Ecossistema Engenheirado no tratamento descentralizado de águas residuárias de pequenos geradores: A Engenharia Ecológica na Ilha Grande, RJ.

Em várias regiões do mundo, assim como no Brasil, um alto percentual da população e até comunidades inteiras não têm acesso a um sistema de tratamento de esgoto centralizado, sendo comum o uso das fossas sépticas e/ou sumidouros e, em muitos casos, os esgotos são lançados in natura diretamente nos corpos hídricos. Com o objetivo de oferecer uma alternativa tecnológica de baixo custo de implantação e operação com vistas à minimização dos impactos ambientais e em atendimento a pequenas comunidades isoladas e de interesse social, o presente projeto desenvolveu com base em sistemas apresentados na literatura, um ecossistema engenheirado compacto para o tratamento de esgoto domiciliar de pequenos geradores. O sistema é composto por tratamento preliminar (caixa controladora de vazão e caixa de gordura), primário (fossa séptica), secundário (filtro aerado submerso e decantador secundário) e um conjunto de tanques vegetados por macrófitas aquáticas (Eichhornia crassipes, Schoenoplectus sp., Panicum cf. racemosum) intercalados por um tanque de algas para remoção da carga poluidora remanescente e nutrientes. O sistema foi instalado no CEADS/UERJ na Vila de Dois Rios, Ilha Grande, litoral Sul do Rio de Janeiro, operado e monitorado desde Abril de 2009, sendo que o presente estudo referese aos primeiros 200 dias de monitoramento. A remoção da carga poluidora foi monitorada na vazão de 200 L/h, posteriormente corrigida para 52 L/h, almejando alcançar os padrões de lançamento da Resolução CONAMA 357 e a NBR 13969 da ABNT, para os parâmetros de OD, pH, Temperatura, Nitrato, N amoniacal, DBO5, DQO, SSD, Cloreto e, Óleos e Graxas e outros parâmetros não incluídos na Resolução (Cond. Elétrica, COT, Alcalinidade, Dureza, Nitrito, Fósforo total e demais Sólidos (ST, SST, SSV, SSF e SDT ). Os resultados obtidos indicam que o sistema foi mais eficiente quando operado na vazão de 52 L/h, quando apresentou as seguintes taxas de remoção: 96 % (Nitrito); 71 % (Nitrato); 47 % (N amoniacal); 96,7 % (DQO); 95,7 % (DBO5); 10 % (Fósforo total). O sistema apresentou uma evolução ao longo do tempo de operação e após a redução na vazão, garantiu o enquadramento de 12 dos 14 parâmetros analisados (exceto N amoniacal e Fósforo total), nos padrões de lançamento contemplados pela Legislação Federal, CONAMA 357 e Legislação Estadual do RJ, SP, MG e GO. Para aumento da eficiência de tratamento, recomenda-se redimensionamento do filtro aerado submerso-decantador e tanques vegetados, com base nas recomendações do PROSAB 2.

Consumo alimentar e pressão arterial de adolescentes de escolas públicas do município de Duque de Caxias - RJ: ensaio comunitário randomizado.

