Analysis of the effect of wash water reduction on bleached pulp characteristics

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Large-scale land acquisition and its effects on the water balance in investor and host countries

This study examines the validity of the assumption that international large-scale land acquisition (LSLA) is motivated by the desire to secure control over water resources, which is commonly referred to as ‘water grabbing’. This assumption was repeatedly expressed in recent years, ascribing the said motivation to the Gulf States in particular. However, it must be considered of hypothetical nature, as the few global studies conducted so far focused primarily on the effects of LSLA on host countries or on trade in virtual water. In this study, we analyse the effects of 475 intended or concluded land deals recorded in the Land Matrix database on the water balance in both host and investor countries. We also examine how these effects relate to water stress and how they contribute to global trade in virtual water. The analysis shows that implementation of the LSLAs in our sample would result in global water savings based on virtual water trade. At the level of individual LSLA host countries, however, water use intensity would increase, particularly in 15 sub-Saharan states. From an investor country perspective, the analysis reveals that countries often suspected of using LSLA to relieve pressure on their domestic water resources—such as China, India, and all Gulf States except Saudi Arabia—invest in agricultural activities abroad that are less water-intensive compared to their average domestic crop production. Conversely, large investor countries such as the United States, Saudi Arabia, Singapore, and Japan are disproportionately externalizing crop water consumption through their international land investments. Statistical analyses also show that host countries with abundant water resources are not per se favoured targets of LSLA. Indeed, further analysis reveals that land investments originating in water-stressed countries have only a weak tendency to target areas with a smaller water risk.

Irrigation efficiency and water-policy implications for river-basin resilience

Rising demand for food, fiber, and biofuels drives expanding irrigation withdrawals from surface water and groundwater. Irrigation efficiency and water savings have become watchwords in response to climate-induced hydrological variability, increasing freshwater demand for other uses including ecosystem water needs, and low economic productivity of irrigation compared to most other uses. We identify three classes of unintended consequences, presented here as paradoxes. Ever-tighter cycling of water has been shown to increase resource use, an example of the efficiency paradox. In the absence of effective policy to constrain irrigated-area expansion using "saved water", efficiency can aggravate scarcity, deteriorate resource quality, and impair river basin resilience through loss of flexibility and redundancy. Water scarcity and salinity effects in the lower reaches of basins (symptomatic of the scale paradox) may partly be offset over the short-term through groundwater pumping or increasing surface water storage capacity. However, declining ecological flows and increasing salinity have important implications for riparian and estuarine ecosystems and for non-irrigation human uses of water including urban supply and energy generation, examples of the sectoral paradox. This paper briefly considers three regional contexts with broadly similar climatic and water-resource conditions – central Chile, southwestern US, and south-central Spain – where irrigation efficiency directly influences basin resilience. The comparison leads to more generic insights on water policy in relation to irrigation efficiency and emerging or overdue needs for environmental protection.

Integrated assessment of water conservation practices for sustainable management strategies

Miami-Dade County implemented a series of water conservation programs, which included rebate/exchange incentives to encourage the use of high efficiency aerators (AR), showerheads (SH), toilets (HET) and clothes washers (HEW), to respond to the environmental sustainability issue in urban areas. This study first used panel data analysis of water consumption to evaluate the performance and actual water savings of individual programs. Integrated water demand model has also been developed for incorporating property’s physical characteristics into the water consumption profiles. Life cycle assessment (with emphasis on end-use stage in water system) of water intense appliances was conducted to determine the environmental impacts brought by each practice. Approximately 6 to 10 % of water has been saved in the first and second year of implementation of high efficiency appliances, and with continuing savings in the third and fourth years. Water savings (gallons per household per day) for water efficiency appliances were observed at 28 (11.1%) for SH, 34.7 (13.3%) for HET, and 39.7 (14.5%) for HEW. Furthermore, the estimated contributions of high efficiency appliances for reducing water demand in the integrated water demand model were between 5 and 19% (highest in the AR program). Results indicated that adoption of more than one type of water efficiency appliance could significantly reduce residential water demand. For the sustainable water management strategies, the appropriate water conservation rate was projected to be 1 to 2 million gallons per day (MGD) through 2030. With 2 MGD of water savings, the estimated per capita water use (GPCD) could be reduced from approximately 140 to 122 GPCD. Additional efforts are needed to reduce the water demand to US EPA’s “Water Sense” conservation levels of 70 GPCD by 2030. Life cycle assessment results showed that environmental impacts (water and energy demands and greenhouse gas emissions) from end-use and demand phases are most significant within the water system, particularly due to water heating (73% for clothes washer and 93% for showerhead). Estimations of optimal lifespan for appliances (8 to 21 years) implied that earlier replacement with efficiency models is encouraged in order to minimize the environmental impacts brought by current practice.

