950 resultados para Buried pipes
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Globally lakes bury and remineralise significant quantities of terrestrial C, and the associated flux of terrestrial C strongly influences their functioning. Changing deposition chemistry, land use and climate induced impacts on hydrology will affect soil biogeochemistry and terrestrial C export1 and hence lake ecology with potential feedbacks for regional and global C cycling. C and nitrogen stable isotope analysis (SIA) has identified the terrestrial subsidy of freshwater food webs. The approach relies on different 13C fractionation in aquatic and terrestrial primary producers, but also that inorganic C demands of aquatic primary producers are partly met by 13C depleted C from respiration of terrestrial C, and ‘old’ C derived from weathering of catchment geology. SIA thus fails to differentiate between the contributions of old and recently fixed terrestrial C. Natural abundance 14C can be used as an additional biomarker to untangle riverine food webs2 where aquatic and terrestrial δ 13C overlap, but may also be valuable for examining the age and origin of C in the lake. Primary production in lakes is based on dissolved inorganic C (DIC). DIC in alkaline lakes is partially derived from weathering of carbonaceous bedrock, a proportion of which is14C-free. The low 14C activity yields an artificial age offset leading samples to appear hundreds to thousands of years older than their actual age. As such, 14C can be used to identify the proportion of autochthonous C in the food-web. With terrestrial C inputs likely to increase, the origin and utilisation of ‘fossil’ or ‘recent’ allochthonous C in the food-web can also be determined. Stable isotopes and 14C were measured for biota, particulate organic matter (POM), DIC and dissolved organic carbon (DOC) from Lough Erne, Northern Ireland, a humic alkaline lake. Temporal and spatial variation was evident in DIC, DOC and POM C isotopes with implications for the fluctuation in terrestrial export processes. Ramped pyrolysis of lake surface sediment indicates the burial of two C components. 14C activity (507 ± 30 BP) of sediment combusted at 400˚C was consistent with algal values and younger than bulk sediment values (1097 ± 30 BP). The sample was subsequently combusted at 850˚C, yielding 14C values (1471 ± 30 BP) older than the bulk sediment age, suggesting that fossil terrestrial carbon is also buried in the sediment. Stable isotopes in the food web indicate that terrestrial organic C is also utilised by lake organisms. High winter δ 15N values in calanoid zooplankton (δ 15N = 24%¸) relative to phytoplankton and POM (δ 15N = 6h and 12h respectively) may reflect several microbial trophic levels between terrestrial C and calanoids. Furthermore winter calanoid 14C ages are consistent with DOC from an inflowing river (75 ± 24 BP), not phytoplankton (367 ± 70 BP). Summer calanoid δ 13C, δ 15N and 14C (345 ± 80 BP) indicate greater reliance on phytoplankton.
1 Monteith, D.T et al., (2007) Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric deposition chemistry. Nature, 450:537-535
2 Caraco, N., et al.,(2010) Millennial-aged organic carbon subsidies to a modern river food web. Ecology,91: 2385-2393.
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Lake food webs were in the past viewed as being fuelled solely by primary production – i.e. by photosynthetic plants and algae. However this has changed as the exports of terrestrial areas into lakes have been taken into account. Previously, terrestrial carbon in lakes was thought to have been buried in sediments or exported to the atmosphere, however recent studies have indicated that terrestrial carbon can supplement primary production in some lakes, or in others be the dominant source of production for the lake food web. In this study radiocarbon has been used in conjunction with stable carbon and nitrogen isotopes to show the utilisation of terrestrial carbon in the food web. The fate of terrestrial carbon in the lake will be discussed as well as the possible mechanisms for the transfer of terrestrial carbon for utilisation in the lake.
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Natural gas (NG) network and electric network are becoming tightly integrated by microturbines in the microgrid. Interactions between these two networks are not well captured by the traditional microturbine (MT) models. To address this issue, two improved models for single-shaft MT and split-shaft MT are proposed in this paper. In addition, dynamic models of the hybrid natural gas and electricity system (HGES) are developed for the analysis of their interactions. Dynamic behaviors of natural gas in pipes are described by partial differential equations (PDEs), while the electric network is described by differential algebraic equations (DAEs). So the overall network is a typical two-time scale dynamic system. Numerical studies indicate that the two-time scale algorithm is faster and can capture the interactions between the two networks. The results also show the HGES with a single-shaft MT is a weakly coupled system in which disturbances in the two networks mainly influence the dc link voltage of the MT, while the split-shaft MT is a strongly coupled system where the impact of an event will affect both networks.