Esta tese é composta por dois artigos que buscaram avaliar a relação entre pressão arterial e consumo alimentar em adolescentes, no ensaio comunitário randomizado denominado PAPPAS (Pais, Alunos e Professores Pela Alimentação Saudável), conduzido com alunos do 5 ano de vinte escolas públicas do município de Duque de Caxias, Rio de Janeiro. Este ensaio teve como objetivo principal reduzir o ganho de peso excessivo dos adolescentes, por meio de intervenções que estimularam o consumo de frutas e feijão e desencorajaram o consumo de bebidas adoçadas e biscoitos. A pesquisa foi conduzida durante o ano letivo de 2010. A coleta de dados de consumo alimentar e medidas antropométricas ocorreu em três fases: (1) início do ano letivo, (2) metade do ano letivo e (3) fim do ano letivo. A pressão arterial foi mensurada nas fases 2 e 3. Nove sessões de educação nutricional foram realizadas. Pais/responsáveis e professores receberam informação e material de divulgação sobre os mesmos temas abordados em sala de aula. As análises estatísticas consideraram os dados faltantes e o efeito de conglomerado. No primeiro artigo é apresentado o efeito da intervenção na pressão arterial dos adolescentes. Os hábitos alimentares dos adolescentes são inadequados e redução do consumo de biscoitos e refrigerantes, bem como aumento do consumo de frutas, podem contribuir para redução da pressão arterial. Os achados nessa população de adolescentes com baixa prevalência de pressão arterial elevada sugerem que a qualidade da dieta pode contribuir para redução da pressão arterial, independente de possíveis modificações no IMC. Os resultados reforçam a importância da promoção de hábitos alimentares saudáveis para prevenir doenças cardiovasculares na vida adulta. No segundo artigo, em análise transversal, verificou-se a associação entre pressão arterial e consumo de refrigerante. O consumo de refrigerantes é comum entre adolescentes. Consumidores de refrigerante diet/light, seguido por consumidores de refrigerantes adoçados com açúcar, apresentaram pressão arterial mais alta indicando que a redução do consumo de refrigerantes é importante, bem como a prevenção da substituição de bebidas adoçadas com açúcar por bebidas diet/light. Os resultados sugerem que escolhas alimentares inadequadas podem estar associadas ao aumento da pressão arterial.

Síntese de ésteres derivados do ácido oléico empregando lipases produzidas por Yarrowia lipolytica

Biodiesel é um biocombustível que consiste na mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. O processo usual de produção deste combustível é a transesterificação de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Nesse processo, a matéria prima deve conter baixo conteúdo de ácido graxos livres ( ≤ 1%) e água (≤ 0,5%). Como alternativa ao processo de transesterificação, destaca-se o emprego de matérias-primas de baixo custo, com elevado teor de ácidos graxos livres, para a síntese de ésteres alquílicos através de reações de esterificação. As reações de produção do biodiesel podem ser catalisadas por via química (ácida e básica) ou enzimática. Na catálise enzimática, os biocatalisadores empregados são as lipases, que catalisam a hidrólise e síntese de ésteres e podem ser obtidas a partir de microrganismos, plantas ou tecido animal, sendo as de origem microbiana as mais utilizadas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial da lipase de Yarrowia lipolytica, uma levedura não convencional, na síntese de ésteres do ácido oleico visando à obtenção de ésteres alquílicos (biodiesel). Foram estudados os efeitos da temperatura (25, 30, 35, 40, 50 e 60oC), do teor enzimático (5, 10, 20, 30 e 40% v/v) e do tipo de álcool (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol ) nas reações de esterificação do ácido oleico empregando o extrato enzimático líquido produzido por Yarrowia lipolytica. Os resultados obtidos mostraram que as reações conduzidas a 30oC e com 10% v/v do extrato enzimático apresentaram maior taxa inicial de reação. Também foi avaliada a utilização do extrato enzimático liofilizado (5% m/v) e do PES (produto enzimático sólido) (5% m/v) de Yarrowia lipolytica na reação de esterificação do ácido oleico com n-butanol a 30oC. O maior consumo de ácido oleico ocorreu na reação conduzida com o PES. O efeito da temperatura (25, 30, 35, 40 e 50oC) na síntese de oleato de butila foi, então, investigado nas reações empregando PES como biocatalisador e a maior conversão de ácido oleico foi verificada na temperatura de 40oC

