Biorremediação, toxicidade e lesão celular em derrames de gasolina

O presente trabalho abrange um estudo integrado que busca as relações existentes entre processos de biorremediação de solos e alterações das condições fisiológicas dos organismos que habitam os locais contaminados. Nos estudos envolvendo biorremediação, analisou-se como um derrame de gasolina, simulado através de ensaios de laboratório em microcosmos, altera a microbiota do solo e a dinâmica dos contaminantes ao longo do tempo. Para tanto, avaliou-se a população microbiana (através de métodos de contagem direta e métodos qualitativos com lâmina enterrada, e identificação dos microrganismos), o nitrogênio mineral, o pH e a condutividade elétrica do solo, evolução de CO2, cromatografia gasosa, além de ensaios de permeabilidade, pluviometria e agregação de partículas do solo. Observou-se que materiais orgânicos melhoram as características gerais dos solos ao final dos tratamentos, e ao mesmo tempo retém o contaminante – no caso gasolina – por um maior período de tempo. Existe uma evidente influência dos microrganismos nos processos de biorremediação de gasolina e do diesel analisados, comprovada através de cromatografia gasosa. Através de testes em modelo animal, analisados através de parâmetros sangüíneos, histologia, pH e condutividade elétrica de macerados de órgãos, observou-se alterações importantes no metabolismo dos animais e, em especial, identificou-se um novo teste – baseado na variação de condutividade elétrica – que pode auxiliar na análise fisiopatológica de órgãos com supostas lesões. Uma integração entre as áreas de Engenharia Geotécnica, Agronomia, Medicina, Biologia, Farmácia e Bioquímica foi obtida, provando a necessidade de projetos multidisciplinares no futuro da pesquisa.

Níveis crescentes de gordura de arroz para vacas leiteiras de alta produção no início da lactação

Foram avaliados os efeitos de níveis crescentes de suplementação com gordura de arroz, na forma de farelo integral e óleo, em dietas isoprotéicas (19,7% de proteína bruta) e isofibrosas (30,1% de fibra em detergente neutro), sobre o consumo, produção e metabolismo de vacas leiteiras de alta produção na fase inicial da lactação. O delineamento experimental utilizado foi o quadrado latino, com quatro níveis de gordura bruta (3,5; 5,0; 6,5 e 8,0%), quatro animais e quatro períodos, com uma repetição. O comportamento do consumo de matéria seca foi quadrático, com uma redução importante somente no maior nível de suplementação. Nos demais níveis os valores foram semelhantes (25,8; 26,2; 25,9 e 24,5kg/dia, respectivamente). O mesmo comportamento foi observado para o consumo de proteína bruta. O consumo de carboidratos não fibrosos e de fibra em detergente neutro foi reduzido linearmente pela suplementação. Não houve efeito da suplementação lipídica sobre a produção de leite (33,1; 33,3; 34,0 e 33,4kg/dia, respectivamente), sobre a produção corrigida para gordura, sobre o teor de gordura, lactose, sólidos totais e sua produção diária. O teor de proteína bruta do leite diminuiu com o aumento da gordura nas dietas, mas não houve efeito sobre a produção diária de proteína. A eficiência alimentar aumentou com o aumento da inclusão de gordura nas dietas, mas não houve efeito sobre a energia do leite nem sobre a eficiência energética. A concentração de nitrogênio uréico do leite não foi influenciada pelos tratamentos, embora a de nitrogênio uréico do sangue tenha diminuído à medida que aumentou a inclusão de gordura nas dietas. Os níveis séricos de glicose e triglicerídeos não diferiram em função dos tratamentos, mas houve aumento da concentração de colesterol total com o aumento da suplementação lipídica. O custo de produção do leite foi reduzido à medida que aumentou a participação da gordura nas dietas. Essa redução ocorreu devido ao menor consumo de volumoso como efeito da gordura, apesar da inclusão de gordura de arroz nas dietas ter gerado um aumento do custo dos concentrados.