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Inland waters are of global biogeochemical importance receiving carbon inputs of ~ 4.8 Pg C y-1. Of this 12 % is buried, 18 % transported to the oceans, and 70 % supports aquatic secondary production. However, the mechanisms that determine the fate of organic matter (OM) in these systems are poorly defined. One important aspect is the formation of organo-mineral complexes in aquatic systems and their potential as a route for OM transport and burial vs. their use potential as organic carbon (C) and nitrogen (N) sources. Organo-mineral particles form by sorption of dissolved OM to freshly eroded mineral surfaces and may contribute to ecosystem-scale particulate OM fluxes. We tested the availability of mineral-sorbed OM as a C & N source for streamwater microbial assemblages and streambed biofilms. Organo-mineral particles were constructed in vitro by sorption of 13C:15N-labelled amino acids to hydrated kaolin particles, and microbial degradation of these particles compared with equivalent doses of 13C:15N-labelled free amino acids. Experiments were conducted in 120 ml mesocosms over 7 days using biofilms and streamwater sampled from the Oberer Seebach stream (Austria), tracing assimilation and mineralization of 13C and 15N labels from mineral-sorbed and dissolved amino acids.Here we present data on the effects of organo-mineral sorption upon amino acid mineralization and its C:N stoichiometry. Organo-mineral sorption had a significant effect upon microbial activity, restricting C and N mineralization by both the biofilm and streamwater treatments. Distinct differences in community response were observed, with both dissolved and mineral-stabilized amino acids playing an enhanced role in the metabolism of the streamwater microbial community. Mineral-sorption of amino acids differentially affected C & N mineralization and reduced the C:N ratio of the dissolved amino acid pool. The present study demonstrates that organo-mineral complexes restrict microbial degradation of OM and may, consequently, alter the carbon and nitrogen cycling dynamics within aquatic ecosystems.
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Inland waters are of global biogeochemical importance. They receive carbon inputs of ~ 4.8 Pg C/ y of which, 12 % is buried, 18 % transported to the oceans, and 70 % supports aquatic secondary production. However, the mechanisms that determine the fate of organic matter (OM) in these systems are poorly defined. One aspect of this is the formation of organo-mineral complexes in aquatic systems and their potential as a route for OM transport and burial vs. their use as carbon (C) and nitrogen (N) sources within aquatic systems. Organo-mineral particles form by sorption of dissolved OM to freshly eroded mineral surfaces and may contribute to ecosystem-scale particulate OM fluxes. We experimentally tested the availability of mineral-sorbed OM as a C & N source for streamwater microbial assemblages and streambed biofilms. Organo-mineral particles were constructed in vitro by sorption of 13C:15N-labelled amino acids to hydrated kaolin particles, and microbial degradation of these particles compared with equivalent doses of 13C:15N-labelled free amino acids. Experiments were conducted in 120 ml mesocosms over 7 days using biofilms and water sampled from the Oberer Seebach stream (Austria). Each incubation experienced a 16:8 light:dark regime, with metabolism monitored via changes in oxygen concentrations between photoperiods. The relative fate of the organo-mineral particles was quantified by tracing the mineralization of the 13C and 15N labels and their incorporation into microbial biomass. Here we present the initial results of 13C-label mineralization, incorporation and retention within dissolved organic carbon pool. The results indicate that 514 (± 219) μmol/ mmol of the 13:15N labeled free amino acids were mineralized over the 7-day incubations. By contrast, 186 (± 97) μmol/ mmol of the mineral-sorbed amino acids were mineralized over a similar period. Thus, organo-mineral complexation reduced amino acid mineralization by ~ 60 %, with no differences observed between the streamwater and biofilm assemblages. Throughout the incubations, biofilms were observed to leach dissolved organic carbon (DOC). However, within the streamwater assemblage the presence of both organo-mineral particles and kaolin particles was associated with significant DOC removal (-1.7 % and -7.5 % respectively). Consequently, the study demonstrates that mineral and organo-mineral particles can limit the availability of DOC in aquatic systems, providing nucleation sites for flocculation and fresh mineral surfaces, which facilitate OM-sorption. The formation of these organo-mineral particles subsequently restricts microbial OM degradation, potentially altering the transport and facilitating the burial of OM within streams.