Avaliação de biocidas no controle da corrosão microbiologicamente induzida do aço carbono 1020 por bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) são os principais micro-organismos envolvidos na corrosão microbiologicamente induzida (CMI). Estas bactérias reduzem o sulfato, tendo como resultado a produção de H2S, o que pode influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais metálicos em ambientes marinhos, óleos e solos úmidos. Uma das formas de prevenir e controlar esse tipo de corrosão é a adição de biocidas ao meio corrosivo. Esta dissertação tem como objetivo avaliar o uso de biocidas no controle da CMI do aço AISI 1020 por BRS. Para isto, o comportamento da CMI no aço foi avaliado em água do mar sintética, em condições de anaerobiose, na ausência e na presença de uma cultura mista contendo BRS. Um biocida natural (óleo de alho) e outro comercial (glutaraldeído) foram utilizados para controlar a corrosão causada por estas bactérias. Duas formas de adição de biocida foram avaliadas: antes da formação do biofilme e após sua formação na superfície do metal. O crescimento microbiano na superfície do aço foi avaliado através da quantificação das BRS sésseis, pelo método do número mais provável (NMP). O comportamento eletroquímico do aço, na ausência e na presença de BRS e também para os ensaios com biocidas, foi estudado através das técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica, sempre usando água do mar sintética como meio eletrolítico. A formação de biofilme e de produtos de corrosão na superfície do aço foi observada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o aço exposto ao meio contendo BRS apresentou um processo corrosivo mais acelerado, quando comparado aos sistemas na ausência de micro-organismo. Esse processo foi evidenciado por um decréscimo na magnitude do arco capacitivo, nos ensaios de EIE, e um aumento da densidade de corrente de corrosão (Icorr), nos ensaios de polarização. Na análise de MEV, foi possível observar a formação de corrosão localizada após a remoção do biofilme da superfície. Os ensaios com biocidas, adicionados antes da formação de biofilmes, mostraram uma redução no número de bactérias sésseis, quando comparados com os ensaios sem biocida realizados pelo mesmo período de tempo (7 dias). Foi verificado também um decréscimo do processo corrosivo do aço, evidenciado através de aumento nos arcos capacitivos, nos ensaios de EIE e pelos menores valores de Icorr nos ensaios de polarização, quando comparados com o biofilme formado sem biocidas, nas mesmas condições. Apesar de não ter inibido completamente o crescimento das BRS sésseis, o óleo de alho apresentou maior redução no processo corrosivo quando comparado ao glutaraldeído, indicando sua possível aplicação como biocida natural nestas condições. Os ensaios realizados com biocidas adicionados após a formação do biofilme mostraram que o glutaraldeído apresentou alta eficácia em reduzir o número de células sésseis. Já o óleo de alho exibiu uma ação menos efetiva, sugerindo que este composto não conseguiu penetrar completamente a matriz do biofilme. Entretanto, ambos causaram aceleração do processo corrosivo do aço no meio estudado após 7 dias de exposição

Efeitos da exposição combinada de cafeína e etanol durante o desenvolvimento na atividade locomotora de camundongos adolescentes

O Transtorno do Déficit de Atenção e Hiperatividade (TDAH) é uma desordem neurocomportamental caracterizada por graus variados de desatenção, atividade motora excessiva e impulsividade. Sua etiologia não é completamente conhecida, porém, um grande número de evidências sugere que, além de fatores de risco genéticos, a exposição gestacional ao etanol e a altas doses de cafeína contribuem para a manifestação deste transtorno. O etanol, presente na composição de bebidas alcoólicas, e a cafeína, presente na composição de diversas bebidas (refrigerantes, chás, café, e energéticos), alimentos derivados do cacau e medicamentos estão entre as substâncias neuroativas mais consumidas no mundo. Apesar das evidências epidemiológicas do uso combinado de cafeína e etanol por gestantes, as interações entre estas substâncias têm recebido pouca atenção em estudos experimentais. Este fato é particularmente importante visto que alguns estudos apontam que cafeína é capaz de ampliar alguns aspectos importantes da ação de outras substâncias com potencial neurotóxico. Nesse estudo avaliamos os efeitos da co-exposição à cafeína e ao etanol durante o desenvolvimento na atividade locomotora em camundongos adolescentes. Para tanto, camundongos Suíços foram expostos do primeiro dia gestacional até o vigésimo primeiro dia pós-natal (PN21), a solução de cafeína 0,1g/L (Grupo CAF1, 10 ninhadas), a solução de cafeína 0,3g/L (Grupo CAF3, 10 ninhadas) ou tiveram acesso à água potável (Grupo CAF0, 10 ninhadas). Em dias alternados de PN2 a PN8, os animais de cada ninhada receberam uma injeção intraperitoneal de 0,25 l/g de etanol (grupo ETOH25), 0,5 l/g de etanol (grupo ETOH50) ou de solução salina (grupo ETOH0). Em PN30, a atividade locomotora foi avaliada por 15 minutos no teste de Campo Aberto. A análise dos níveis de etanol sérico, realizada em uma amostra independente de animais em PN8, indicou que, para as duas doses de etanol, a alcoolemia dos animais do grupo CAF3 foi significativamente maior do que as dos grupos CAF0 e CAF1, que não diferiram entre si. No teste de campo aberto, apenas os animais expostos ao etanol apresentaram aumento da atividade locomotora. Tanto o grupo ETOH25 quanto o grupo ETOH50 tiveram a atividade maior que o grupo ETOH0. A exposição à cafeína, por si só, não afetou a atividade locomotora dos animais nem potencializou os efeitos do etanol. No grupo CAF3, a atividade locomotora não foi afetada pela exposição ao etanol. Nossos dados confirmam o papel da exposição precoce ao etanol na manifestação da hiperatividade locomotora. Além disso, a exposição à cafeína durante o desenvolvimento pode exercer um papel protetor para a manifestação da hiperatividade locomotora induzida pela exposição precoce ao etanol.

