evitar impactos físicos o químicos que podrían hacer que se lisen y liberen sus toxinas. Las toxinas extracelulares requieren el uso de tecnología de tratamiento más avanzada para neutralizarlas. La toma de decisiones de proceso correctas depende de la cuantificación precisa de la presencia de cianotoxinas mediante pruebas internas o de terceros (Figura 1).

Figura 1. Las pruebas internas sensibles que utilizan luz láser para detectar los niveles de fluorescencia de muestras de agua preparadas con reactivo pueden identificar los niveles de cianotoxina para algas verde-azules comunes como Microcystis y Cylindrospermopsis en tan solo 10 minutos. La respuesta rápida brinda a las WTP un control más oportuno sobre las decisiones críticas de tratamiento a un costo menor por prueba (después de la compra del equipo) en comparación con el envío de muestras a laboratorios de terceros.

Ya sea que una WTP (planta de tratamiento de agua ) haya tenido problemas de cianobacterias / cianotoxinas en el pasado o no, es importante tener en cuenta los siguientes factores (y los 7 pasos hacia la reducción del riesgo de cianotoxinas, a continuación):

 

• ·        Ser proactivo. Un aspecto importante de cualquier estrategia de manejo de cianobacterias / cianotoxinas es establecer líneas de base de agua de origen de presencia de cianotoxinas (microcistinas, cilindrospermopsinas, etc.) en diferentes estaciones del año y diferentes niveles en la columna de agua. Sin embargo, con o sin capacidad de detección de cianotoxinas, las WTP también pueden buscar los indicadores correspondientes del crecimiento de algas, por ejemplo, desviaciones de las normas de referencia en términos de aumento de la turbidez, carbono orgánico total o cambios diurnos bruscos en los niveles de oxígeno causados ​​por cianobacterias fotosintéticas.
• ·        Controle de cerca los niveles de toxinas. Si bien el monitoreo de las condiciones relacionadas con el crecimiento de las algas puede ser útil, es esencial detectar la presencia de cianotoxinas específicas, intracelulares o extracelulares. Las pruebas internas son la forma más rápida y sencilla de identificar y controlar la presencia de cianotoxinas. Las nuevas capacidades de prueba de cianotoxinas internas de 10 minutos hacen que la detección y la cuantificación sean más prácticas y rentables que nunca. No requieren instrumentación costosa de cromatografía líquida o espectrometría de masas, personal con capacitación especializada o los costos / demoras de envío de muestras de agua a laboratorios de terceros.
• ·        Evite la liberación de toxinas intracelulares. Si hay algas portadoras de toxinas en el agua de origen, cualquier tratamiento de preoxidación (cloro, ozono, permanganato de potasio, etc.) utilizado para otros fines (protección del mejillón cebra, eliminación de hierro / manganeso, etc.) puede lisar las células de las algas y liberar toxinas intracelulares (Figura 2).
• ·   Planifique con anticipación la eliminación de toxinas extracelulares. Ya sea que las toxinas extracelulares estén presentes en la fuente de agua original o se liberen debido a la lisis de células de algas durante el tratamiento, las WTP tienen múltiples opciones para neutralizarlas con capacidades de tratamiento existentes o adicionales.

Fuente: EPA 810-B-16-007 Optimización del tratamiento de agua para cianotoxinas

Figura 2. Este gráfico muestra múltiples consideraciones de tratamiento a tener en cuenta a lo largo de todo el tren de tratamiento de agua, especialmente en la fase de preoxidación, cuando se trata de cianotoxinas intracelulares. El documento de la EPA del que proviene también describe los pasos para lidiar con la eliminación de cianotoxinas extracelulares.

Sea consciente de los peligros ocultos

 

Uno de los mayores peligros de las cianotoxinas es el riesgo de que 'lo que no está de la vista está fuera de la mente'. Eso puede suceder cuando un evento por primera vez toma una WTP por sorpresa o cuando ocurren eventos fuera de temporada en momentos en que las WTP experimentadas no lo son. Vigilancia activa de cianotoxinas. Puede ocurrir si las floraciones de algas ocurren cerca de una fuente de agua muy por debajo de la superficie, fuera de la vista de la observación visual. Puede suceder si hay toxinas extracelulares en la ingesta de WTP sin una masa visible de células de algas, o si los procesos de tratamiento en la planta provocan la liberación de toxinas de las células de algas antes de que se eliminen del tren de tratamiento.

