Contaminação do meio físico por hidrocarbonetos e metais na área da Refinaria Alberto Pasqualini, Canoas, RS

O presente estudo resulta de convênio entre a Fundação de Apoio da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (FAURGS) e a Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP S.A.), tendo como objetivo o diagnóstico das contaminações por metais e hidrocarbonetos dos solos e águas subterrâneas na área e seus domínios. Os poços tubulares profundos existentes ao redor da refinaria registram 559 unidades distribuídas num raio de 2.000 metros, que têm uso residencial dominante (81,5%) e, em menor escala, comercial (6,5%), industrial (2,6%) e público (0,9%). A caracterização geológica revelou grande variação lateral e vertical, marcada pela ocorrência de sedimentos quaternários síltico-argilosos e arenosos finos com lentes de argilas orgânicas plásticas, tendo espessura de até 14 metros cobrindo rochas sedimentares da Formação Sanga do Cabral. Esta última composta principalmente por arenitos finos a muito finos, siltitos e argilitos avermelhados. Uma parcela significativa da área encontra-se capeada por aterros de terraplenagem com espessuras entre 0,5 e 4 metros. Os estudos hidrogeológicos da área registram a existência de um aqüífero freático livre, constituído pelo material de aterro e camadas sedimentares superficiais, e outro semi-confinado, representado por níveis arenosos descontínuos intercalados no pacote dominantemente síltico-argiloso de sedimentos quaternários. Os sedimentitos da Formação Sanga do Cabral fazem parte do aqüífero semiconfinado. O diagnóstico da contaminação de solos por hidrocarbonetos e metais contou com a análise química de 94 amostras coletadas em 48 sondagens manuais em diferentes profundidades. Os resultados apontaram a virtual ausência de vanádio e baixos níveis de contaminação por cromo, mercúrio, cádmio, cobre, chumbo e Hidrocarbonetos Totais de Petróleo (TPH). A grande quantidade de amostras permitiu a realização de uma avaliação geoestatística para determinação dos teores naturais do terreno e das concentrações oriundas de contaminações. Os solos presentes no entorno da bacia de aeração e da área de descarte de borras e caliças apresentaram as maiores concentrações de metais e, mesmo que inexpressivas, de TPH. A avaliação da qualidade das águas subterrâneas do aqüífero semiconfinado foi realizada através da instalação de 10 poços de monitoramento com profundidades da ordem de 20 metros e coleta de amostras para análises químicas. Também foram coletadas amostras do aqüífero freático em 9 poços de monitoramento rasos com profundidades da ordem de 5 metros, já existentes na ocasião. Os resultados obtidos para as águas do aqüífero semi-confinado retratam uma boa situação ambiental deste, com teores de metais inexistentes na grande maioria dos poços e concentrações abaixo dos limites de intervenção apenas em alguns. Hidrocarbonetos de petróleo (TPH) foram registrados em apenas um poço, em quantidade inexpressiva. Os poços rasos revelam um cenário menos favorável no aqüífero freático, apontando contaminação pouco significativa por hidrocarbonetos de petróleo em apenas 4 locais.

Modelagem dos processos envolvidos nos sistemas de secagem e armazenamento de grãos

A produção de soja é uma das principais atividades econômicas na Região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. As perdas de produto em condições de comercialização ocasionadas nas atividades de secagem e armazenamento são significativas, justificando a pesquisa e aprimoramento destes processos. Nesta tese foram pesquisados dois problemas: 1. Modelamento matemático dos processos de secagem, utilizando parâmetros conhecidos de soja e 2. Modelamento matemático do problema de aeração para o cálculo da distribuição da pressão e da velocidade do ar na massa de grãos em unidades de armazenamento de soja. No problema de secagem foi desenvolvido um sistema composto de quatro equações diferenciais parciais hiperbólicas acopladas não-lineares, que descreve o comportamento da temperatura e do teor de umidade do ar e dos grãos em função do tempo. Para resolver o sistema foram utilizados os métodos das diferenças finitas (p. ex., métodos de MacCormack e Crank- Nicolson.) e o método dos volumes finitos. A análise dos resultados permitiu recomendar o método mais adequado para cada tipo do problema. Para determinação da intensidade do fluxo de massa e de calor foram utilizados os dados experimentais de camada fina obtidos da literatura e complementados com dados experimentais desta tese. Foi desenvolvido um equipamento para obtenção das curvas de secagem de grãos em secador de leito fixo, a fim de identificar o modelo para secagem em camada espessa. A comparação entre os resultados experimentais e das simulações numéricas mostrou que o modelo descreve razoavelmente a dinâmica de secagem No problema de aeração foi desenvolvido um modelo matemático que descreve o escoamento do ar em sistemas de armazenamento de grãos, baseado em relações experimentais entre velocidade e gradiente de pressão. Para resolver o problema de aeração foi utilizado o método dos elementos finitos e desenvolvido um programa computacional. Um teste realizado com o programa mostrou que os resultados da solução numérica convergem para uma solução analítica conhecida. As simulações realizadas mostraram que o programa computacional pode ser usado como instrumento auxiliar para o projeto de silos, possibilitando o cálculo e a visualização gráfica da distribuição das pressões e das linhas de corrente em diferentes seções do armazém.

Sobrevivência de microorganismos mesófilos e perfil físico-químico em estação de tratamento de dejetos suínos.

As variáveis físicas, químicas e microbiológicas de um sistema de lagoas interligadas para o tratamento de dejetos suínos foram avaliadas. O sistema, composto por sete lagoas em séries (duas anaeróbias, uma facultativa, uma com aeração mecânica e três aeróbias), está localizado no sul do Brasil e recebe dejetos de cerca de 4.000 matrizes e 30.000 suínos em crescimento e terminação. Foram realizadas 20 coletas quinzenais, em sete pontos ao longo do sistema de tratamento. Verificou-se a existência de diferença significativa (p<0,05) na quantidade de fosfato (PO4), nitrato (NO3), fósforo total (PT), sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) entre os pontos iniciais do sistema, os quais são anteriores ao tratamento propriamente dito, e as demais fases do processo. A maior redução dos parâmetros analisados ocorreu após as lagoas anaeróbias, havendo uma contínua diminuição dos mesmos no decorrer do processo (p<0,05). As reduções observadas foram de 97,5% para Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), 97,2% para Demanda Bioquímica de Oxigênio (DQO), 74,8% PO4, 91,2% NO3, 70% PT, 77,4% ST, 86,7% SV, 99% de Coliformes Totais (CT) e 99% de Coliformes Fecais (CF) comparando-se os valores médios no início e no final do sistema. O sistema demostrou, ainda, ser eficaz no controle de Salmonella sp. Das 20 coletas realizadas, foi possível isolar Salmonella sp. em 13 coletas no ponto correspondente ao início do sistema de tratamento e em apenas uma no ponto final do mesmo. Ao lado disto, verificou-se modificação da microbiota mesófila aeróbia ao longo do sistema onde, no afluente predominaram microorganismos Gram negativos com características de enterobactérias e no efluente, cocos Gram positivos catalase negativos. Entretanto, não houve redução significativa no número de unidades formadoras de colônias de mesófilos aeróbios ao longo do sistema. Das 161 amostras de Salmonella Typhimurium e 186 amostras de Escherichia coli isoladas, determinou-se o perfil de resistência pelo método de difusão em ágar, usando 14 antimicrobianos. Observou-se resistência contra sulfonamida (99,5% e 100%), tetraciclina (97,3% e 99,4%), ampicilina (96,8% e 76,4%), estreptomicina (96,2% e 90,1%), sulfa/trimetoprima (95,2% e 84,5%), ácido nalidíxico (82,8% e 77,6%), cloranfenicol (70,4% e 29,2%), cefaclor (71,5% e 25,5%), neomicina (38,2% e 5%), gentamicina (37,1% e 6,2%), tobramicina (35,5% e 13,7%), ciprofloxacina (30,1% e 0%), amoxacilina/ácido clavulânico (11,8% e 5%) e amicacina (9,1% e 3,7%) para E. coli e Salmonella respectivamente, sendo que todas as amostras de Salmonella foram sensíveis à ciprofloxacina. A resistência a quatro ou mais antimicrobianos foi observada em 99,5% das amostras de E. coli e 94,5% das amostras de Salmonella. O padrão de multiresistência foi mantido ao longo do sistema, apesar de verificar-se uma tendência à menor resistência nas amostras de E. coli isoladas após a passagem pelas lagoas aeróbias. As amostras, tanto da afluente como do efluente do sistema, apresentaram grande variabilidade nos perfis de resistência.

Características do escoamento sobre vertedouros em degraus de declividade 1V:1H

Este estudo visa a caracterização dos escoamentos deslizantes sobre turbilhões em vertedouros em degraus com declividade de 45° (1V:1H) através da análise experimental em modelos físicos. Foram avaliadas quatro estruturas, sendo uma com calha lisa, utilizada como estrutura de controle, e três com calhas em degraus de alturas constantes iguais a 3 cm, 6 cm e 9 cm. As medições dos níveis médios da água, das velocidades médias na região não aerada do escoamento, das pressões médias nos degraus e a visualização da aeração do escoamento permitiram o estabelecimento de parâmetros qualitativos e quantitativos do escoamento. Assim, foram determinados: (1) os perfis de velocidade média ao longo da calha, (2) o fator de resistência proporcionado pelos degraus, (3) a posição média de início de aeração, (4) a dissipação de energia devida à rugosidade da calha e (5) o comportamento das pressões médias na face e no espelho dos degraus. Tendo em vista a escassa bibliografia relativa à declividade de 45°, buscou-se a comparação com os dados de diferentes declividades procurando estabelecer critérios mais abrangentes.

Características do escoamento sobre vertedouros em degraus de declividade 1V:0,75H

Este trabalho engloba a análise experimental em laboratório de vertedouros com calha em degraus de declividade 1 Vertical : 0,75 Horizontal (53,13°). Foram utilizados quatro modelos de estruturas vertedouras, três com calhas em degraus (com três diferentes alturas de degraus, 3 cm, 6 cm e 9 cm) e uma com calha lisa, utilizada como estrutura de controle. Ao longo das calhas dos vertedouros foram realizadas medições de níveis, pressões, velocidades e visualização do início da aeração. Através destes ensaios foi possível determinar a posição de início da aeração do escoamento, os perfis de velocidades ao longo da calha, o fator de resistência resultante dos degraus, a dissipação de energia em relação à energia a montante e em relação a um vertedouro de calha lisa e o comportamento das pressões médias. Constatou-se que o aumento do tamanho dos degraus na calha conduz o início da aeração para posições mais próximas da crista do vertedouro. Observou-se que a dissipação de energia é tanto mais significativa quanto menor a vazão específica e maior as dimensões dos degraus, sendo fortemente influenciada pela aeração ou não do escoamento. Analisando os resultados do presente estudo em conjunto com dados da bibliografia existente foi possível a proposição de metodologias para a avaliação da posição do início da aeração do escoamento, da profundidade deste neste ponto e para a determinação do fator de resistência criado pelos degraus.

Otimização de reator sequencial em batelada para remoção biológica de carbono e nitrogênio com controle difuso

Este trabalho apresenta a estruturação de um controle difuso, para a automação de reatores seqüenciais em batelada (RSB), no processo de remoção biológica de matéria orgânica e nitrogênio em águas residuárias domésticas, utilizando parâmetros inferenciais, pH, ORP e OD, em que as variáveis controladas foram as durações da reação aeróbia e anóxica. O experimento, em escala de bancada, foi composto por dois reatores seqüenciais em batelada, com volume útil de 10 L, no qual 6 L foram alimentados com esgoto sintético, com características de águas residuárias domésticas. O sistema de automação foi composto pela aquisição dos parâmetros eletroquímicos (pH, ORP e OD), pelos dispositivos atuadores (motor-bomba, aerador e misturador) e pelo controle predeterminado ou difuso. O programa computacional CONRSB foi implementado de forma a integrar o sistema de automação. O controle difuso, implementado, foi constituído pelos procedimentos de: normalização, nebulização, inferência, desnebulização e desnormalização. As variáveis de entrada para o controlador difuso, durante o período: aeróbio foram dpH/dt, dpH/d(t-1) e o pH ; anóxico foram dORP/dt, dORP/d(t-1) e o OD. As normalizações das variáveis crisps estiveram no universo de [0,1], utilizando os valores extremos do ciclo 1 ao 70. Nas nebulizações foram aplicadas as funções triangulares, as quais representaram, satisfatoriamente, as indeterminações dos parâmetros. A inferência nebulosa foi por meio da base heurística (regras), com amparo do especialista, em que a implicação de Mamdani foi aplicada Nessas implicações foram utilizadas dezoito expressões simbólicas para cada período, aeróbio e anóxico. O método de desnebulização foi pelo centro de áreas, que se mostrou eficaz em termos de tempo de processamento. Para a sintonia do controlador difuso empregou-se o programa computacional MATLAB, juntamente com as rotinas Fuzzy logic toolbox e o Simulink. O intervalo entre as atuações do controlador difuso, ficou estabelecido em 5,0 minutos, sendo obtido por meio de tentativas. A operação do RSB 1, durante os 85 ciclos, apresentou a relação média DBO/NTK de 4,67 mg DBO/mg N, sendo classificado como processo combinado de oxidação de carbono e nitrificação. A relação média alimento/microrganismo foi de 0,11 kg DBO/kg sólido suspenso volátil no licor misto.dia, enquadrando nos sistemas com aeração prolongada, em que a idade do lodo correspondeu aos 29 dias. O índice volumétrico do lodo médio foi de 117,5 mL/g, indicando uma sedimentação com características médias. As eficiências médias no processo de remoção de carbono e nitrogênio foram de 90,8% (como DQO) e 49,8%, respectivamente. As taxas específicas médias diárias, no processo de nitrificação e desnitrificação, foram de 24,2g N/kg SSVLM.dia e 15,5 g N/kg SSVLM.dia, respectivamente. O monitoramento, em tempo real, do pH, ORP e OD, mostrou ter um grande potencial no controle dos processos biológicos, em que o pH foi mais representativo no período aeróbio, sendo o ORP e o OD mais representativos no período anóxico. A operação do RSB com o controlador difuso, apresentou do ciclo 71 ao 85, as eficiências médias no processo de remoção de carbono e nitrogênio de 96,4% (como DQO) e 76,4%, respectivamente. A duração média do período aeróbio foi de 162,1 minutos, que tomando como referência o período máximo de 200,0 minutos, reduziu em 19,0% esses períodos. A duração média do período anóxico foi de 164,4 minutos, que tomando como referência o período máximo de 290,0 minutos, apresentou uma redução de 43,3%, mostrando a atuação robusta do controlador difuso. O estudo do perfil temporal, no ciclo 85, mostrou a atuação efetiva do controlador difuso, associada aos pontos de controle nos processos biológicos do RSB. Nesse ciclo, as taxas máximas específicas de nitrificação e desnitrificação observadas, foram de 32,7 g NO3 --N/kg sólido suspenso volátil no licor misto.dia e 43,2g NO3 --N/kg sólido suspenso volátil no licor misto.dia, respectivamente.

A eficiência desinfetante do hipoclorito de sódio em efluentes de pequenas comunidades

Esse trabalho apresenta os resultados obtidos através de ensaios realizados com diferentes tipos de efluentes tratados de diferentes formas de tratamento de esgotos. Foi selecionado um tipo de desinfetante, o Hipoclorito de Sódio para testar sua capacidade como agente desinfetante desses esgotos tratados e avaliar a sanidade das águas após sua aplicação. Foram avaliados quatro diferentes tipos de sistemas de tratamento de esgotos: lodos ativados de aeração extendida, lagoas de estabilização, reator anaeróbio de manto de lodos de fluxo ascendente e reator seqüencial em batelada. O experimento foi dividido basicamente em duas etapas; na primeira foram realizados testes de batelada em laboratório, tentado verificar os resultados quando os esgotos são submetidos à desinfecção na forma estática. A segunda etapa, constituiu-se no teste de desinfecção utilizando uma estação piloto tentando dessa forma simular a desinfecção quando o material é submetido a um regime hidrodinâmico. Foi mensurada a eficiência do desinfetante através do teste de coliformes fecais e totais nos diferentes tipos de esgotos e em variados tipos de dosagens. Simultaneamente verificou-se a formação de Trihalometanos, subproduto da Hipocloração. Eficiências de inativação de 99,99% foram obtidas em tempos de detenção e doses típicas de sistemas de tratamento em escala real. Nos tempos de detenção e dosagens adotadas não houve formação considerável de Trihalometanos.

