SOIL ORGANIC CARBON, CARBON STOCK AND THEIR RELATIONSHIPS TO PHYSICAL ATTRIBUTES UNDER FOREST SOILS IN CENTRAL AMAZONIA

ABSTRACT The soil carbon under Amazonian forests has an important roles in global changing, making information on the soil content and depths of these stocks are considerable interest in efforts to quantify soil carbon emissions to the atmosphere.This study quantified the content and soil organic carbon stock under primary forest up to 2 m depth, at different topographic positions, at Cuieiras Biological Reserve, Manaus/ ZF2, km 34, in the Central Amazon, evaluating the soil attributes that may influence the permanence of soil carbon. Soil samples were collected along a transect of 850 m on topographic gradient Oxisol (plateau), Ultisol (slope) and Spodosol (valley). The stocks of soil carbon were obtained by multiplying the carbon content, soil bulk density and trickiness of soil layers. The watershed was delimited by using STRM and IKONOS images and the carbon contend obtained in the transects was extrapolated as a way to evaluate the potential for carbon stocks in an area of 2678.68 ha. The total SOC was greater in Oxisol followed by Spodosol and Ultisol. It was found direct correlations between the SOC and soil physical attributes. Among the clay soils (Oxisol and Ultisol), the largest stocks of carbon were observed in Oxisol at both the transect (90 to 175.5 Mg C ha-1) as the level of watershed (100.2 to 195.2 Mg C ha-1). The carbon stocks under sandy soil (Spodosol) was greater to clay soils along the transect (160-241 Mg C ha-1) and near them in the Watershed (96.90 to 146.01 Mg C ha-1).

Sulfuric acid - glucose separation using mixed-recycle steady state recycling chromatography

Batch chromatography is a widely used separation technique in a variety of fields meeting difficult separations. Several technologies for improving the performance of chromatography have been studied, including mixed-recycle steady state recycling (MR-SSR) chromatography. Design of MR-SSR has been commonly limited on 100 % purity constraint cases and empirical work. In this study a predictive design method was used to optimize feed pulse size and design a number of experimental MR-SSR separations for a solution of 20 % sulfuric acid and 100 g/L glucose. The design was under target product fraction purities of 98.7 % for H2SO4 and 95 % for glucose. The experiments indicate a maximum of 59 % increase in sulfuric acid productivity and 82 % increase for glucose when compared to corresponding batch separation. Eluent consumption was lowered by approximately 50 % using recycling chromatography. Within this study the target purities and yields set in design were not completely met, and further optimization of the process is deemed necessary.

Removal of organic matter and nutrients from slaughterhouse wastewater by using Eichhornia crassipes and evaluation of the generated biomass composting

The objective of this research was to evaluate the performance of the aquatic macrophyte Eichhornia crassipes applied in situ in a slaughter house treatment system, located in the west of the Paraná state, Brazil, regarding the nutrients removal and organic matter. Moreover, it aimed to obtain data from the production, management and composting practices of the biomass generated in the system. During 11 months of macrophytes development, physic and chemical parameters were monitored and plant density was controlled by periodical removal of excess biomass, which was weekly monitored and it is expressed in kg of aquatic plant per m² covered area. The degradation of the macrophytes removed from the treatment system was evaluated at the pilot scale in eight composting piles of 0.60 m³ that underwent four different treatments and two repetitions: T1 - water hyacinth (Eichhornia crassipes); T2 - water hyacinth and swine excrement (7:1), T3 - water hyacinth, swine excrement and earth (7:1:0,67), and T4 - water hyacinth, swine excrement and cellulosic gut (7:1:0,67), for a period of 90 days. The results indicated maximum removal efficiencies of 77.2% for COD; 77.8% for BOD, 87.9% for total nitrogen, 47.5% for ammonia nitrogen and 38.9% for total phosphorus for a five-day retention time. For biomass stabilization by composting, considering the C:N ratio as an indicator of compost maturity, it was observed that treatment T4 resulted in the shortest stabilization period (60 days). No difference was verified in the biostabilization rates at 5% level by the F test.