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The current model of mid-latitude late Quaternary terrace sequences, is that they are uplift-driven but climatically controlled terrace staircases, relating to both regional-scale crustal and tectonic factors, and palaeohydrological variations forced by quasi-cyclic climatic conditions in the 100 K world (post Mid Pleistocene Transition). This model appears to hold for the majority of the river valleys draining into the English Channel which exhibit 8–15 terrace levels over approximately 60–100 m of altitudinal elevation. However, one valley, the Axe, has only one major morphological terrace and has long-been regarded as anomalous. This paper uses both conventional and novel stratigraphical methods (digital granulometry and terrestrial laser scanning) to show that this terrace is a stacked sedimentary sequence of 20–30 m thickness with a quasi-continuous (i.e. with hiatuses) pulsed, record of fluvial and periglacial sedimentation over at least the last 300–400 K yrs as determined principally by OSL dating of the upper two thirds of the sequence. Since uplift has been regional, there is no evidence of anomalous neotectonics, and climatic history must be comparable to the adjacent catchments (both of which have staircase sequences) a catchment-specific mechanism is required. The Axe is the only valley in North West Europe incised entirely into the near-horizontally bedded chert (crypto-crystalline quartz) and sand-rich Lower Cretaceous rocks creating a buried valley. Mapping of the valley slopes has identified many large landslide scars associated with past and present springs. It is proposed that these are thaw-slump scars and represent large hill-slope failures caused by Vauclausian water pressures and hydraulic fracturing of the chert during rapid permafrost melting. A simple 1D model of this thermokarstic process is used to explore this mechanism, and it is proposed that the resultant anomalously high input of chert and sand into the valley during terminations caused pulsed aggradation until the last termination. It is also proposed that interglacial and interstadial incision may have been prevented by the over-sized and interlocking nature of the sub-angular chert clasts until the Lateglacial when confinement of the river overcame this immobility threshold. One result of this hydrogeologically mediated valley evolution was to provide a sequence of proximal Palaeolithic archaeology over two MIS cycles. This study demonstrates that uplift tectonics and climate alone do not fully determine Quaternary valley evolution and that lithological and hydrogeological conditions are a fundamental cause of variation in terrestrial Quaternary records and landform evolution.
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O metano é um gás de estufa potente e uma importante fonte de energia. A importância global e impacto em zonas costeiras de acumulações e escape de gás metano são ainda pouco conhecidas. Esta tese investiga acumulações e escape de gás em canais de maré da Ria de Aveiro com dados de cinco campanhas de reflexão sísmica de alta resolução realizadas em 1986, 1999, 2002 e 2003. Estas incluem três campanhas de Chirp (RIAV99, RIAV02 e RIAV02A) e duas campanhas de Boomer (VOUGA86 e RIAV03). O processamento dos dados de navegação incluíram filtros de erros, correcções de sincronização de relógios de sistemas de aquisição de dados, ajuste de “layback” e estimativa da posição de “midpoint”. O processamento do sinal sísmico consistiu na correcção das amplitudes, remoção de ruído do tipo “burst”, correcções estáticas, correcção do “normal move-out”, filtragem passabanda, desconvolução da assinatura e migração Stolt F-K. A análise da regularidade do trajecto de navegação, dos desfasamentos entre horizontes e dos modelos de superfícies foi utilizada para controlo de qualidade, e permitiu a revisão e melhoria dos parâmetros de processamento. A heterogeneidade da cobertura sísmica, da qualidade do sinal, da penetração e da resolução, no seu conjunto constrangeram o uso dos dados a interpretações detalhadas, mas locais, de objectos geológicos da Ria. É apresentado um procedimento para determinar a escolha de escalas adequadas para modelar os objectos geológicos, baseado na resolução sísmica, erros de posicionamento conhecidos e desfasamentos médios entre horizontes. As evidências de acumulação e escape de gás na Ria de Aveiro incluem turbidez acústica, reflexões reforçadas, cortinas