Comprensión de las cianotoxinas: microcistin, anatoxina-A y cilindrospermopsina

Comprensión de las cianotoxinas: microcistin, anatoxina-A y cilindrospermopsina

Las cianotoxinas se encuentran entre los riesgos operativos y de salud pública más importantes que enfrentan las empresas de agua potable en la actualidad. A medida que las floraciones de algas nocivas (HABs) aumentan en frecuencia y escala, las empresas de servicios públicos se enfrentan a eventos de toxinas que pueden surgir repentinamente, persistir durante semanas y desafiar incluso los sistemas de tratamiento avanzados. Comprender cómo funcionan las cianotoxinas, cómo se producen y cómo se mueven a través de los sistemas de agua dulce es esencial para desarrollar una estrategia efectiva de gestión de riesgos.

Esta guía proporciona un desglose práctico de las tres cianotoxinas más críticas que afectan a los reservorios de agua potable de Estados Unidos: microcistin, anatoxin-a y cilindrospermopsina.

1. ¿Qué son las cianotoxinas?

Las cianotoxinas son metabolitos secundarios producidos por ciertas especies de cianobacterias. No todas las floraciones son tóxicas y no todas las especies producen toxinas, pero los factores estresantes ambientales como el calor, los picos de nutrientes, el tratamiento químico y la competencia pueden desencadenar la producción de toxinas.

Propiedades clave que las utilidades deben tener en cuenta:

• Las toxinas se liberan cuando las células se rompen (lisis), ya sea de forma natural o a partir de sulfato de cobre, tratamientos con peróxido, cambios rápidos de temperatura o depredación.
• Algunas toxinas persisten en el agua durante días o semanas, incluso después de que una floración disminuya.
• Carbón activado, oxidación y tratamiento avanzado puede eliminar toxinas, pero la eficacia varía según el compuesto.

Los avisos de salud de la EPA requieren concentraciones permisibles extremadamente bajas, lo que significa que incluso los picos de toxinas modestos pueden desencadenar notificaciones públicas.

2. Microcistin: La cianotoxina más común en los EE. UU.

Producido por:

Microquistis, Dolichospermum, Planctothrix, y otros.

Tipo de toxina:

Hepatotoxina (que daña el Hígado)

Por qué es importante:

La microcistin es la cianotoxina más frecuentemente detectada en lagos y embalses estadounidenses. Es estable, resistente y puede permanecer en la columna de agua mucho después de que una floración disminuye.

Características clave:

• Over 200 variantes (congéneres)
• Niveles extremadamente bajos de Asesoría de Salud de la EPA
• A menudo asociado con agua tibia, estancada y rica en nutrientes
• Se libera en grandes cantidades cuando las flores colapsan repentinamente

Impactos Operacionales:

• Se adsorbe a las partículas, lo que requiere una coagulación/floculación optimizada
• Responde bien a carbón activado (PAC/GAC)
• Requiere un monitoreo cuidadoso durante y después del colapso de la floración
• No se destruye por simple cloración a menos que los tiempos de contacto sean altos

Los eventos de microcistin son responsables de la mayoría de los avisos de HAB de agua potable en Estados Unidos.

3. Anatoxina-A: una neurotoxina de acción rápida

Producido por:

Dolichospermum, Aphanizomenon, Oscilatoria/Planctothrix cepas.

Tipo de toxina:

Neurotoxina

Por qué es importante:

Aunque es menos común que la microcistin, la anatoxina-a presenta riesgos graves debido a su rápida aparición de efectos neurológicos en animales y usuarios recreativos.

Características clave:

• Altamente potente, de acción rápida
• Se descompone más rápido que la microcistin
• A menudo se asocia con flores más frías o de principios de temporada
• Puede ser producido en grandes cantidades por cianobacterias bentónicas en ríos

Impactos Operacionales:

• Responde de manera inconsistente al carbón activado
• Se oxida más fácilmente que la microcistin
• A menudo requiere múltiples ubicaciones de muestreo, especialmente en sistemas de flujo
• Puede ocurrir incluso cuando los depósitos aparecen visualmente claros

Las empresas de servicios públicos deben estar especialmente vigilantes cerca de las zonas de recreación y las entradas poco profundas.

4. Cylindrospermopsina: una amenaza emergente y persistente

Producido por:

Cilindrospermopsis (también llamado Raphidiopsis), Aphanizomenon, y otros.

Tipo de toxina:

Citotoxina (que afecta el hígado, los riñones y otros órganos)

Por qué es importante:

La cilindrospermopsina se está volviendo más común en los embalses de Estados Unidos, en parte debido al calentamiento de las aguas y la migración de especies hacia las latitudes del norte.

Características clave:

• Altamente soluble en agua, lo que significa que se propaga a través de la columna de agua
• Estable y persistente — puede durar semanas
• Producido tanto durante el crecimiento como después de la ruptura celular
• Difícil de eliminar con el tratamiento estándar
• Más común en el sureste, suroeste y cada vez más en el Medio Oeste

Impactos Operacionales:

• Es posible que se requieran procesos avanzados de oxidación (AOP)
• La oxidación convencional puede ser insuficiente
• Puede evitar el tratamiento si el monitoreo es poco frecuente
• A menudo se produce en flores de baja visibilidad

Para las empresas de servicios públicos, la cilindrospermopsina requiere una mayor vigilancia y una planificación proactiva.

5. Cómo se comportan las cianotoxinas durante el crecimiento y el colapso de la floración

Durante el crecimiento activo:

• Las toxinas son principalmente dentro de las células de cianobacterias
• Las muestras de agua pueden mostrar altos recuentos celulares pero bajos niveles de toxina disuelta
• Las plantas de tratamiento pueden experimentar turbidez y carga de filtro, pero no altas toxinas disueltas

Durante el colapso de la floración (natural o químico):

Este es el período de mayor riesgo para las empresas de servicios públicos.

Cuando mueren las cianobacterias:

• Ruptura de células (lisis)
• Las toxinas almacenadas inundan la columna de agua
• Los niveles de toxina disuelta pueden elevarse rápidamente
• La demanda de carbono aumenta bruscamente
• Las empresas de servicios públicos pueden ver excedidos repentinos de la Asesoría de Salud

Los tratamientos químicos como el sulfato de cobre y los peróxidos pueden acelerar la ruptura celular, haciendo que el tiempo sea crítico.

6. Estrategias de Monitoreo para Servicios Públicos

Los programas de monitoreo efectivos combinan:

Indicadores de campo

• Fluorómetros (ficocianina/clorofil-a)
• Profundidad de Secchi
• Presencia de suciedad superficial

Pruebas de laboratorio

• Identificación y enumeración celular
• Ensayos de toxina ELISA
• Confirmación LC-MS/MS (para reporting regulatorio)

Monitoreo espacial

• Zonas de entrada
• Áreas de acumulación de la línea de la línea de la línea de
• Prebahías de presas
• Perfiles de Mid-lake

Las toxinas a menudo aparecen en puntos de acceso localizados, lo que significa que el muestreo de un solo punto puede pasar por alto eventos críticos.

7. Consideraciones sobre el tratamiento para cada toxina

Microcistin

• PAC/GAC altamente efectivo
• Oxidación con ozono, cloro o permanganato (se requiere una TC adecuada)
• Evite el colapso repentino de la floración

Anatoxina-A

• Oxidación eficaz (cloro, ozono)
• La efectividad de PAC varía: se recomienda realizar pruebas en frascos
• Monitorear fuentes bentónicas y pelágicas

Cilindrospermopsina

• Se elimina mejor a través de AOP (UV/peróxido u ozono)
• Altamente soluble: requiere monitoreo de fase disuelta
• Variable de efectividad PAC/GAC

Las empresas de servicios públicos a menudo se benefician de múltiples barreras de tratamiento paralelas.

8. Ataque para los administradores de agua

• La microcistin, anatoxin-a y cilindrospermopsina representan los riesgos de cianotoxina más significativos para los proveedores de agua potable.
• Cada toxina tiene un comportamiento único, persistencia y desafíos de tratamiento.
• Los picos de toxinas ocurren con mayor frecuencia durante los colapsos repentinos de la floración.
• La administración efectiva requiere monitoreo continuo, planificación previa a la floración, y estrategias de tratamiento de múltiples barreras.
• A medida que los HABs se intensifican en todo el país, las empresas de servicios públicos deben esperar demandas operativas más frecuentes relacionadas con las toxinas.

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