Estudo da estabilidade do plasmídeo e da expressão de jaburetox-2Ec em Escherichia coli BL 21 utilizando lactose como indutor

A seqüência de nucleotídeos codificante do peptídeo derivado da hidrólise da canatoxina (jaburetox-2Ec), foi clonada e expressa nos sistema pET101/E. coli BL 21. Neste trabalho, estudamos a estabilidade dos plasmídeos da série pET contendo a seqüência codificante do jaburetox-2Ec no sistema de expressão E. coli BL 21 (Mulinari, 2004), e as condições para aumentar produção do peptídeo recombinante, avaliando a velocidade de transferência de oxigênio, o controle do pH, e a utilização da lactose como indutor em substituição ao IPTG. O cultivo da bactéria recombinante em incubadora orbital contendo 10 g/l de lactose como indutor produziu 1,26 μg de jaburetox-2Ec/mg de proteína total após oito horas de cultivo. A estabilidade do plasmídeo e a expressão do peptídeo recombinante foram estudadas em biorreatores. A expressão do jaburetox-2Ec foi fortemente afetada pelo pH da cultura, com a diminuição de mais de 50 % da concentração desse peptídeo quando ocorre acidificação do meio de cultura. Da mesma forma, o aumento da aeração e agitação tem efeito negativo sobre a produção do peptídeo, diminuindo em sete vezes a produção do jaburetox-2Ec Apesar do aumento da biomassa devido ao cultivo da E. coli recombinante em meio mínimo, contendo como fonte de carbono a glicose, isto não representou aumento da concentração do peptídeo recombinante. Contudo, sob a melhor condição de cultivo em biorreator estudada (pH controlado e menor transferência de oxigênio), obteve-se uma produção de 7,14 μg de jaburetox-2Ec/mg de proteína total, representando em torno de 2 % da proteína total da célula. Em todas as bateladas, após atingir a máxima expressão do peptídeo, essa concentração diminui provavelmente devido à atividade das proteases da célula causando a degradação do peptídeo recombinante. A carga metabólica imposta à célula devido à expressão do jaburetox-2Ec, é uma das possíveis causas da instabilidade do plasmídeo observada em todas as bateladas.

Estudos de atividade proteolítica de Bacillus cereus em biorreator

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar a produção de enzimas proteolíticas por Bacillus cereus. As fermentações foram conduzidas em Biorreator Biodesign, com aeração de 1vvm, temperatura de 37°C e agitação de 400 r.p.m. como parâmetros fixos. Dois meios diferentes foram utilizados, Meio Referência (MR) e Meio de Proteína de Soja PS60® (MPS1), em experimentos realizados com 24 horas. Para avaliação da produção de complexos enzimáticos, retirou-se amostras a intervalos de 3 horas para análise de valores de pH, densidade ótica e massa seca. A atividade proteolítica, concentração de proteína solúvel e açúcares redutores, contagem de células viáveis totais e esporos também foram investigadas. Os resultados demonstraram que ambos os meios propiciaram condições para o ótimo desenvolvimento do B. cereus. Os resultados também indicam que, embora os dois meios tenham apresentado um crescimento celular semelhante, o meio composto por proteína de soja propiciou a obtenção de um extrato bruto com atividade proteolítica mais elevada. Nas condições de fermentação empregadas, o meio MPS1 apresentou em 15 horas uma atividade enzimática de 18,7UmL-1.h-1.enquanto que o meio MR apresentou uma atividade proteolítica de 11,8 UmL-1.h-1.

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.