acústicas, domas, “pockmarks” e alinhamentos de “pockmarks” enterradas, horizontes perturbados e plumas acústicas na coluna de água (flares). A estratigrafia e a estrutura geológica controlam a distribuição e extensão das acumulações e escape de gás. Ainda assim, nestes sistemas de baixa profundidade de água, as variações da altura de maré têm um impacto significativo na detecção de gás com métodos acústicos, através de alterações nas amplitudes originais de reflexões reforçadas, turbidez acústica e branqueamento acústico em zonas com gás. Os padrões encontrados confirmam que o escape de bolhas de gás é desencadeado pela descida da maré. Há acumulações de gás em sedimentos Holocénicos e no substrato de argilas e calcários do Mesozóico. Evidências directas de escape de gás em sondagens em zonas vizinhas, mostraram gás essencialmente biogénico. A maioria do gás na área deve ter sido gerado em sedimentos lagunares Holocénicos. No entanto, a localização e geometria de estruturas de escape de fluidos em alguns canais de maré, seguem o padrão de fracturas do substrato Mesozóico, indicando uma possível fonte mais profunda de gás e que estas fracturas funcionam como condutas preferenciais de migração dos fluidos e exercem um controlo estrutural na ocorrência de gás na Ria.
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This paper discusses the sustainable performance of geosynthetic clay liners (GCLs) which are popularly specified as “leachate retaining” or as “water proofing” membranes in the geo-environmental construction industry. Geosynthetic clay liners (GCLs) are composite matting comprising of bentonite clay with two covering geosynthetics. These are innovative labour saving construction material, developed over the last three decades. The paper outlines the variety of Geosynthetic Clay Liners (GCLs) can be classified essentially into two distinctly different forms viz; (a) air dry (< 8% m/c) with granular or powdered bentonite or (b) bentonite cake factory prehydrated to a moisture content (~40% m/c) beyond its shrinkage limit and vacuum extruded as a clay cake to enhance its sustainable performance. The dominant mineral in bentonite clay is the three-layered (2:1) clay mineral montmorillonite. High quality bentonites need to be used in the GCL manufacture. Sodium montmorillonite has the desired characteristic of high swelling capacity, high cation exchange capacity and the consequently very low hydraulic conductivity, providing the basis for the hydraulic sealing medium in GCLs. These encapsulate the active montmorillonite clay minerals which depend on the water and chemical balance between the sealing element and the surrounding geo environment. Quantitative mineralogical analyses and an assessment of the adsorbed cation regime, diffusion coefficients and clay leachate compatibility must necessarily be an integral part of the site appraisal to ensure acceptable long term sustainability and performance. Factors influencing the desired performance of bentonite in the GCLs placed in difficult construction and hostile chemical environments are discussed in this paper. Accordingly, the performance specifications for GCLs are identified and the appropriateness of enhancing the cation exchange capacity with polymer treatment and the need for factory prehydration of the untreated sodium bentonite is emphasised. The advantage of factory prehydrating the polymer treated bentonite to fluid content beyond its shrinkage limit and subsequently factory processing it to develop laminated clay is to develop a GCL that has enviable sealing characteristics with a greater resistance to geochemical attack and cracking. Since clay liners are buried in the ground as base liners, capping layer or as structural water proofing membrane, they can easily avoid strict quality and performance monitoring being “out of sight, out of mind!”. It is very necessary that barrier design for leachate containment must necessarily be in accordance with legislative requirement Assessment of long term hydraulic conductivities and clay-leachate compatibility assessment is deemed necessary. The derogatory factors affecting the sustainable performance of the bentonite in GCLs placed in difficult construction and hostile chemical environments are discussed. Sustainability concepts incorporated in waste management practice must aim to achieve 100% recycling and fully implement the handling of solid waste in developing countries with relatively lower labour costs.
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecância
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O trabalho apresentado centra-se na determinação dos custos de construção de condutas de pequenos e médios diâmetros em Polietileno de Alta Densidade (PEAD) para saneamento básico, tendo como base a metodologia descrita no livro Custos de Construção e Exploração – Volume 9 da série Gestão de Sistemas de Saneamento Básico, de Lencastre et al. (1994). Esta metodologia descrita no livro já referenciado, nos procedimentos de gestão de obra, e para tal foram estimados custos unitários de diversos conjuntos de trabalhos. Conforme Lencastre et al (1994), “esses conjuntos são referentes a movimentos de terras, tubagens, acessórios e respetivos órgãos de manobra, pavimentações e estaleiro, estando englobado na parte do estaleiro trabalhos acessórios correspondentes à obra.” Os custos foram obtidos analisando vários orçamentos de obras de saneamento, resultantes de concursos públicos de empreitadas recentemente realizados. Com vista a tornar a utilização desta metodologia numa ferramenta eficaz, foram organizadas folhas de cálculo que possibilitam obter estimativas realistas dos custos de execução de determinada obra em fases anteriores ao desenvolvimento do projeto, designadamente numa fase de preparação do plano diretor de um sistema ou numa fase de elaboração de estudos de viabilidade económico-financeiros, isto é, mesmo antes de existir qualquer pré-dimensionamento dos elementos do sistema. Outra técnica implementada para avaliar os dados de entrada foi a “Análise Robusta de Dados”, Pestana (1992). Esta metodologia permitiu analisar os dados mais detalhadamente antes de se formularem hipóteses para desenvolverem a análise de risco. A ideia principal é o exame bastante flexível dos dados, frequentemente antes mesmo de os comparar a um modelo probabilístico. Assim, e para um largo conjunto de dados, esta técnica possibilitou analisar a disparidade dos valores encontrados para os diversos trabalhos referenciados anteriormente. Com os dados recolhidos, e após o seu tratamento, passou-se à aplicação de uma metodologia de Análise de Risco, através da Simulação de Monte Carlo. Esta análise de risco é feita com recurso a uma ferramenta informática da Palisade, o @Risk, disponível no Departamento de Engenharia Civil. Esta técnica de análise quantitativa de risco permite traduzir a incerteza dos dados de entrada, representada através de distribuições probabilísticas que o software disponibiliza. Assim, para por em prática esta metodologia, recorreu-se às folhas de cálculo que foram realizadas seguindo a abordagem proposta em Lencastre et al (1994). A elaboração e a análise dessas estimativas poderão conduzir à tomada de decisões sobre a viabilidade da ou das obras a realizar, nomeadamente no que diz respeito aos aspetos económicos, permitindo uma análise de decisão fundamentada quanto à realização dos investimentos.
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Pultruded products are being targeted by a growing demand due to its excellent mechanical properties and low chemical reactivity, ensuring a low level of maintenance operations and allowing an easier assembly operation process than equivalent steel bars. In order to improve the mechanical drawing process and solve some acoustic and thermal insulation problems, pultruded pipes of glass fibre reinforced plastics (GFRF) can be filled with special products that increase their performance regarding the issues previously referred. The great challenge of this work was drawing a new equipment able to produce pultruded pipes filled with cork or polymeric pre-shaped bars as a continuous process. The project was carried out successfully and the new equipment was built and integrated in the pultrusion equipment already existing, allowing to obtain news products with higher added-value in the market, covering some needs previously identified in the field of civil construction.
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Trabalho de Projecto de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil
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Este trabalho descreve o desenvolvimento de um material sensor para creatinina por impressão molecular em estrutura polimérica (MIP) e a sua aplicação no desenvolvimento de um dispositivo de natureza potenciométrica para a determinação da molécula alvo em fluidos biológicos. A creatinina é um dos biomarcadores mais utilizados no acompanhamento da doença renal, já que é um bom indicador da taxa de filtração glomerular (TFG). Os materiais biomiméticos desenhados para interação com a creatinina foram obtidos por polimerização radicalar, recorrendo a monómeros de ácido metacríclico ou de vinilpiridina e a um agente de reticulação apropriado. De modo a aferir o efeito da impressão da creatinina na resposta dos materiais MIP à sua presença, foram também preparados e avaliados materiais de controlo, obtidos sem impressão molecular (NIP). O controlo da constituição química destes materiais, incluindo a extração da molécula impressa, foi realizado por Espectroscopia de Raman e de Infravermelho com Transformada de Fourrier. A afinidade de ligação entre estes materiais e a creatinina foi também avaliada com base em estudos cinéticos. Todos os materiais descritos foram integrados em membranas selectivas de elétrodos seletivos de ião, preparadas sem ou com aditivo iónico lipófilo, de carga negativa ou positiva. A avaliação das características gerais de funcionamento destes elétrodos, em meios de composição e pH diferentes, indicaram que as membranas com materiais impressos e aditivo aniónico eram as únicas com utilidade analítica. Os melhores resultados foram obtidos em solução tampão Piperazine-N,N′-bis(2- ethanesulfonic acid), PIPES, de pH 2,8, condição que permitiu obter uma resposta quasi-Nernstiana, a partir de 1,6×10-5 mol L-1. Estes elétrodos demonstraram ainda uma boa selectividade ao apresentaram uma resposta preferencial para a creatinina quando na presença de ureia, carnitina, glucose, ácido ascórbico, albumina, cloreto de cálcio, cloreto de potássio, cloreto de sódio e sulfato de magnésio. Os elétrodos foram ainda aplicados com sucesso na análise de amostras sintéticas de urina, quando os materiais sensores eram baseados em ácido metacrilico, e soro, quando os materiais sensores utilizados eram baseados em vinilpiridina.
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A água é um recurso natural único, escasso e essencial a todos os seres vivos, o que a torna um bem de extrema importância. Nos dias de hoje, o desperdício deste bem, aliado ao aumento da sua procura, tornou-se um problema devido à decrescente disponibilidade de água doce no nosso planeta. Todas as águas que rejeitamos depois da sua utilização para diversos fins, designadas de águas residuais, necessitam de tratamento antes de serem devolvidas ao meio ambiente. O seu tratamento é realizado numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e o processo de tratamento depende das suas características. A ETAR das Termas de S. Vicente, em Penafiel, trabalha no seu limite de capacidade, apresenta uma sobrecarga hidráulica gerada por uma afluência de águas pluviais e o processamento das lamas geradas não permite uma secagem tão completa como seria desejável. Assim, este trabalho teve como objetivo o estudo do funcionamento desta ETAR com a finalidade de propor soluções que o possam otimizar. As soluções propostas para otimizar o funcionamento da ETAR em estudo são: i) a substituição de grades de limpeza manual por grades de limpeza automática de forma a reduzir a necessidade da intervenção do operador ao nível da remoção e condicionamento dos gradados; ii) a construção de um desarenador arejado que além de remover areias de diâmetro superior a 0,2 mm promove também a remoção de gorduras, protegendo desta forma os equipamentos a jusante da abrasão/desgaste prematuros e reduzindo a formação de depósitos nas tubagens; iii) a construção de um tanque de equalização de forma a garantir uma distribuição mais uniforme dos caudais e da carga poluente; iv) a substituição do enchimento do leito percolador por um meio de suporte plástico que permite atingir melhores eficiências de remoção neste tratamento biológico; v) a alteração do agente de desinfeção para radiação ultravioleta, evitando a adição de produtos químicos na água residual e possível formação de subprodutos prejudiciais ao ambiente, como ocorreria no caso da cloragem; e vi) a substituição da desidratação de lamas em leitos de secagem por filtros de banda, que é um processo mais rápido, que ocupa menos espaço e permite atingir elevadas eficiências de remoção de humidade. Para cada uma das sugestões são apresentadas as correspondentes especificações técnicas e dimensionamento. As sugestões de melhoria apresentadas neste trabalho constituem uma alternativa mais económica do que a ampliação da ETAR, que genericamente corresponde à duplicação da linha de tratamento atual. Devido à menor complexidade em termos de construção, estas sugestões podem vir a ser implementadas num futuro próximo, prolongando assim um pouco mais a vida útil da ETAR atual.