A review on the role of duckweed in nutrient reclamation and as a source of animal feed

The family of lemnacae colloquially known as duckweed contains the world's smallest species of flowering plants (macrophytes). Aquatic and free-floating, their most striking qualities are a capacity for explosive reproduction and an almost complete lack of fibrous material. They are widely used for reducing chemical loading in facultative sewage lagoons, but their greatest potential lies in their ability to produce large quantities of protein rich biomass, suitable for feeding to a wide range of animals, including fish, poultry and cattle. Despite these qualities there are numerous impediments to these plants being incorporated into western farming systems. Large genetically determined variations in growth in response to nutrients and climate, apparent anti-nutritional factors, concerns about sequestration of heavy metals and possible transference of pathogens raise questions about the safety and usefulness of these plants. A clear understanding of how to address and overcome these impediments needs to be developed before duckweed is widely accepted for nutrient reclamation and as a source of animal feed.

Model-based analysis of anaerobic acetate uptake by a mixed culture of polyphosphate-accumulating and glycogen-accumulating organisms

An increasing number of studies shows that the glycogen-accumulating organisms (GAOs) can survive and may indeed proliferate under the alternating anaerobic/aerobic conditions found in EBPR systems, thus forming a strong competitor of the polyphosphate-accumulating organisms (PAOs). Understanding their behaviors in a mixed PAO and GAO culture under various operational conditions is essential for developing operating strategies that disadvantage the growth of this group of unwanted organisms. A model-based data analysis method is developed in this paper for the study of the anaerobic PAO and GAO activities in a mixed PAO and GAO culture. The method primarily makes use of the hydrogen ion production rate and the carbon dioxide transfer rate resulting from the acetate uptake processes by PAOs and GAOs, measured with a recently developed titration and off-gas analysis (TOGA) sensor. The method is demonstrated using the data from a laboratory-scale sequencing batch reactor (SBR) operated under alternating anaerobic and aerobic conditions. The data analysis using the proposed method strongly indicates a coexistence of PAOs and GAOs in the system, which was independently confirmed by fluorescent in situ hybridization (FISH) measurement. The model-based analysis also allowed the identification of the respective acetate uptake rates by PAOs and GAOs, along with a number of kinetic and stoichiometric parameters involved in the PAO and GAO models. The excellent fit between the model predictions and the experimental data not involved in parameter identification shows that the parameter values found are reliable and accurate. It also demonstrates that the current anaerobic PAO and GAO models are able to accurately characterize the PAO/GAO mixed culture obtained in this study. This is of major importance as no pure culture of either PAOs or GAOs has been reported to date, and hence the current PAO and GAO models were developed for the interpretation of experimental results of mixed cultures. The proposed method is readily applicable for detailed investigations of the competition between PAOs and GAOs in enriched cultures. However, the fermentation of organic substrates carried out by ordinary heterotrophs needs to be accounted for when the method is applied to the study of PAO and GAO competition in full-scale sludges. (C) 2003 Wiley Periodicals, Inc.

Remoção do herbicida 2,4-D por meio do tratamento convencional da água e adsorção em carvão ativado granular em instalação piloto

O crescimento populacional empurra a produção agrícola em direção ao uso intensivo dos agrotóxicos que aumentam a produtividade. Porém, seu uso incorreto pode resultar em grave problema para as estações de tratamento da água e impactar negativamente na saúde pública. Segundo estudos em escala laboratorial, o tratamento convencional, um dos mais utilizados no Brasil, apresenta remoção insignificante do 2,4-D. A adsorção em carvão ativado tem se demonstrado como tecnologia eficiente na remoção de diversos contaminantes, dentre eles os agrotóxicos. Assim, foi avaliada a remoção dos herbicidas 2,4-D e 2,4,5-T e metabólito 2,4-DCP, utilizando o tratamento convencional e a adsorção em coluna de carvão ativado granular em instalação piloto. O carvão ativado granular empregado foi o derivado da casca de coco. A concentração dos herbicidas foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência com detector por arranjo de diodos e extração em fase sólida. A associação do tratamento convencional com a adsorção em carvão ativado granular apresentou elevada remoção do 2,4-D (99%) atingindo concentrações finais abaixo do limite da Portaria MS n° 2914/2011. O tratamento convencional, no entanto, também apresentou remoção do 2,4-D (35 a 59%), sendo o maior percentual obtido na decantação (30 a 52%), indicando que houve interação entre a matéria orgânica natural e o 2,4-D, contribuindo para sua remoção nessa etapa. O 2,4-DCP e 2,4,5-T apresentaram concentrações abaixo do limite de detecção.