Essays on intergenerational and regional aspects of water management

This dissertation consists of three essays on different aspects of water management. The first essay focuses on the sustainability of freshwater use by introducing the notion that altruistic parents do bequeath economic assets for their offspring. Constructing a two-period, over-lapping generational model, an optimal ratio of consumption and pollution for old and young generations in each period is determined. Optimal levels of water consumption and pollution change according to different parameters, such as, altruistic degree, natural recharge rate, and population growth. The second essay concerns water sharing between countries in the case of trans-boundary river basins. The paper recognizes that side payments fail to forge water-sharing agreement among the international community and that downstream countries have weak bargaining power. An interconnected game approach is developed by linking the water allocation issue with other non-water issues such as trade or border security problems, creating symmetry between countries in bargaining power. An interconnected game forces two countries to at least partially cooperate under some circumstances. The third essay introduces the concept of virtual water (VW) into a traditional international trade model in order to estimate water savings for a water scarce country. A two country, two products and two factors trade model is developed, which includes not only consumers and producer's surplus, but also environmental externality of water use. The model shows that VW trade saves water and increases global and local welfare. This study should help policy makers to design appropriate subsidy or tax policy to promote water savings especially in water scarce countries.^

Essays on Intergenerational and Regional Aspects of Water Management

This dissertation consists of three essays on different aspects of water management. The first essay focuses on the sustainability of freshwater use by introducing the notion that altruistic parents do bequeath economic assets for their offspring. Constructing a two-period, over-lapping generational model, an optimal ratio of consumption and pollution for old and young generations in each period is determined. Optimal levels of water consumption and pollution change according to different parameters, such as, altruistic degree, natural recharge rate, and population growth. The second essay concerns water sharing between countries in the case of trans-boundary river basins. The paper recognizes that side payments fail to forge water-sharing agreement among the international community and that downstream countries have weak bargaining power. An interconnected game approach is developed by linking the water allocation issue with other non-water issues such as trade or border security problems, creating symmetry between countries in bargaining power. An interconnected game forces two countries to at least partially cooperate under some circumstances. The third essay introduces the concept of virtual water (VW) into a traditional international trade model in order to estimate water savings for a water scarce country. A two country, two products and two factors trade model is developed, which includes not only consumers and producer’s surplus, but also environmental externality of water use. The model shows that VW trade saves water and increases global and local welfare. This study should help policy makers to design appropriate subsidy or tax policy to promote water savings especially in water scarce countries.

Water Delivery Quality and Automatic Control Modes in Irrigation Canals. A Case Study.

Regarding canal management modernization, water savings and water delivery quality, the study presents two automatic canal control approaches of the PI (Proportional and Integral) type: the distant and the local downstream control modes. The two PI controllers are defined, tuned and tested using an hydraulic unsteady flow simulation model, particularly suitable for canal control studies. The PI control parameters are tuned using optimization tools. The simulations are done for a Portuguese prototype canal and the PI controllers are analyzed and compared considering a demand-oriented-canal operation. The paper presents and analyzes the two control modes answers for five different offtake types – gate controlled weir, gate controlled orifice, weir with or without adjustable height and automatic flow adjustable offtake. The simulation results are compared using water volumes performance indicators (considering the demanded, supplied and the effectives water volumes) and a time indicator, defined taking into account the time during which the demand discharges are effective discharges. Regarding water savings, the simulation results for the five offtake types prove that the local downstream control gives the best results (no water operational losses) and that the distant downstream control presents worse results in connection with the automatic flow adjustable offtakes. Considering the water volumes and time performance indicators, the best results are obtained for the automatic flow adjustable offtakes and the worse for the gate controlled orifices, followed by the weir with adjustable height.