Avaliação do reúso agrícola de águas oleosas da indústria de petróleo tratadas por eletrofloculação e osmose inversa: efeitos na germinação, no desenvolvimento de plântulas de girassol e em atributos do solo

A presente tese de doutorado teve como objetivo estabelecer parâmetros para avaliar a viabilidade do reúso agrícola de águas oleosas da indústria de petróleo, como as águas de produção (AP) de campos de exploração onshore do semiárido nordestino, na irrigação de culturas de girassol destinadas à produção de biodiesel. A AP foi produzida sinteticamente e tratada utilizando-se as técnicas de eletrofloculação (EF) e de osmose inversa (OI). Foram analisados os efeitos da AP não tratada, tratada por EF e por EF combinada com osmose inversa (EF+OI) na germinação, desenvolvimento e produção de biomassa de plântulas de girassol e também nos atributos de um solo característico do semiárido nordestino. Na melhor condição operacional do tratamento da AP por EF (28,6 A m-2 durante 4 min.) foram obtidas eficiências de remoção de óleos e graxas (O&G), demanda química de oxigênio (DQO), cor e turbidez superiores a 95%. O tratamento EF+OI promoveu a remoção do excesso de salinidade e de ferro oriundo da etapa de EF, enquadrando-se esses parâmetros dentro de níveis de referência recomendados para água de irrigação. Níveis de O&G e DQO superiores, respectivamente, a 337 mg L-1 e 1.321 mg O2 L-1 na AP bruta produziram efeitos tóxicos, reduzindo-se o índice de velocidade de germinação (IVG) e o percentual de plântulas normais do girassol. Por outro lado, os efluentes tratados por EF e EF+OI produziram efeitos similares no percentual de sementes germinadas, no IVG, no percentual de plântulas normais e na produção de biomassa do girassol. O uso da AP tratada por EF, com ou sem diluição, contribuiu significativamente para o aumento da salinidade e dos teores de sódio do solo, diferentemente da tratada por EF+OI, que produziu efeitos similares ao do controle (água destilada)

Optical learning in a smart spatial light modulator

A synaptic plane rendered by an array of smart pixels was described regarding its application as a complementary component for neural network implementation. The smart spatial light modulator featured auto-modification abilities. Thus, an optical system incorporating this device can show self-reliant optical learning. Furthermore, the optical system design, in the area of its optical interconnection scheme, is highly flexible since the independent weight-plane pixels eliminated the difficulty between weight update calculation and weight representation.

High-speed wavelength conversion utilizing birefringence in semiconductor optical amplifiers

This paper describes a novel technique whereby a mixture of cross-phase and cross-gain modulation effects in an SOA causes polarization rotation of a cw probe beam in the presence of a signal pulse, enabling the transmission of the probe through a polarizer to be controlled. The benefits of this approach are: 1) Very high extinction ratios present in the wavelength converted signal (>30 achieved); 2) A non-inverted wavelength converted signal, which is advantageous for chirp-compensation;2 3) A simple and stable experimental set-up, 4) Converted pulses which can be shaped to be faster than the input pulses.

Chirp limitation on high-speed wavelength conversion using semiconductor optical amplifiers

The cross-gain-saturation effect in SOAs, has been shown to enable robust high-speed wavelength conversion. Under strong electrical and optical pumping, conversion speeds in excess of 20 Gbit/s have been illustrated. However, the effect of chirp on transmission distance at such ultrahigh bit rates has not been studied theoretically in detail. This paper considers the chirp introduced on conversion, employing cross-gain saturation, and studies its dependence on amplifier drive current and signal power. It further shows how an increase in injected cw optical power can reduce chirp while improving conversion speed.

Gain-switched dynamics of tapered waveguide bow-tie lasers

The use of tapered waveguide lasers and amplifiers for enhanced picosecond pulse generation has led to order-of-magnitude peak power and pulse energy improvements. Monolithic pulse generation schemes have so far relied on a double-tapered bow-tie structure. The modeling of tapered lasers has so far been limited to steady-state operation or has lacked experimental comparison. This paper considers both experimentally and theoretically the gain-switched performance of bow-tie lasers of various taper angles. The role of transverse-mode spatial hole burning in tapered waveguide lasers is thereby investigated.

Ultrafast all-optical wavelength conversion using an integrated amplifier/DFB laser

Wavelength conversion in the 1550 nm regime was achieved in an integrated semiconductor optical amplifier (SOA)/DFB laser by modulating the output power of the laser with a light beam of a different wavelength externally injected into the SOA section. A 12 dB output extinction ratio was obtained for an average coupled input power of 75 μW with the laser section driven at 65 mA and the amplifier section at 180 mA. The response time achieved was as low as 13 ps with the laser biased at 175 mA even with low extinction ratios. The laser exhibits a similar recovery time allowing potentially very high bit-rate operation.

Post-processing of vertical-cavity surface-emitting lasers for transverse mode and polarization control

The operation on how high quality single-mode operation can be readily attained on etching circles in multimode devices is discussed. Arrays of such spots can also be envisaged. Control of the polarization state is also achieved by use of deep line etches. The output filaments and beam shapes of the conventional multimode vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) is shown to be engineered in terms of their positions, widths, and polarizations by use of focused ion beam etching (FIBE). Several GaAs quantum well top-emitting devices with cavity diameters of 10 μm and 18 μm were investigated.

Three band-gap QW intermixing in InP/InGaAs/InGaAsP system for monolithically integrated optical switch

Quantum well intermixing is a key technique for photonic integration. The intermixing of InP/InGaAs/InGaAsP material involving the deposition of a layer of sputtered SiO2 on the semiconductor surface, followed by thermal annealing has allowed good control of the intermixing process and has been used to fabricate extended cavity lasers. This will be used for optimization of the performance of optical switches consisting of passive components, modulators and amplifiers.

High bandwidth optical links over multimode fibre

A Fabry-Perot laser source operating at 1300 nm was modulated at 2.5 Gb/s with a 27-1 pseudo-random bit sequence. Three techniques were examined for increasing the bandwidth of optical links using multimode fiber (MMF). With an offset launch of 14 μm, the eye remained open after the 2 km link of 50 μm core MMF containing seven connectors and three splices. An approximate four-fold bandwidth improvement was obtained using the offset launch with a bandwidth-length product of 7.5 Gb/s.km and a bit error rate below 10-10. The bandwidth enhancement was stable against environmental influences on the fiber link, such as mechanical agitation. Detailed simulations demonstrated that the technique allows enhanced operating bandwidths in over 99% of existing link.