Metanolin tuotanto biomassasta

Tämä työ käsittelee eri tapoja, joilla biomassasta voidaan valmistaa metanolia. Työssä käydään läpi eri valmistusreitit sekä tarkastellaan biomassaa raaka-aineena. Työhön on myös koottu joidenkin maailmalla tehtyjen tutkimusten aine- ja energiataseita. Tutkimusten pohjalta mietitään onko metanolin tuotanto liikennepolttoaineeksi tällä hetkellä taloudellisesti tai energiatehokkuudeltaan järkevää. Metanolia voidaan valmistaa biomassasta pääsääntöisesti viidellä eri tavalla. Ensimmäinen tapa on kaasuttaa biomassaa, jolloin tuotetaan raaka-kaasua. Raaka-kaasusta jalostetaan synteesikaasua, josta voidaan metanolisynteesillä valmistaa metanolia. Toinen tapa metanolin valmistamiseksi on liittää tuotanto sellunkeiton yhteyteen. Tällöin raaka-aineena olisi selluprosessissa syntyvä mustalipeä, josta metanoli voidaan erottaa. Kolmas mahdollinen valmistusprosessi on biomassan mädätys. Mädätyksessä syntyy biokaasua, josta jalostetaan synteesikaasuaja siitä edelleen metanolia. Neljäs keino metanolin valmistamiseksi biomassasta on pyrolyysi. Puun pyrolyysissä puu kuumennetaan nopeasti hapettomissa tai rajallisen hapensaannin olosuhteissa. Prosessissa syntyvästä pyrolyysiöljystä voidaan erottaa metanolia tislaamalla. Viides mahdollinen reitti metanolin valmistukselle on Fischer¬–Tropsch-synteesi. Biomassasta saatu synteesikaasu johdetaan FT-synteesiin, jossa katalyyttisesti saadaan hiilivetyjen ohella tuotettua metanolia. Biopolttoaineiden kuten metanolin valmistusprosesseja tutkitaan ja kehitetään jatkuvasti, sillä uusiutumattomat energianlähteet eivät riitä loputtomasti ja niiden aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä halutaan vähentää. Tällä hetkellä tuotantoteknologiat eivät ole vielä tarpeeksi kehittyneet, jotta tuotanto saataisiin vastaamaan kulutusta. Metanolia ei kuitenkaan vielä voida käyttää sellaisenaan liikennepolttoaineena, joten metanolin markkinat ainakin vielä ovat sillä saralla varsin kapeat.

Evapotranspiration and crop coefficient for potato in organic farming

The aim of this study was to quantify the water consumption and the crop coefficients (Kc) for the potato (Solanum tuberosum L.), in Seropédica, Rio de Janeiro (RJ), Brazil, under organic management, and to simulate the crop evapotranspiration (ETc) using the Kc obtained in the field and the ones recommended by the Food and Agriculture Organization (FAO). The water consumption was obtained through soil water balance, using TDR probes installed at 0.15m and 0.30m deep. At the different stages of development, the Kc was determined by the ratio of ETc and reference evapotranspiration, obtained by Penman-Monteith FAO 56. The crop coefficients obtained were 0.35, 0.45, 1.29 and 0.63. The accumulated ETc obtained in the field was 109.6 mm, while the ETc accumulated from FAO's Kc were 142.2 and 138mm, respectively, considering the classical values and the values adjusted to the local climatic conditions. The simulation of water consumption based on meteorological data of historical series from 1961 to 2007 provided higher value of ETc when compared with the one obtained in the field. From the meteorological data of historical series, it was observed that the use of Kc recommended by FAO may overestimate the amount of irrigation water by 9%, over the same growing season.