Modern viticulture in southern Europe: Vulnerabilities and strategies for adaptation to water scarcity

Water is now considered the most important but vulnerable resource in the Mediterranean region. Nev ertheless, irrigation expanded fast in the region (e.g. South Portugal and Spain) to mitigate environmental stress and to guarantee stable grape yield and quality. Sustainable wine production depends on sustain able water use in the wine’s supply chain, from the vine to the bottle. Better understanding of grapevine stress physiology (e.g. water relations, temperature regulation, water use efficiency), more robust crop monitoring/phenotyping and implementation of best water management practices will help to mitigate climate effects and will enable significant water savings in the vineyard and winery. In this paper, we focused on the major vulnerabilities and opportunities of South European Mediterranean viticulture (e.g. in Portugal and Spain) and present a multi-level strategy (from plant to the consumer) to overcome region’s weaknesses and support strategies for adaptation to water scarcity, promote sustainable water use and minimize the environmental impact of the sector.

Modern viticulture in southern Europe: vulnerabilities and strategies for adaptation to water scarcity

Water is now considered the most important but vulnerable resource in the Mediterranean region. Nevertheless, irrigation expanded fast in the region (e.g. South Portugal and Spain) to mitigate environmental stress and to guarantee stable grape yield and quality. Sustainable wine production depends on sustainable water use in the wine’s supply chain, from the vine to the bottle. Better understanding of grapevine stress physiology (e.g. water relations, temperature regulation, water use efficiency), more robust crop monitoring/phenotyping and implementation of best water management practices will help to mitigate climate effects and will enable significant water savings in the vineyard and winery. In this paper, we focused on the major vulnerabilities and opportunities of South European Mediterranean viticulture (e.g. in Portugal and Spain) and present a multi-level strategy (from plant to the consumer) to overcome region’s weaknesses and support strategies for adaptation to water scarcity, promote sustainable water use and minimize the environmental impact of the sector.

Gestão sustentável da água em empreendimentos turísticos

O presente documento enquadra-se no âmbito do trabalho final do mestrado (TFM) do curso de Engenharia Civil, na área de especialização de Hidráulica, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, sob a forma de um projeto na fase de estudo prévio com o título ―Gestão Sustentável da Água no empreendimento turístico Parque de Campismo da Ilha do Pessegueiro situado em Porto Covo - Região de Turismo do Alentejo‖. Este trabalho é constituído essencialmente por 5 partes. Sendo a primeira uma breve introdução às questões a abordar, a segunda corresponde à discrição teórica do uso eficiente da água baseando-se no PNEUA (Programa nacional para o uso eficiente da água). Já a terceira parte é relativa ao atual sistema de utilização da água no Parque de campismo da ilha do pessegueiro (PCIP), sendo a quarta o estudo do desenvolvimento do projecto para a gestão eficiente da água no empreendimento e a quinta parte o estudo de viabilidade económica e financeira a implementar no projecto. Para além da implementação de medidas de poupança são também objetivos principais deste trabalho a reutilização da água através da recolha, o tratamento e armazenamento das águas residuais e aproveitamento das águas pluviais para posterior abastecimento do sistema de utilização em descargas sanitárias, lavagem de pavimentos e regas de espaços verdes. São, portanto, três os subsistemas de gestão eficiente da água que se pretende implementar. Dá-se importância ao estudo de viabilidade económica do projeto, cujo período de retorno do capital investido em capitais próprios e alheios é de seis anos. Este projeto pretende dar apoio técnico ao uso eficiente da água no PCIP, de forma a conseguir por um lado obter vantagens económicas e por outro proteger o ambiente. As vantagens económicas são interessantes para orientar os recursos financeiros para outros investimentos e as questões ambientais são a base de uma campanha, já em curso, para obtenção de certificação energética, em conjunto com outras práticas já em curso, nomeadamente a recolha seletiva de resíduos sólidos para recircular e aproveitamento de energia solar.

Uso eficiente da água nos Açores : análise de viabilidade e boas práticas em habitações unifamiliares

Dissertação de Mestrado, Engenharia e Gestão de Sistemas de Água, 4 de Março de 2016, Universidade dos Açores.

Aplicació d'algoritmes genètics en l'optimització dels processos de fabricació del paper