Avaliação da adsorção do herbicida 2,4-D em carvão ativado em pó utilizando água com diferentes qualidades

O 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) é um dos herbicidas mais consumidos no Brasil e é preferencialmente usado devido a sua boa seletividade e baixo custo. Possui alta toxidade e baixa biodegradabilidade, oferecendo risco à saúde humana e ao meio ambiente, podendo ser encontrado em solos, águas superficiais e subterrâneas. Estudos mostram que o tratamento convencional da água possui baixa eficácia na remoção de microcontaminantes, com isso várias técnicas têm sido utilizadas na remoção de compostos em água, como a adsorção por carvão ativado. Apresenta-se a adsorção em carvão ativado tem se demonstrado como tecnologia eficiente na remoção de diversos contaminantes, dentre eles os agrotóxicos. Assim, o presente trabalho objetivou avaliar a adsorção do 2,4-D por três carvões ativados em pó (CAP) em água ultrapura e em água bruta do Rio Santa Maria da Vitória. A quantificação do herbicida foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência, após concentração da amostra pelo método de extração em fase sólida. Os ensaios de adsorção foram realizados com carvões ativados derivados da casca de coco (CAP-01), pinus (CAP-02) e palha de café (CAP-03), que foram caracterizados e avaliados na sua capacidade de remoção do 2,4-D nas duas matrizes de água. Dois modelos de isoterma de adsorção, Langmuir e Freundlich, foram aplicados para descrever os dados de adsorção, que indicaram o CAP-02 como o carvão que apresentou a melhor capacidade de adsorção do 2,4-D entre os carvões estudados, tanto em água ultrapura quanto em água bruta. Nos ensaios realizados em água bruta, houve redução da adsorção do 2,4-D para as três amostras de CAP, quando comparado com os ensaios realizados em água ultrapura, indicando interferência de compostos, como a matéria orgânica, no processo de adsorção.

Remoção do herbicida 2,4 diclorofenoxiacético (2,4-D) no tratamento convencional de água e associado à adsorção em carvão ativado em pó (CAP) em escala piloto

O aumento do uso de agrotóxicos no Brasil tem causado muitas preocupações, tanto em relação à questão ambiental quanto a saúde pública. Muitos desses compostos não são eficientemente removidos das águas por tratamento convencional, sendo necessárias alternativas que os removam das águas de abastecimento. Dentre as tecnologias existentes, a adsorção em CAP é considerada uma das mais efetivas e confiáveis, cujas vantagens incluem alta eficiência de remoção e facilidade de operação. O objetivo desta pesquisa é avaliar a remoção, em escala piloto, do agrotóxico 2,4-D e o seu principal metabólito 2,4-DCP em amostras de águas tratadas por adsorção em CAP associado ao tratamento convencional. Os testes foram realizados em instalação piloto na áreada ETA Carapina/CESAN. A água bruta foi a proveniente do rio Santa Maria da Vitória contaminadaatravés da adição de agrotóxico em sua fórmula comercial. Foram realizados quatro ensaios, dois sem adição de CAP e dois com adição de CAP junto à unidade de mistura rápida. Os agrotóxicos foram detectados e quantificados através da cromatografia líquida de alta eficiência, em metodologia validada. As amostras coletadas foram caracterizadas de acordo com os parâmetros: temperatura, turbidez, condutividade elétrica, absorbância em 254 nm, cor real, cor aparente, alcalinidade, carbono orgânico total, além e concentração dos agrotóxicos 2,4-D e ácido 2,4,5-T e do metabólito 2,4-DCP. Os diferentes ensaios foram avaliados em termos da taxa de remoção destes parâmetros. Como resultado no TCVcom adição de CAP o composto de interesse foi removido abaixo de 30 μg. L-1,Valor Máximo Permitido, estabelecido pela Portaria do MS n° 2.914/2011 para dosagem de 100μg.L-1e mostrou-se eficiente, também, na remoção de matéria orgânica. Em nenhum dos testes foi detectado o composto 2,4-DCP e 2,4,5-T.