Caracterização ecológica da Represa Mãe D'água, Campus do Vale da UFRGS, Morro Santana, Porto Alegre - RS (Brasil)

O presente estudo teve como objetivo a caracterização da qualidade ambiental da represa Mãe D’água, com ênfase na macrofauna bentônica. A área de estudo, situada na vertente sul/sudeste do morro Santana, município de Porto Alegre/RS (Brasil), faz parte de uma sub-bacia hidrográfica que tem como nível de base o lago Guaíba, um importante manancial de água doce. Para análise dos indicadores ambientais da água (variáveis físicas, químicas e microbiológicas), sedimento (textura e teor de matéria orgânica) e dos macroinvertebrados bentônicos, foram realizadas duas coletas de campo (verão e inverno de 2004), em quatro unidades amostrais na represa. As variáveis ambientais da água apresentaram características típicas de ambientes aquáticos eutrofizados. As concentrações de cargas orgânicas foram evidenciadas pelos valores médios de DBO5 (16,5 mg/L), e dos nutrientes fósforo (1,37 mg/L) e nitrogênio (12,73 mg/L). O sedimento apresentou altos teores das frações silte e argila, com teor de matéria orgânica superior a 10% do seu peso seco. A macrofauna bentônica caracterizou-se pelos baixos valores de densidade e riqueza, com dominância de Chironomidae (58,5%) representado principalmente pelo gênero Chironomus, organismos geralmente adaptados a sobreviver em ambientes escassamente oxigenados. Estes resultados mostram que a interferência antrópica está influenciando na dinâmica natural da área de estudo, contribuindo para a eutrofização das águas, baixa saturação de oxigênio, dominância de partículas finas no sedimento, e na redução da macrofauna bentônica.

Avaliação de um efluente industrial através de ensaios ecotoxicilógicos e análises físicas e químicas

Análises ecotoxicológicas vêm sendo empregadas no monitoramento de efluentes industriais com o intuito de minimizar o impacto ambiental, avaliar a eficiência de estações de tratamento, bem como requisito para a obtenção e manutenção de licenças junto aos órgãos ambientais. Com o objetivo de avaliar a toxicidade de um efluente industrial de origem petroquímica, foram realizados ensaios de toxicidade crônica com espécies de três diferentes níveis tróficos (Selenastrum capricornutum, Ceriodaphnia dubia e Pimephales promelas). As amostras do efluente foram também analisadas quanto aos valores de cianeto, DBO5, DQO, fenol, fósforo solúvel, fósforo total, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, óleos e graxas minerais, óleos e graxas totais, óleos e graxas vegetal/animal, oxigênio dissolvido, pH, sólidos suspensos totais, sulfeto, surfactantes e metais (mercúrio, cádmio, cobre, cromo, manganês, chumbo, zinco e níquel). As coletas ocorreram mensalmente, de agosto de 2002 a julho de 2003, na saída da estação de tratamento. Os resultados das análises físicas e químicas foram comparados com os limites de emissão disponíveis na Resolução nº 20/86 do CONAMA e Portaria Estadual nº 05/89 da Secretaria da Saúde e do Meio Ambiente (RS) A maioria dos parâmetros (85,7%) estava de acordo com a legislação vigente, exceto o fósforo total, o nitrogênio total e o nitrogênio amoniacal. No entanto, todas as amostras apresentaram toxicidade para pelo menos um dos organismos utilizados nos ensaios. Apesar de um maior número de amostras ter apresentado toxicidade para S. capricornutum, o efluente foi tóxico para P. promelas em concentrações mais baixas, se comparado com os outros dois organismos. Foi possível identificar correlação estatisticamente significativa (p≤0,05) entre a toxicidade para S. capricornutum e os valores de manganês (r=0,44), toxicidade para C. dubia e os valores de nitrogênio total e DQO (r=0,40) e toxicidade para P.promelas e os valores de sólidos suspensos totais, sulfeto, nitrogênio total e cianeto (r=0,71).