La creciente preocupación y concienciación de la sociedad respecto el medio ambiente, y en consecuencia la legislación y regulaciones generadas inducen a la modificación de los procesos productivos existentes en la industria química. Las configuraciones iniciales deben modificarse para conseguir una mayor integración de procesos. Para este fin se han creado y desarrollado diferentes metodologías que deben facilitar la tarea a los responsables del rediseño. El desarrollo de una metodología y herramientas complementarias es el principal objetivo de la investigación aquí presentada, especialmente centrada en el desarrollo y la aplicación de una metodología de optimización de procesos. Esta metodología de optimización se aplica sobre configuraciones de proceso existentes y pretende encontrar nuevas configuraciones viables según los objetivos de optimización fijados. La metodología tiene dos partes diferenciadas: la primera se basa en un simulador de procesos comercial y la segunda es la técnica de optimización propiamente dicha. La metodología se inicia con la elaboración de una simulación convenientemente validada que reproduzca el proceso existente, en este caso una papelera no integrada que produce papel estucado de calidad, para impresión. A continuación la técnica de optimización realiza una búsqueda dentro del dominio de los posibles resultados, en busca de los mejores resultados que satisfazcan plenamente los objetivos planteados. Dicha técnica de optimización está basada en los algoritmos genéticos como herramienta de búsqueda, junto a un subprograma basado en técnicas de programación matemática para el cálculo de resultados. Un número reducido de resultados son finalmente escogidos y utilizados para modificar la simulación existente fijando la redistribución de los flujos del proceso. Los resultados de la simulación del proceso determinan en último caso la viabilidad técnica de cada reconfiguración planteada. En el proceso de optimización, los objetivos están definidos en una función objetivo dentro de la técnica de optimización. Dicha función rige la búsqueda de resultados. La función objetivo puede ser individual o una combinación de objetivos. En el presente caso, la función persigue una minimización del consumo de agua y una minimización de la pérdida de materia prima. La optimización se realiza bajo restricciones para alcanzar este objetivo combinado en forma de una solución de compromiso. Producto de la aplicación de esta metodología se han obtenido resultados interesantes que significan una mejora del cierre de circuitos y un ahorro de materia prima, sin comprometer al mismo tiempo la operabilidad del proceso producto ni la calidad del papel.

Metabolic, ventilatory, and hygric physiology of the gracile mouse opossum (Gracilinanus agilis)

We present the first complete study of basic laboratory-measured physiological variables (metabolism, thermoregulation, evaporative water loss, and ventilation) for a South American marsupial, the gracile mouse opossum (Gracilinanus agilis). Body temperature (Tb) was thermolabile below thermoneutrality (Tb = 33.5°C), but a substantial gradient between Tb and ambient temperature (Ta) was sustained even at Ta = 12°C (Tb = 30.6°C). Basal metabolic rate of 1.00 mL O2 g-1 h-1 at Ta = 30°C conformed to the general allometric relationship for marsupials, as did wet thermal conductance (5.7 mL O2 g-1 h-1 °C-1). Respiratory rate, tidal volume, and minute volume at thermoneutrality matched metabolic demand such that O2 extraction was 12.4%, and ventilation increased in proportion to metabolic rate at low T a. Ventilatory accommodation of increased metabolic rate at low Ta was by an increase in respiratory rate rather than by tidal volume or O2 extraction. Evaporative water loss at the lower limit of thermoneutrality conformed to that of other marsupials. Relative water economy was negative at thermoneutrality but positive below Ta = 12°C. Interestingly, the Neotropical gracile mouse opossums have a more positive water economy at low Ta than an Australian arid-zone marsupial, perhaps reflecting seasonal variation in water availability for the mouse opossum. Torpor occurred at low Ta, with spontaneous arousal when . T b > 20°C. Torpor resulted in absolute energy and water savings but lower relative water economy. We found no evidence that gracile mouse opossums differ physiologically from other marsupials, despite their Neotropical distribution, sympatry with placental mammals, and long period of separation from Australian marsupials. © 2009 by The University of Chicago. All rights reserved.

Estabelecimento e desenvolvimento de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar sob diferentes lâminas de irrigação