Biodegradation rate constants in different NF/UF fractions of cork processing wastewaters

Cork processing wastewater is an aqueous complex mixture of organic compounds that have been extracted from cork planks during the boiling process. These compounds, such as polysaccharides and polyphenols, have different biodegradability rates, which depend not only on the natureof the compound but also on the size of the compound. The aim of this study is to determine the biochemical oxygen demands (BOD) and biodegradationrate constants (k) for different cork wastewater fractions with different organic matter characteristics. These wastewater fractions were obtained using membrane separation processes, namely nanofiltration (NF) and ultrafiltration (UF). The nanofiltration and ultrafiltration membranes molecular weight cut-offs (MWCO) ranged from 0.125 to 91 kDa. The results obtained showed that the biodegradation rate constant for the cork processing wastewater was around 0.3 d(-1) and the k values for the permeates varied between 0.27-0.72 d(-1), being the lower values observed for permeates generated by the membranes with higher MWCO and the higher values observed for the permeates generated by the membranes with lower MWCO. These higher k values indicate that the biodegradable organic matter that is permeated by the membranes with tighter MWCO is more readily biodegradated.

Caracterização microbiológica de águas utilizadas em hemodiálise

A insuficiência renal crónica tem como possível tratamento a hemodiálise de alto-fluxo de hemodiafiltração. Este estudo tem por objectivo caracterizar a qualidade de águas de diálise, provenientes de 4 clínicas. Realizou-se um estudo observacional descritivo transversal com base nos resultados das análises de águas de diálise, de 07-2009 a 04-2010. Nas amostras, à entrada do tratamento, verificou-se que 100% destas se encontravam nãoconformes nos parâmetros microbiológicos e 53,85% apresentavam-se não-conformes nos parâmetros químicos. Após tratamento, 6,41% continuavam não-conformes nos parâmetros microbiológicos e todas as amostras apresentaram-se conformes nos parâmetros químicos. Conclui-se que o tratamento tem elevado grau de efectividade.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Avaliação ecotoxicológica de lixiviados de lamas provenientes de estações de tratamento de águas. Capacidade de germinação de sementes de alface (lactuca sativa)

A água superficial para posterior consumo humano, tem de passar por diversas etapas de tratamento, de forma a dar cumprimento aos requisitos da legislação vigente, decreto-Lei n.º 306/2007 de 27 de Agosto. Como resultado do referido tratamento produzem-se resíduos, nomeadamente, as lamas de clarificação de água. De acordo com a estratégia da União Europeia, a deposição em aterro destas lamas apenas deverá ser efectuada em situações excepcionais ou temporárias. A procura de uma solução ambientalmente mais aceitável para o destino final a atribuir a estas lamas de clarificação de água deverá ser, um dos objectivos das empresas abastecedoras de água para consumo humano. Com o intuito de verificar a possibilidade de utilização das lamas produzidas nas Estações de Tratamento de Água (ETA) em solos agrícolas, realizaram-se testes ecotoxicológicos para avaliar a capacidade de germinação de sementes de alface (Lactuca sativa). Foram igualmente realizadas determinações de alguns metais nos lixiviados, por espectrofotometria de absorção atómica com atomização por chama e por Câmara de grafite. O cádmio e o chumbo por imposição da legislação aplicável aos géneros alimentícios, Regulamento (CE) 1881/2006 de 19 de Dezembro e o alumínio e o ferro por estarem presentes nos tratamentos de algumas das águas superficiais em estudo. As lamas estudadas eram provenientes de ETA com captação de água superficial em rios e albufeiras distintos do norte de Portugal, com utilização de tratamentos também diferentes. Os resultados obtidos com os lixiviados das lamas provenientes das ETA com captações dos rios Ferreira, Ferro e Vizela e Tâmega, evidenciaram inibição da germinação para algumas das diluições testadas. No entanto, não se observou qualquer efeito tóxico para as lamas das ETA com captações da albufeira do Alto Rabagão e dos rios Rabaçal, Douro e Paiva. Dos metais alumínio, cádmio, ferro e chumbo determinados nos lixiviados, apenas o alumínio estava acima do limite de detecção. No entanto, não foi possível estabelecer qualquer correlação entre o tratamento aplicado à água superficial nas várias ETA com a concentração do alumínio nem com os resultados dos ensaios ecotoxicológicos. Não obstante, parece haver relação entre a proximidade geográfica do local de captação de água e os resultados dos bioensaios.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Caracterização da matéria orgânica natural em águas para consumo humano

O tratamento de água para consumo humano tem por objectivos não só a sua qualidade em termos de parâmetros químicos e físicos, como também microbiológicos. Considerando que a MON pode afectar os sistemas de tratamento, a sua redução minimiza a formação de subprodutos de desinfecção, como por exemplo os trihalometanos e diminui o crescimento de microrganismos ao longo do sistema de distribuição. Nesse sentido tem havido recentemente uma grande evolução na investigação relativamente à remoção de matéria orgânica natural. O principal objectivo deste trabalho foi o de caracterizar a matéria orgânica presente na água bruta e ao longo do processo de tratamento, assim como a sua evolução sazonal. Os dados obtidos a partir desta caracterização poderão contribuir para uma futura optimização no processo de tratamento de águas de consumo. O processo utilizado baseou-se na sorção da matéria orgânica dissolvida em diferentes tipos de resinas de permuta iónica, DAX-8, DAX-4 e IRA-958, permitindo a sua separação em várias fracções: ácidos muito hidrofóbicos (VHA), ácidos ligeiramente hidrofóbicos (SHA), compostos hidrofílicos carregados (CHA) e hidrofílicos neutros (NEU). De acordo com os resultados obtidos apenas a fracção NEU demonstrou ter uma tendência sazonal, apresentando valores máximos no Verão, nos pontos de amostragem referentes à água bruta superficial (PA802) e água bruta superficial após pré-tratamento por filtração (PA800). Os valores de COD não mostraram uma variação sazonal para as amostras de água bruta superficial que rondaram os 2 mg C/L ao longo do período de amostragem (Julho a Outubro), durante o qual se verificou uma baixa pluviosidade e temperaturas médias muito semelhantes. Os compostos NEU predominam em todos os pontos de amostragem não apresentando uma tendência definida ao longo do tratamento. Observou-se uma diminuição das fracções SHA e CHA ao longo do tratamento. Não se pode indicar uma tendência definida relativamente à fracção VHA. Verifica-se globalmente uma diminuição do teor de MON ao longo do tratamento. Este trabalho demonstrou que na água bruta superficial existe uma predominância dos compostos NEU, seguidos dos SHA, dos VHA e finalmente dos compostos CHA. Na água bruta captada no sub-leito do rio, verifica-se apenas a existência dos compostos NEU, sendo as restantes fracções praticamente nulas. Os valores mais elevados de TSUVA254nm foram obtidos para as amostras que não sofreram qualquer tratamento, água bruta do sub-leito (PA903) e superficial (PA802), e água bruta após pré-filtração (PA800). Nos restantes pontos de amostragem, apesar de se verificarem valores inferiores, não se observa uma diminuição deste parâmetro ao longo do tratamento, nem uma variação sazonal. Os valores de TSUVA254nm obtidos são geralmente inferiores a 3 L.mgC-1.m-1, correspondendo a materiais não húmicos, que são considerados biodegradáveis. Para as amostras de água tratada os valores oscilam entre os 1,23 e 1,58 L.mgC-1.m-1, valores inferiores a 2 L.mgC-1.m-1, o que é considerado um valor de referência ao nível do tratamento, segundo a USEPA.

Modelação do aquecimento de água de uma indústria local por meio de energias renováveis e estudo da sua viabilidade económica

Dissertação de Mestrado, Engenharia e Gestão de Sistemas de Água, 12 de Outubro de 2015, Universidade dos Açores.

Valorização de lamas de tratamento de águas residuais urbanas para utilização agrícola

Trabalho de Dissertação de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Hidráulica

Optimização de recursos numa industria de curtumes

O presente relatório descreve o trabalho de estágio efectuado na empresa Curtumes Aveneda, Lda com o objectivo de optimizar recursos como a água e energia. Foi realizado um diagnóstico energético que permitiu concluir que o consumo de energia na empresa é de 300 tep/ano, pelo que a empresa não é obrigada a adoptar as medidas de Regulamento de Gestão do Consumo de Energia (RGCE). O mesmo diagnóstico aponta para a existência de ineficiências, nomeadamente na tinturaria. Assim, foi projectado um sistema de controlo para adição de água na tinturaria com o intuito de reduzir o consumo de energia e água, e também melhorar a qualidade dos processos de tinturaria, dado que a adição de água é feita manualmente sem controlo de quantidade. Após consulta de fornecedor, o investimento em equipamento para tal sistema é de 10.012,00€ Foi desenvolvido um processo de recurtume compacto no sentido de promover a redução do consumo de água e de energia. Tal processo, quando comparado com um processo normal da empresa, gera uma redução de energia eléctrica no valor de 6.157,05 €/ano, uma redução no consumo de energia térmica da ordem de 904,00 €/ano, e ainda uma redução do consumo de água na ordem de 962 m3/ano correspondente a uma redução de 2.998,76 €/ano no tratamento de efluentes. Outras medidas foram sugeridas, mas sem uma fundamentação técnica e científica suficiente pelo que carecem de um estudo pormenorizado, como a instalação de arrancadores progressivos nos motores dos fulões, a optimização do aquecimento do ar de secagem na estufa com eventual recurso a painéis solares, e a optimização do funcionamento da caldeira dado o seu baixo rendimento.

Beliefs and attitudes about endemic dental fluorosis among adolescents in rural Brazil

OBJECTIVE: To understand beliefs and attitudes about fluorosis among young people living in a rural area. METHODOLOGICAL PROCEDURES: Qualitative study consisting of semi-structured interviews with 23 adolescents with dental fluorosis, 14 teachers and three health authorities in the city of São Francisco, Southeastern Brazil, in 2002. Content analysis and social representation theory were applied. ANALYSIS OF RESULTS: The organoleptic characteristics of carbonates that affect groundwater (salty flavor, whitish coloration, and turbidity) associated with negative aspects of household use of this water are considered a cause of mottled enamel. Even after contact with researchers who investigated this phenomenon and helped find a solution for this condition, the local population is still unwilling to accept fluoride as the cause of the problem and does not fully agree to use water from other sources because they are afraid of the quality of water. CONCLUSIONS: Misperceptions of the causes of dental fluorosis and water treatment costs compromise the implementation of uncontaminated surface water supplies. Health education strategies are required in parallel with solutions for securing water supply in drought-ravaged areas.