Integração de características de planta, de dossel e de solo para maior eficiência da adubação nitrogenada em cobertura em milho

O milho é um das culturas mais exigentes em nitrogênio (N). A sua aplicação na dose e época correta pode aumentar a sua eficiência de uso, diminuindo custos e danos ambientais. Foram estudadas características de planta, de dossel e de solo, como indicadores da disponibilidade de N no sistema solo-planta para predição da necessidade deste nutriente em cobertura em milho. Foram conduzidos cinco experimentos a campo e dois em casa de vegetação, nas estações de crescimento de 2002/03 e 2003/04, na Estação Experimental Agronômica e na Faculdade de Agronomia da UFRGS, em Eldorado do Sul e em Porto Alegre-RS, Brasil, respectivamente, e dois experimentos a campo no ano de 2004 no Estern Cereal and Oilseed Research Center, em Ottawa-Ontário, Canadá. Foram avaliadas, em diferentes locais e situações de manejo, características de planta, de dossel e de solo, citando-se: teores de nitrato, amônio e N mineral no solo e na folha; massa seca e área foliar da folha e da planta, teor e acúmulo de N na folha e na planta; teor relativo de clorofila na folha, medido pelo clorofilômetro, reflectância do dossel, medido por dois tipos de radiômetros e fluorescência da folha, medida pelo fluorômetro. Além disso, foram avaliados o rendimento de grãos e seus componentes e parâmetros de eficiência técnica e econômica de uso de N. Dentre as características de planta, o teor relativo de clorofila na folha, e dentre os de solo, o teor de nitrato no solo, destacaram-se entre os demais avaliados. Foram determinados níveis críticos e doses ótimas de N, bem como estabelecidas curvas de calibração para dois níveis de manejo com base nestas características para monitoramento da lavoura. No que diz respeito às características de dossel estudadas, a reflectância apresentou melhores resultados que a fluorescência como indicador do nível de N no sistema solo-planta. Os estudos realizados mostraram que dentre as caracteríticas avaliadas, atualmente, o teor relativo de clorofila na folha tem o maior potencial para auxiliar na determinação da época mais adequada para aplicação de N em cobertura em milho.

Efeitos in vivo do ácido metilmalônico sobre o comportamento de ratos no labirinto aquático de morris e in vitro sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo e sobre as atividades dos complexos I-IV da cadeia respiratória em homogeneizado de tecidos de ratos

A acidemia metilmalônica é uma desordem metabólica hereditária caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo tecidual de ácido metilmalônico (MMA) e clinicamente por deterioração neurológica progressiva e falência renal. Os avanços no tratamento dessa doença alcançados nos últimos anos possibilitaram uma diminuição significativa na mortalidade dos mesmos. Entretanto, a morbidade continua alta, pois a maioria dos pacientes afetados por acidemia metilmalônica, mesmo recebendo o melhor tratamento disponível no momento, apresenta graus variáveis de comprometimento do sistema nervoso central refletido em retardo mental e atraso no desenvolvimento psicomotor. No presente estudo investigamos os efeitos in vivo da administração crônica do MMA em ratos Wistar durante o seu desenvolvimento (do 5º ao 28º dia de vida pós-natal) sobre o comportamento dos mesmos na tarefa do labirinto aquático de Morris. A tarefa foi realizada após um período de recuperação dos animais de 30 dias com o intuito de verificar dano neurológico permanente ou de longa duração nos animais. O labirinto aquático de Morris é uma tarefa bastante útil para a avaliação de aprendizado e memória espaciais. O protocolo da tarefa foi ligeiramente modificado para servir ao propósito de nosso trabalho, ou seja, o de avaliar o efeito da administração crônica de drogas sobre o comportamento de ratos. Verificamos que a administração crônica de MMA não provocou efeito no peso corporal, velocidade de natação e na fase de aquisição da tarefa. Porém, o tratamento prejudicou o desempenho dos animais no treino reverso, o que é condizente com comportamento perseverativo. Também avaliamos o efeito do ácido ascórbico, que foi administrado isoladamente ou em combinação com o MMA para testarmos se o estresse oxidativo poderia estar relacionado com as alterações comportamentais observadas no grupo tratado com MMA. Observamos que este antioxidante preveniu as alterações comportamentais provocadas pelo MMA, indicando que o estresse oxidativo pode estar envolvido com o efeito encontrado. Passamos então a avaliar o efeito in vitro do MMA sobre parâmetros de estresse oxidativo, mais especificamente na técnica de dosagem de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), que é um parâmetro de lipoperoxidação, e sobre o potencial antioxidante total do tecido (TRAP) e a reatividade antioxidante do tecido (TAR), que são parâmetros de defesas antioxidantes teciduais. O MMA na concentração de 2,5 mM aumentou a lipoperoxidação in vitro em homogeneizado de estriado e hipocampo de ratos e diminuiu o TRAP e o TAR em homogeneizado de estriado de ratos. Tais resultados indicam fortemente que o MMA induz estresse oxidativo. Finalmente investigamos o efeito in vitro do MMA sobre a atividade enzimática dos complexos da cadeia respiratória em várias estruturas cerebrais e em órgãos periféricos em ratos de 30 dias de vida no sentido de melhor esclarecer os mecanismos fisiopatológicos dos danos teciduais desta doença. Verificamos que o MMA causou uma inibição significativa da atividade do complexo II da cadeia respiratória em estriado e hipocampo quando baixas concentrações de sucinato foram utilizadas no meio de incubação. Além disso, verificamos que este efeito inibitório do MMA sobre o complexo II ocorreu somente após exposição do homogeneizado ao ácido por pelo menos 10 minutos, além do que esta inibição não foi prevenida pela co-incubação com o inibidor da óxido nítrico sintetase Nω- nitro-L-argininametilester (L-NAME) ou por uma associação de catalase e superóxido dismutase. Estes resultados sugerem que as espécies reativas de oxigênio e nitrogênio mais comuns não estão envolvidas neste efeito, tornando improvável que a inibição do complexo II da cadeia respiratória seja mediada por estresse oxidativo. O MMA também causou uma inibição do complexo II-III em estriado, hipocampo, rim, fígado e coração; e inibiu o complexo I-III em fígado e rim. O complexo IV não foi afetado pela incubação com o ácido em nenhuma das estruturas testadas. Portanto, tomados em seu conjunto, estes resultados indicam que o MMA bloqueia a cadeia respiratória. Os resultados de nosso trabalho indicam que a administração crônica de MMA em ratos em desenvolvimento provocou alterações comportamentais de longa duração provavelmente mediadas por radicais livres, pois tais alterações foram prevenidas pelo antioxidante ácido ascórbico. O MMA também induziu estresse oxidativo in vitro em estriado e hipocampo e inibiu de forma diferenciada os complexos da cadeia respiratória nos tecidos estudados, sendo que as estruturas mais vulneráveis a esta ação foram o estriado e o hipocampo. Finalmente, nossos resultados sugerem que antioxidantes podem ajudar a prevenir, ou pelo menos atenuar, os danos teciduais provocados pelo MMA na acidemia metilmalônica.