Na atual conjuntura, no que se refere à energia renovável, o etanol é um dos principais, se não o mais importante, produto brasileiro. Proveniente da fermentação de açúcares, processo conhecido há séculos, tem se tornado o carro chefe do país como garantia de voz ativa nas discussões energéticas pelo mundo afora. Porém, atualmente, o setor sucroalcooleiro está passando por um momento de cautela devido à queda de produtividade e longevidade dos canaviais ao longo dos últimos anos ocasionados principalmente pela mecanização da colheita e plantio da cana-de-açúcar. Cabe ressaltar que as perdas de produção podem ser ainda maiores diante da ausência do manejo varietal e de cuidados adequados em relação à sanidade de mudas utilizadas para a multiplicação de viveiros. Nesse sentido, nos últimos anos, o emprego da irrigação no cultivo da cana-de-açúcar associada a outras tecnologias de plantio, tais como formação de viveiros com mudas pré-brotadas, vem merecendo papel de destaque. Esse cenário obriga pesquisadores a buscar novas tecnologias para aumento de produtividade, longevidade dos canaviais e redução do custo por tonelada de cana produzida, tais como a produção de mudas sadias para formação de viveiros de cana-de-açúcar. Diante disso, a presente pesquisa teve por objetivo, submeter mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar, durante plantio de inverno, na região de Piracicaba, SP, sob diferentes lâminas de irrigação (10 mm; 20 mm; 30 mm e 40 mm), utilizando um sistema de irrigação por aspersão com alas móveis. Dessa forma, buscou-se determinar qual seria a melhor lâmina de irrigação, necessária para garantir o melhor índice de pegamento e alto vigor no estabelecimento e desenvolvimento das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar para a região de Piracicaba-SP. Foram feitas avaliações periódicas (não destrutivas), tais como: mortalidade das mudas; clorofila total na folha; tamanho da muda; índice de área foliar; número de perfilhos brotados por metro; percentual de falha no canavial. Além de avaliações periódicas (destrutivas), tais como: avaliação do tamanho da raiz; massa seca da raiz; massa seca da parte aérea e número de perfilhos totais. As análises estatísticas das lâminas de irrigação foram realizadas pelo método de Tukey ao nível de 5% de probabilidade. Diante dos resultados obtidos, verificou-se que a lâmina de 10 mm possibilitou os melhores índices de pegamento e proporcionou um índice superior a 97,8% de sobrevivência de mudas. Também, observou-se uma estreita relação entre o índice de mortalidade no plantio de inverno das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com o manejo da irrigação, a qual nos primeiros dias após plantio foi fundamental para o estabelecimento e desenvolvimento das mudas. Cabe ressaltar que em caso da adoção de outro manejo de irrigação, com lâminas maiores, nessas condições experimentais, possivelmente haveria perdas de água, cujo fato nos dias atuais não é o ideal tendo em vista a busca por economia e manejo racional da água.

Modelo conceitual para comissionamento de sistemas prediais.

Atualmente, os edifícios, em função dos avanços tecnológicos dos sistemas prediais, necessitam de maior planejamento, detalhamento de projetos, controles de execução e treinamento dos profissionais de operação e manutenção para atender os requisitos de projeto do proprietário, que têm como premissa os conceitos de sustentabilidade, qualidade e desempenho. A presença dos sofisticados sistemas de controle contribui para facilitar o gerenciamento de insumos como água e energia, porém pequenas falhas podem levar a grandes falhas de desempenho. As falhas na concepção dos edifícios têm início com a má interpretação, por parte da equipe técnica, dos requisitos dos proprietários. Assim, é necessário que na concepção do edifício sejam verificados todos os requisitos solicitados pelos proprietários para o edifício durante o seu ciclo de vida. A falha da comunicação percorre toda a cadeia produtiva do edifício gerando falhas de planejamento, projeto, execução e manutenção. O comissionamento é um processo para atender aos requisitos de projeto do proprietário, documentar as fases do ciclo de vida dos edifícios, capacitar os profissionais de operação e manutenção, com o objetivo de evitar as falhas, diminuir desperdícios e retrabalhos, melhorar a qualidade, o desempenho e a sustentabilidade dos edifícios. O comissionamento é mais difundido em sistemas prediais de ar condicionado e de iluminação tendo como meta a alta eficiência energética e a economia de água, sendo pouco utilizado no Brasil. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa é propor um modelo conceitual de comissionamento para sistemas prediais. A metodologia adotada para o desenvolvimento do modelo, utiliza a pesquisa bibliográfica como procedimento técnico. Para elucidar em que fase o comissionamento é aplicado, este foi relacionado com os outros conceitos utilizados no ciclo de vida do edifício como a coordenação de projeto, o gerenciamento de execução, o gerenciamento de facilidades, a qualidade, o desempenho, a sustentabilidade. Para o desenvolvimento do modelo conceitual é apresentado um fluxo das fases do ciclo de vida e respectivas etapas do comissionamento e outro fluxo com a relação de documentos gerados em cada fase. O resultado, ou seja, o modelo conceitual dá as diretrizes para o desenvolvimento de um comissionamento por meio da descrição das atividades, das competências e dos produtos gerados em cada etapa do comissionamento, conforme as fases do ciclo do edifício. Este trabalho contribui para difundir o comissionamento e embasar a sua aplicação em edifícios.