Evaluation of the effect of the seed extract of Moringa oleifera Lam over the efficiency of organic filters in wastewater treatment of dairy cattle breeding

This study aimed to evaluate the effect of Moringa oleifera Lam extract on the removal of total solids (TS), total suspended solids (TSS) and chemical oxygen demand (COD), in different filter media for treating wastewater of dairy cattle breeding (DCW). The moringa seed extract was obtained by grinding 50 g of seeds in one liter of distilled water and, after passing the solution through a quantitative paper filter of 25 microns, 60 mL of the extract were added to wastewater from cattle breeding before the filtration process in organic filters made of thin coal, bamboo leaves, eucalyptus leaves, gliricidia branches and sawdust. This was followed by the completely randomized experimental design, adopting a factorial of 5 x 2. Aliquots of filtered effluent were collected and the total solids (TS) concentrations, total suspended solids (TSS) and chemical oxygen demand (COD) were determined. It was found that the increase in the efficiency of removal of COD and total solids can be attributed to the coagulating power of the moringa seed extract, wherein the filter medium with bamboo leaves presented the best performance, showing potential for use as alternative filter material in the primary treatment of DCW.

Performance of an anaerobic-aerobic reactor and kinetic study of organic matter removal of cattle slaughterhouse effluent

This paper sought to evaluate the behavior of an upflow Anaerobic-Aerobic Fixed Bed Reactor (AAFBR) in the treatment of cattle slaughterhouse effluent and determine apparent kinetic constants of the organic matter removal. The AAFBR was operated with no recirculation (Phase I) and with 50% of effluent recirculation (Phase II), with θ of 11h and 8h. In terms of pH, bicarbonate alkalinity and volatile acids, the results indicated the reactor ability to maintain favorable conditions for the biological processes involved in the organic matter removal in both operational phases. The average removal efficiencies of organic matter along the reactor height, expressed in terms of raw COD, were 49% and 68% in Phase I and 54% and 86% in Phase II for θ of 11h and 8h, respectively. The results of the filtered COD indicated removal efficiency of 52% and k = 0.0857h-1 to θ of 11h and 42% and k = 0.0880h-1 to θ of 8h in the Phase I. In Phase II, the removal efficiencies were 59% and 51% to θ of 11h and 8h, with k = 0.1238h-1 and k = 0.1075 h-1, respectively. The first order kinetic model showed good adjustment and described adequately the kinetics of organic matter removal for θ of 11h, with r² equal to 0.9734 and 0.9591 to the Phases I and II, respectively.

Hydrogen production from cassava processing wastewater in an anaerobic fixed bed reactor with bamboo as a support material

Attempting to associate waste treatment to the production of clean and renewable energy, this research sought to evaluate the biological production of hydrogen using wastewater from the cassava starch treatment industry, generated during the processes of extraction and purification of starch. This experiment was carried out in a continuous anaerobic reactor with a working volume of 3L, with bamboo stems as the support medium. The system was operated at a temperature of 36°C, an initial pH of 6.0 and under variations of organic load. The highest rate of hydrogen production, of 1.1 L.d-1.L-1, was obtained with application of an organic loading rate of 35 g.L-1.d-1, in terms of total sugar content and hydraulic retention time of 3h, with a prevalence of butyric and acetic acids as final products of the fermentation process. Low C/N ratios contributed to the excessive growth of the biomass, causing a reduction of up to 35% in hydrogen production, low percentages of H2 and high concentrations of CO2in the biogas.

Printed low-voltage organic transistors on plastics and paper

The main advantage of organic electronics over the more widespread inorganic counterparts lies not in the electrical performance, but rather in the solution processability that opens up for low-cost flexible electronics (e.g. displays, sensors and smart tags) fabricated by using printing techniques. Replacing the commonly used laboratory-scale fabrication techniques with mass-printing techniques is, however, truly challenging, especially when low-voltage operation is required. In this thesis it is, nevertheless, demonstrated that low-voltage organic transistors can be fully printed with a similar performance to that of transistors made by laboratory scale techniques. The use of an ion-modulated type of organic field effect transistor (OFET) not only enabled low-voltage operation and printability, but was also found to result in low sensitivity to the surface roughness of the substrate. This allows not only the use of low-cost plastic substrates, but even the use of paper as a substrate. However, while absorption into the porous paper surface is advantageous in a graphical printing process, by reducing the spreading and the coffee-stain effect and by improving the adhesion, it provides great challenges when applying thin electrically active layers. In spite of these difficulties we were able to demonstrate the first low-voltage OFET to be fabricated on paper. We have also shown that low-cost incandescent lamps can be used for sintering printed metal-nanoparticles, and that the process was especially suitable on paper and compatible with a roll-to-roll manufacturing process.

Käytetyn voiteluöljyn regenerointilaitoksen prosessivesien karakterisointi

Käytetyn voiteluöljyn regeneroinnissa muodostuu prosessivettä useista lähteistä. Tehokas päästöjenhallinta on yksi tärkeimmistä tavoitteista regenerointilaitoksen operoinnissa ja sen takia sitä tulee kehittää jatkuvasti entistä paremmaksi. Tavoitteisiin pääsemiseksi on oleellista tunnistaa vesienkäsittelyprosessin laadullinen massatase ja laadunvaihtelut ajotilanteiden mukaan. Työssä tutkitaan ja analysoidaan veden sisältämiä epäpuhtauksia sekä kirjallisuuslähteiden perusteella, että standardimenetelmillä ja modifioiduilla menetelmillä, joilla on akkreditointi. Analyysituloksista muodostetaan laadullinen massatase, josta nähdään epäpuhtauksien ja niitä kuvaavien parametrien kuormitukset kussakin prosessivesivirrassa. Tulosten perusteella arvioidaan nykyisen vesienkäsittelyn tehokkuutta, sen säätömahdollisuuksia ja kehitystarvetta. Tarkastelun ulkopuolelle kuitenkin jätetään vesienkäsittelystä ulosjohdettavan prosessiveden puhdistuslaitos. Tutkimusten perusteella regenerointilaitoksessa muodostuvien prosessivesien epäpuhtaudet koostuvat öljystä, BTEX-yhdisteistä, fenoliyhdisteistä, liuottimista, polttoaineiden ja voiteluöljyjen lisäaineista, typpi- ja rikkiyhdisteistä, metalliyhdisteistä sekä kiintoaineesta. Öljy jakautuu kevyisiin (C5-C10), keskiraskaisiin (C10-21) ja raskaisiin (C21-40) jakeisiin. Vesienkäsittelyssä suurin osa öljystä ja epäpuhtauksista saadaan erottumaan vedestä, jolloin puhdistuslaitokselle päätyy jäämäpitoisuudet öljyä, haihtuvia yhdisteitä sekä muita epäpuhtauksia. Puhdistuslaitosta kuormittavat eniten liuenneet orgaaniset yhdisteet sekä korkeaa kemiallista hapenkulutusta aiheuttavat epäorgaaniset yhdisteet (suolat), joiden erottamista prosessivesistä on syytä tulevaisuudessa kehittää.

Photoexcitation dynamics in organic solar cell donor/acceptor systems

Solceller presenteras ofta som ett miljövänligt alternativ för energiproduktion. Det största hindret för en bredare ibruktagning av kiselbaserade solceller är deras höga pris. I och med upptäckten av ledande och halvledande organiska (kolbaserade) molekyler och polymerer har ett nytt forskningsområde, organisk elektronik, vuxit fram. Den stora fördelen med organisk elektronik är att de använda materialen oftast är lösliga. Tillverkning av elektroniska komponenter kan då göras med hjälp av konventionella trycktekniker där bläcket ersatts med upplösta organiska material. Detta har potential att betydligt sänka priset för solceller. Nackdelen med organisk elektronik är att de använda materialen är komplexa, och de fysikaliska processerna i dem likaså. I min avhandling har jag studerat fotofysiken i två polymerer, P3HT och APFO3, som kan användas för att tillverka organiska solceller. Blandade med fullerenderivatet PCBM, som är en stark elektronacceptor, fås ett material som effektivt producerar elektroner och hål under belysning. I praktiken bidrar dock inte alla skapade laddningar till strömmen ur solcellen. Elektronerna och hålen kan förbli bundna till varandra i olika exciterade tillstånd, och även de som är fria kan träffa på motsatta laddningar under vägen till kontakterna och rekombinera. Centralt i mitt arbete har varit att identifiera olika typer av exciterade tillstånd i dessa solcellsmaterial, samt att bestämma deras livstider och rekombination. Metoden för detta har varit s.k. fotoinducerad absorption, som mäter fotoexcitationernas absorptioner i infraröda våglängdsområdet. De två viktigaste resultaten som presenteras i avhandlingen är en ratekvationsmodell för fotoexcitationsdynamiken i APFO3 på ultrasnabba tidsskalor (femtosekund - microsekund) och bildandet av en rekombinationshämmande dipol vid gränsytan för P3HT och PCBM som följd av värmebehandling. Dessa resultat bidrar till förståelsen av de fotofysikaliska processerna i relaterade material.

Studies on chemoenzymatic synthesis: Lipase-catalyzed acylation in multistep organic synthesis

In this thesis, biocatalysis is defined as the science of using enzymes as catalysts in organic synthesis. Environmental aspects and the continuously expanding repertoire of available enzymes have firmly established biocatalysis as a prominent means of chemo-, regio- and stereoselective synthesis. Yet, no single methodology can solve all the challenges faced by a synthetic chemist. Therefore, the knowledge and the skills to combine different synthetic methods are relevant. Lipases are highly useful enzymes in organic synthesis. In this thesis, an effort is being made to form a coherent picture of when and how can lipases be incorporated into nonenzymatic synthesis. This is attempted both in the literature review and in the discussion of the results presented in the original publications contained in the thesis. In addition to lipases, oxynitrilases were also used in the work. The experimental part of the thesis comprises of the results reported in four peer-reviewed publications and one manuscript. Selected amines, amino acids and sugar-derived cyanohydrins or their acylated derivatives were each prepared in enantio- or diastereomerically enriched form. Where applicable, attempts were made to combine the enzymatic reactions to other synthetic steps either by the application of completely separate sequential reactions with isolated intermediates (kinetic and functional kinetic resolution of amines), simultaneously occurring reactions without intermediate isolation (dynamic kinetic resolution of amino acid esters) or sequential reactions but without isolating the intermediates (hydrocyanation of sugar aldehydes with subsequent diastereoresolution). In all cases, lipase-catalyzed acylation was the key step by which stereoselectivity was achieved. Lipase from Burkholderia cepacia was a highly selective enzyme with each substrate category, but careful selection of the acyl donor and the solvent was important as well.

Kompostipiireissä opittua : Eloperäiset jätteet kiertoon -hanke

Kompostien käyttöä on kokeiltu ja tutkittu Kainuun ELY-keskuksen Eloperäiset jätteet kiertoon -hankkeessa. Komposteja on hyödynnetty laskettelurinteen ja kaivosteollisuuden sivukiven läjitysalueen maisemoinnissa, pihanurmen ja energiakasvien kasvattamisessa, metsän lannoittamisessa ja maanviljelyssä. Pihanurmen perustamisen ja energiakasvien kasvattamisen kokeiluista on tehty myös erilliset tutkimukset. Tutkimustyöstä on vastannut MTT (Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus). Tutkimustieto on sisällytetty tähän julkaisuun. Kompostin käyttökokeissa ja tutkimuksissa on hyödynnetty Kainuun kuntien ja Kainuun jätehuollon kuntayhtymän Eko-Kympin komposteja. Kaikki kompostit ovat aumakompostoinnin tuotoksia. Eko-Kympin komposti on valmistettu biojätteistä. Muut kompostit ovat lähtöisin kunnallisten jätevedenpuhdistamoiden lietteistä. Kajaanin kompostia kutsutaan myös A. & E. Juntunen Oy:n valmistamaksi biomullaksi. Saatujen kokemusten ja tutkimusten mukaan aumakompostoinnilla tuotettu komposti soveltuu näihin erilaisiin käyttömuotoihin, etenkin kun esille tulleita kehittämistoimia toteutetaan. Sivukiven läjitysalueiden maisemoinnissa, maanviljelyssä ja metsän lannoittamisessa komposti ei tarvitse kivennäismaata seosaineeksi. Sivukiven läjitysalueilla ne kompostit, joihin oli sekoitettu hiekkaa, eivät pysyneet paikoillaan. Aines valui sadeveden mukana alas rinteeltä. Pelkkää kompostia käytettäessä kompostimassa pysyi aloillaan. Maanviljelyssä ja metsän lannoittamisessa kivennäismaa on tarpeeton. Lisäksi kompostissa oleva kiviaines kuluttaa ja voi vaurioittaa levityslaitteita. Ravinteet vapautuvat kompostista hitaasti kasvien käyttöön. Kemiallisilla lannoitteilla on nopeampi vaikutus. Kompostit soveltuvat erityisen hyvin ympäristöihin, joissa täydennyslannoitusta ei tarvita tai joissa lannoite on vaikeaa levittää. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi kaivosten sivukiven tai rikastushiekan läjitysalueet tai muut vaikeakulkuiset kohteet. Myös metsien lannoittaminen ja maanviljely ovat Kainuussa kompostien hyödyntämisen osalta alihyödynnettyjä. Pöyry Finland Oy on laatinut Kajaaniin kaavaillulle biologiselle jätteiden käsittelylaitokselle teknistaloudelliset suunnitelmat. Yhtiön tekemissä suunnitelmissa tulee ilmi, että kaikkien Kainuun lietteiden aumakompostointi tuottaisi kompostia 13 000 tonnia vuodessa, kun tukiaine seulotaan erilleen. Mädätys- tai biokaasulaitosvaihtoehdoissa lopputuotteen määrä on edellistä pienempi. Pelkkien Kainuun lietteiden mädättäminen tuottaisi kompostia jälkikompostin seulonnan jälkeen 6 600 tonnia. Viherrakentaminen taajamissa on komposteille Kainuussa yleinen käyttömuoto. Sillä on kasvun edellytyksiä etenkin, kun kompostin laatuun panostetaan. Viherrakentaminen Kajaanin seudulla riittäisi kuluttamaan kaiken Kainuussa muodostuvan kompostin, kun kompostimullan kulutuksena pidetään 0,5 tonnia asukasta kohden vuodessa. Tämä vastaa Kajaanin seudulla 27 000 tonnin kompostimäärää. Kompostin muodostumismäärä ei tulevaisuudessa tule olemaan lähellä tätä laskennallista multamenekkiä. Kompostin huono menekki johtuu joidenkin kuntien osalta pikemminkin huonosta kompostin laadusta kuin markkinoiden kyllästymisestä. Tilanne on korjaantumassa suunnitteilla olevan biologisen jätteiden käsittelylaitoksen myötä. Siinä kompostituotteen laatuun voidaan panostaa tehokkaammin kuin erillisillä pienillä kompostointikentillä.

Parasitism level by helminths and weight gain of calves kept in organic and conventional grazing

Sustainable production is a principle in which we must meet the needs of the present without compromising the capacity of future generations. Despite the successful development of pesticides against endo and ectoparasites found in domestic ruminants, these parasites are still the major problem of the herbivore production system. The purpose of this study was to know the population of gastrintestinal parasites and their influence on weight gain of calves kept in organic and conventional grazing. Thus, organic and conventional calves were randomly selected in 2008 and 2009. The fecal egg count (FEC) indentified the following genders of helminths: Haemonchus, Trichostrongylus, Oesophagostomum, Cooperia, Strongyloides, Trichuris and oocysts of Eimeria. There was no significant difference (p>0.05) between FEC in organic and conventional animals. Calves younger than 6 months showed significant higher infection (p<0.05) than calves between 7 and 12 months of age. The weight gain observed during the study was of 327g/day and 280g/day for conventional and organic systems animals, respectively. Consequently, the combination of sustainable practices of grazing associated with the selective application of anthelmintics may be a feasible alternative for nematode control in a conventional system and in transition to an organic one.