Bactérias diazotróficas associadas a raízes e colmos de cultivares de sorgo

Os danos ao ambiente, bem como os custos econômicos relacionados à adubação nitrogenada têm estimulado a busca por alternativas que possam diminuir a utilização deste fertilizante sem que haja diminuição na produtividade. Uma das possibilidades é a utilização de bactérias diazotróficas que podem se associar a plantas de sorgo para fixar nitrogênio gasoso (N2) e/ou produzir substâncias promotoras de crescimento de plantas (PCPs). Outra possibilidade é a seleção de genótipos eficientes na associação com bactérias diazotróficas, já que a eficiência na associação depende de características específicas das plantas. Deste modo, o presente estudo objetivou avaliar a ocorrência e a localização de bactérias diazotróficas associadas ao sorgo, selecionar cultivares eficientes na associação com bactérias diazotróficas, bem como identificar os isolados mais eficientes em fixar nitrogênio e produzir PCPs. A atividade experimental foi realizada em duas etapas. Na primeira etapa foram utilizados 14 cultivares de sorgo forrageiro em vasos e, na segunda, seis cultivares de sorgo granífero em campo. A seleção dos cultivares de sorgo foi baseada na eficiência de absorção de nitrogênio, através da quantificação de matéria seca e do teor de nitrogênio total da parte aérea das plantas. Para o isolamento das bactérias diazotróficas foi utilizado meio de enriquecimento semi-sólido. Após, quantificou-se a produção de PCPs e os níveis de N2 fixados pelos isolados, a fim de selecionar os mais eficientes. A matéria seca e o teor de N no tecido dos cultivares avaliados foram influenciados pela adubação nitrogenada. A presença de bactérias diazotróficas foi constatada em todos os cultivares de sorgo avaliados. Através da análise de similaridade, verificou-se que, em ambos experimentos, foram formados quatro grupos de isolados, sendo que três se agruparam com 100% de similaridade com as estirpes padrões Burkholderia tropica Ppe8 (ATCC BAA-831), Herbaspirillum seropedicae Z67 (ATCC 35892) e Azospirillum. brasilense Sp7 (ATCC 29145). A distribuição das bactérias isoladas em ambos experimentos foi influenciada pelo genótipo da planta. Além do genótipo, a localização das bactérias isoladas das plantas de sorgo granífero foi influenciada pela adubação nitrogenada, sendo que as raízes foram o sítio preferencial de colonização das bactérias nestes cultivares. Todos os isolados foram aptos em fixar nitrogênio e produzir ácido indol-acético in vitro.