 

Para las empresas de servicios públicos que no están familiarizados con los desafíos, este documento detallado de la EPA de EE. UU. Sobre la optimización del tratamiento de agua para cianotoxinas “ Water Treatment Optimization For Cyanotoxins” y esta Guía para el administrador de las empresas de servicios de agua sobre cianotoxinas “ Water Utility Manager’s Guide To Cyanotoxins” brindan más antecedentes sobre todo el proceso.

 

7 pasos hacia la reducción del riesgo de cianotoxinas

 

Una vez que la WTP conoce la presencia de cianobacterias / cianotoxinas en el tren de tratamiento de agua, se pueden tomar varios pasos para neutralizar sus amenazas al principio del ciclo de tratamiento de agua y en la desinfección final.

 

1.     Detener el comportamiento arriesgado. Cerrar los pasos de preoxidación al primer signo de presencia de algas es clave para minimizar la lisis celular que puede liberar toxinas intracelulares en la corriente de agua.
2.       Elección de fuentes de agua alternativas. Evitar los problemas de cianotoxinas puede ser tan simple como extraer agua de otro nivel de toma de depósito o fuente alternativa, por ejemplo, agua subterránea, sistema de agua vecino.
3.       Retirar con cuidado las células de algas enteras. Con una cuidadosa coagulación, floculación y / o tecnología de flotación por aire disuelto (DAF), una WTP puede eliminar un gran volumen de células de algas con sus cianotoxinas intracelulares aún intactas.
4.       Adición de carbón activado en polvo (PAC). La dosificación con PAC antes de la coagulación / floculación elimina las cianotoxinas a medida que el PAC se asienta y se extrae durante la fase de floculación / sedimentación. El PAC también se puede utilizar después de la filtración para eliminar las toxinas restantes. Le da a una WTP la capacidad de activar y desactivar la dosificación a medida que varían los problemas estacionales.
5.       Obtener el tiempo de contacto (CT) del carbón activado granular (GAC) correcto. Para las plantas de tratamiento de aguas que utilizan filtración de GAC en lecho fijo, conocer el grado de los niveles de cianotoxina puede ayudar a establecer el CT apropiado para la eliminación de cianobacterias / cianotoxinas. La realización de pruebas a escala de banco o pruebas a escala piloto del tratamiento GAC / PAC es útil para establecer el CT apropiado para la eliminación de cianotoxinas, particularmente cuando las FAN son una nueva experiencia para la empresa de servicios públicos.
6.     Explorando las opciones de filtración. Los procesos de microfiltración y ultrafiltración pueden detener las células de las algas, pero no las cianotoxinas. La nanofiltración y la ósmosis inversa pueden filtrar las cianotoxinas siempre que las membranas no se vean comprometidas.
7.      Prueba temprana. Prueba a menudo. Tener capacidades de prueba de cianotoxinas internas asequibles que brindan resultados en aproximadamente 10 minutos hace que sea más fácil monitorear los procesos de WTP bajo demanda. La realización de pruebas puntuales en múltiples etapas del proceso de tratamiento, por ejemplo, en la toma, post-GAC, post-sedimentación, desinfección final, etc., puede indicar si se deben ajustar las etapas previas o posteriores del tratamiento. Por ejemplo, obtener lecturas elevadas más adelante en el proceso de tratamiento puede indicar que la lisis de células completas podría estar liberando toxinas adicionales.

Finalmente, es importante realizar una prueba después de la etapa de desinfección final, ya sea que implique ozono, cloración, cloraminación, etc., para determinar si las cianotoxinas aún están presentes. Tome nota de cuán ampliamente puede variar la CT efectiva según la temperatura del agua, el pH y las concentraciones de cianotoxinas (Figura 3).