Avaliação do processo de compostagem de resíduos sólidos urbanos

A crescente produção de resíduos sólidos urbanos e a escassez de áreas para uma destinação final tecnicamente adequada, via implantação de aterros sanitários, faz com que tome importância a técnica de tratamento de resíduos sólidos orgânicos através das compostagem/vermicompostagem. Nesta pesquisa, foi realizada a avaliação destes processos, tendo sido observadas principalmente a influência da aeração e da umidade no desempenho destas técnicas de tratamento, em leiras de pequenos e grandes volumes. Nos experimentos, com leiras de pequenos volumes, realizados no IPH (Instituto de Pesquisas Hidráulicas) da UFRGS, utilizou-se resíduos sólidos de poda (resíduos verdes, com alta concentração de carbono) codispostos (misturados em peso) com resíduos vegetais da CEASA (Companhia Estadual de Abastecimento Sociedade Anônima) e lodos provenientes de estações de tratamento de esgotos sanitários. Nos experimentos, com leiras de grandes volumes, realizados na UTC – Unidade de Triagem e Compostagem de Porto Alegre, utilizou-se resíduos orgânicos domiciliares codispostos com os mesmos resíduos utilizados nos primeiros experimentos. Paralelamente aos experimentos de compostagem, avaliou-se os lixiviados produzidos nos sistemas. Na compostagem de grandes volumes, também foi observado o desempenho de banhados construídos de fluxo subsuperficial para o tratamento desses efluentes líquidos. com teores de resíduos verdes menores que 35 %, o que se justifica pela maior concentração de resíduos de característica facilmente biodegradável e de maior palatabilidade para os vermes. Em todos os experimentos de compostagem, verificou-se que o controle efetivo do processo pode ser realizado através da avaliação sistemática das temperatura e umidade das leiras. Evidenciou-se também que para regiões de clima similar ao de Porto Alegre, com elevadas precipitações principalmente no inverno, é necessário adotar dimensões adequadas ao sistema de compostagem “windrow” para áreas descobertas. Comprovou-se também a necessidade de manutenção da umidade na faixa entre 50% e 70 %, inclusive com reposição desta, mesmo na situação de inverno. A avaliação dos lixiviados da compostagem demonstrou que, com os substratos utilizados nos experimentos, as concentrações de DBO5, DQO e de outras variáveis são elevadas ao início do processo de decomposição, devido à solubilização dos compostos orgânicos e inorgânicos presentes na matéria orgânica. Os lixiviados da compostagem possuem baixas concentrações de condutividade, DBO5, NH4 +, entre outros, quando comparados aos lixiviados de aterros sanitários. tratamento destes efluentes. Os resultados obtidos nos banhados construídos para baixas cargas hidráulicas (1cm/d) e concentrações de DBO5 do afluente abaixo de 150 mg/L apontaram uma eficiência média de remoção de 52,02%. No que se refere a nitrogênio (todas as formas), fósforo, metais, potencial redox e sólidos totais, as eficiências foram variáveis, com melhores resultados para nitrogênio amoniacal e fósforo. A compostagem pode ser considerada uma alternativa viável de tratamento de resíduos orgânicos, utilizando-se o processo “windrow” com revolvimento mecânico, mesmo em pátios descobertos em climas subtropicais. Neste caso, sugere-se que os lixiviados gerados nos primeiros dias de compostagem (30 dias aproximandamente) sejam recirculados e o excedente tratado em ETE. Pode-se, também, utilizar o sistema de banhados construídos como complementação, principalmente para a remoção de nitrogênio e fósforo.

Transferência de calor combinando radiação e convecção no interior de dutos de geradores de vapor fumotubulares

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica.