Orientadores: Watson Loh, Edvaldo Sabadini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:19:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Padula_Lilian_D.pdf: 2979563 bytes, checksum: 326395f8133ab39db6f41ffbeff5d688 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta tese envolve o estudo da origem da alta viscosidade de dois óleos pesados brasileiros, OF1 e OF2, utilizando, para isso, aditivos químicos e tratamentos físicos. Através deste estudo confirmou-se o papel importante dos asfaltenos na viscosidade dos óleos aqui estudados. Investigações com espalhamento de raios-X em baixo ângulo (SAXS) indicaram a presença de agregados nestes óleosos quais apresentam uma agregação sequencial e hierarquizada. Além disso, estudou-se o que exercia um papel mais marcante sobre a viscosidade, o tamanho dos agregados ou a concentração dos mesmos. Verificou-se então que a concentração de agregados é o que apresenta maior efeito sobre a viscosidade dos óleos, uma vez que óleos com diferentes viscosidades 300.000 e 30.000 mPas apresentaram tamanho de agregados muito próximos,maior que 41 e 43 nm. No entanto, asconcentrações de asfalteno C5I eram bem diferentes para OF2s e OF1s, 14 e 20 % respectivamente, sendo mais viscosos aqueles com maior concentração de asfaltenos. O estudo com aditivos de diferentes classes mostrou que os mesmos não promoviam redução da viscosidade superior a 40 %. Além disso, mesmo os aditivos que causaram redução de 40 % na viscosidade não demonstraram nenhum efeito na microestrutura dos óleosquando avaliados por SAXS. Devido a esses resultados, propôs-se um modelobaseado no modelo desuspensão coloidal no qual os aditivos atuam sobre a fase contínua, em um efeito similar ao de diluição, não promovendo alterações nos agregados de asfaltenos na faixa de concentração estudada. Portanto, não faria sentido pensar em aditivos que em pequenas concentrações reduzam drasticamente a viscosidade / Abstract: Investigation of the elevated viscosity of two Brazilian heavy oils, OF1 and OF2, using several classes of additives and physical treatments. The studyreinforced the asphaltenes role on heavy oils viscosity. And SAXS investigationshave shown the presence of aggregates in these oils which aggregates in asequential and hierarchized. Furthermore showed also that, the concentration has a major contribution than the size of aggregates, because crudes with very different viscosities 300.000 and 30.000 mPas presented very similar aggregates sizes, 41 and 43 nm, but concentrations of asphaltene I5 quite different 14 and 20% respectively. Studying the rheology of several classes of additives the maximum viscosity reduction promoted was 40% of the initial value for heavy oils OF1s and OF2s presented. Also, the additives did not promote changes on the microstructure of asphaltene aggregates; therefore, a hypothesis having in mind petroleum as a colloidal suspension was formulated. This hypothesis states that the additives act only on the continuous medium, not on the aggregates themselves, similarly to a dilution effect. Therefore, it is very unlikely to find an additive that can be used as viscosity reducer through asphaltene disaggregation on heavy oils, at least on the additive concentration range studied here / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Extracting and producing heavy oil presents many difficulties, promoted by the nature of the constant quantities involved, such as viscosity of the oil, the means through where it moves the salinity of water, oil composition, the temperature and so forth. In the pumping, the amount of oil which is drawn is not enough to meet the expenses, that is, the cost-effectiveness has not been satisfactory. This work (Collection and Characterization of Emulsion to the correction of Heavy Oil Flow) sought to analyze the physical and chemical behavior and rheology of emulsions regarding the mobility and displacement of Heavy Oil. With the prior characterization of heavy oil from a study in the wells of the regions and UN-SEAL using sodium dodecyl sulfate (SDS) emulsion type water and oil were obtained (W / O). To the obtainment and the formulation of the oil-water emulsion type, the use of surfactant was essential to the choice of the anionic SDS, since this surfactant is widely used in the petroleum industry. The developments made in this work, in other words, obtaining the w / o emulsions, showed a decrease in viscosity, the shear stress with increasing shear rate with the behavior of a pseudo plastic fluid. It follows that achieving the w / o emulsions, in the micellar concentrations such as 6.67 x 10-2 g.mL-1, 1.0 x 10-1 g.mL-1 and 3.75 g.mL-1 to obtain the w / o emulsions were satisfactory, compared to concentrations of ions present in the oil sample, the pH, the levels of aromatics, resins and asphaltenes, the API gravity, the density, the shaking time, 6 min , the rotation speed of 1000 RPM ± 50, the temperature of 27 ° C, with the breaking time o the emulsion 300 min observed that the viscosity of emulsified oil, tension and shear rate were reduced. Therefore, emulsion water / oil (W / O), obtained in this study achieved the goal of working to reduce the parameters that affect the mobility of heavy oil. / Extrair e produzir óleo pesado apresentam muitas dificuldades, promovidas pela natureza das constantes grandezas envolvidas tais como: viscosidade do óleo, meio por onde este se desloca, a salinidade da água presente no meio, a composição do óleo, a temperatura do meio e outras. No bombeamento a quantidade arrastada de óleo não é bastante para fazer frente aos gastos, isto é, o custo-benefício, não tem sido satisfatório. O presente trabalho (Obtenção e Caracterização de Emulsão para Correção de Escoamento de Óleo Pesado) buscou analisar o comportamento físico-químico e reológico de emulsões quanto à mobilidade e o deslocamento do Óleo Pesado. Com a caracterização prévia do óleo pesado em estudo proveniente de poços da região UN-SEAL e utilizando o Dodecil Sulfato de Sódio (SDS) foram obtidas emulsões tipo Água e Óleo (A/O). Para formulação e obtenção de emulsão tipo água-óleo, o uso de surfactante foi imprescindível. A escolha do aniônico SDS, uma vez que, este surfactante é muito utilizado na indústria do petróleo. Os desenvolvimentos realizados nesse trabalho, ou seja, a obtenção das emulsões A/O, mostrou uma diminuição da viscosidade, da tensão de cisalhamento com o aumento da taxa de cisalhamento com um comportamento de um fluido pseudo-plástico. De onde se conclui que a obtenção das emulsões A/O, nas concentrações micelares tais como: 6,67x 10-2 g.mL-1, 1,0x 10-1g. mL-1 e 3,75 g.mL-1 para a obtenção das emulsões A/O, foram satisfatórias, relativamente às concentrações de íons presentes na amostra de óleo, do pH, dos teores de aromáticos, resinas e asfaltenos, do grau API; da massa especifica,do tempo de agitação, 6 min, a velocidade de rotação 1000±50 RPM, a temperatura do meio 27 ºC, com tempo de quebra da emulsão 300 min observado que a viscosidade do óleo emulsionado, tensão e taxa de cisalhamento foram reduzidas. Portanto, emulsões água/óleo (A/O), obtidas neste estudo atingiram o objetivo do trabalho de reduzir os parâmetros que interferem na mobilidade do óleo pesado.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-11-19T12:14:23Z No. of bitstreams: 1 Itala Gabriela Sobral dos Santos.pdf: 1524850 bytes, checksum: d190d09188d89d251e7d2d124e896cc4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-19T12:14:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Itala Gabriela Sobral dos Santos.pdf: 1524850 bytes, checksum: d190d09188d89d251e7d2d124e896cc4 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / The Tatuoca River is part of the Suape Harbor Industrial Complex (CIPS), which used to be used to grow sugarcane and fishing activities before the construction of the port. In recent years, the river has suffered direct anthropogenic impacts from the port. The present study aims to analyze the quality of Tatuoca River sediments by observing and comparing the evolution of the chemical species present in the collected samples based on metals As, Cr, Cu, Pb and Zn. The research was based on two collections (2010 and 2017) in five points, using percussion sampling (25cm) with 5cm intervals, and application of geochemical indexes (Pollution Loading Index (CPI), Enrichment Factor (FE) and Index Geochemical (IGeo) to assess the environmental quality of the sediment and metals were analyzed by the Geosol-Lakefield Laboratory, and Principal Component Analysis for geochemical association assessment. Based on the results obtained, it was observed that the average of the total concentrations of the analyzed points no metal presented a value higher than the limit established by the Conama 454/12, but Cu and Zn metals exceeded these values in the superficial layer of the sediment in some of the studied points . Regarding the ICP, it ranged from moderately polluted to pollute in both collections. The FE and IGeo were strongly marked by Cu and Zn metals as moderately polluted. The results of the analysis of the sediments comprised 23 chemical elements (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, Ti, As, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ba, Co, La, Li, Mo, Sr , V, Y and Zr). In this way the PCA revealed that the metals had different behaviors between the collections, being able to be correlated with the period of greater anthropic impact during the construction of the dam. It was possible to conclude that these results delineated zones of greater influence of the elements of different pedological origins, or of existing port activities at the site, that affected the sediments deposited over time in the Tatuoca river. In general, this study contributed to the monitoring of the sediment with the evolution of the time, since the average concentrations of the collected chemical species reduced, and to be correlated with the impacts in the construction of the dam, that is, season in which the river suffered interference direct the activities of the port complex and the shipyard more effectively. Together with this, the port activities and the contribution of the terrigenous material, affect directly in the studied compartment. In view of all the results, it is necessary to periodically monitor the area to avoid and mitigate effects of greater gravity to the environment. / O rio Tatuoca está inserido no Complexo Industrial Portuário de Suape (CIPS), que antes da construção do porto era destinado a cultura de cana-de-açúcar e atividades de pesca. Nos últimos anos, o rio vem sofrendo impactos antropogênicos diretos advindos do porto. O presente estudo tem por finalidade analisar a qualidade de sedimentos do Rio Tatuoca observando e comparando a evolução das espécies químicas presentes em testemunhos coletados com base nos metais As, Cr, Cu, Pb e Zn. A pesquisa foi baseada em duas coletas (2010 e 2017), em cinco pontos, utilizando o amostrador de percussão l com 25 cm e intervalos de 5cm, e aplicação de índices geoquímicos (Índice de Carga de Poluição (ICP), Fator de Enriquecimento (FE) e Índice Geoquímico (IGeo) para aferição da qualidade ambiental dos sedimento e os metais foram analisados pelo Laboratório Geosol-Lakefield, e a Análise de componentes principais para avaliação da associação geoquímica. Com base nos resultados obtidos, foi observado que a média das concentrações totais dos pontos analisados nenhum metal apresentou valor superior ao limite estabelecido pelo Conama 454/12, porém os metais Cu e Zn ultrapassaram estes valores na camada superficial do sedimento em alguns dos pontos estudados. Quanto ao ICP, variou de moderadamente poluído a poluído em ambas as coletas. Quanto ao FE e IGeo foram fortemente marcados pelos metais Cu e Zn como moderadamente poluído. Os resultados das análises dos sedimentos compreenderam 23 elementos químicos (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, Ti, As, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ba, Co, La, Li, Mo, Sr, V, Y e Zr), desta forma a ACP revelou que os metais tiveram comportamentos distintos entre as coletas, podendo estar correlacionado com o período de maior impacto antrópicos durante a construção do dique. Foi possível concluir que tais resultados delinearam zonas de maior influência dos elementos de origens pedológicas distintas, ou de atividades portuárias existentes no local, que afetaram os sedimentos depositados ao longo do tempo no rio Tatuoca. De maneira geral, este estudo contribuiu para o monitoramento do sedimento com a evolução do tempo, visto que as concentrações médias das espécies químicas coletadas reduziram, e estar correlatado com os impactos na construção do dique, ou seja, temporada em que o rio sofreu interferência direta das atividades do complexo portuário e do estaleiro de forma mais efetiva. Em conjunto a isso, as atividades portuárias e a contribuição do material terrígeno, afetam diretamente no compartimento estudado. Diante de todos os resultados, faz-se necessário o monitoramento periódico da área para evitar e mitigar efeitos de maior gravidade ao meio ambiente.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-11-22T15:29:09Z No. of bitstreams: 1 Fabricio Angelo Gabriel.pdf: 2771494 bytes, checksum: 3939c008b5cffdee217dd46107299ed6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-22T15:29:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabricio Angelo Gabriel.pdf: 2771494 bytes, checksum: 3939c008b5cffdee217dd46107299ed6 (MD5) Previous issue date: 2017-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The hydrographic basin of the Doce River is notable for its large volume of surface water and territorial area in the states of Minas Gerais and Espírito Santo. Although important to these states, it has been intensely influenced in the process of occupation, transformation, direct and indirect interference of the main channel over the last decades, resulting in negative effects on water and sediment quality, as well as consequences in the flows and geoforms on the course of the river. In this context, the purpose of this study was to monitor and evaluate the water and sediment quality of the lower Doce River, Espírito Santo, in relation to the presence of chemical species (Al, Fe, Ti, K, Ca, P, S, Zr, Mn, Zn, Sr, Cu, Nb, Y, Rb, Ni, Cr, Cd e Pb) and the application of geochemical indexes (Contamination Factor (CF), Pollution Load Index (PLI), Enrichment Factor (EF) and Geochemical Index (GeoI)) to measure the environmental quality of the sediments. Similarly, analyze data and information from agencies (ANA, IEMA, IGAM) concerning the chemical analysis of water. The sediment samples were collected in the Doce River in the municipality of Colatina, Espírito Santo, at nine sites where they are supposed to be minimally affected by anthropogenic contamination, and are places of great importance for the subsistence of the population. The level of the chemical species was determined by the Geosol-Lakefield Laboratory, located in the State of Minas Gerais. In relation to the physical aspects, it was carried out at the Construction Materials Laboratory, Department of Rural Technology, Federal Rural University of Pernambuco. The geoaccumulation index showed that most of the sampled sediments of the lower Doce River do not present contamination problems, being weak to moderately contaminated only by cobalt. For the contamination factor, the Co element presented the highest degree of contamination for all sites and periods analyzed. In relation to the Fe, the Co and Ni elements in the rainy season (at sites P4 and P8) indicate high enrichment. When the PLI is calculated, 33% of the sites are contaminated in the dry period, increasing to 44% in the rainy season. Regarding the water monitoring, the elements Fe, Mn, Al and Pb had the highest concentrations, above the allowable value defined by Brazilian National Environmental Council (CONAMA) Resolution 357/05 for class 2. The elements As, Cr, Ni and Zn reached the guideline value for class 2 only in november 2015 in Baixo Guandu, the beginning of Espirito Santos’ portion of the basin. In this context, the results presented here may direct future studies in relation to the environmental geochemistry of Espirito Santos’ portion of the basin, as well as in the elaboration of a management plan, since it is proven the use of the river’s water for human consumption. / A bacia hidrográfica do rio Doce se destaca por seu grande volume de água superficial e área de território nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo. Apesar de ser importante para esses estados, ao longo das últimas décadas vem sendo influenciada intensamente no processo de ocupação, transformação e interferência direta e/ou indireta do canal principal, resultando em efeitos negativos na qualidade das águas e sedimentos, além de trazer consequências nas vazões e geoformas do curso do rio. Neste contexto, este estudo tem por finalidade monitorar e avaliar a qualidade da água e de sedimento do baixo curso do rio Doce, Espírito Santo, em relação à presença de espécies químicas (Al, Fe, Ti, K, Ca, P, S, Zr, Mn, Zn, Sr, Cu, Nb, Y, Rb, Ni, Cr, Cd e Pb) e aplicação de índices geoquímicos (Fator de Contaminação (FC), Índice de Carga de Poluição (ICP), Fator de Enriquecimento (FE) e Índice Geoquímico (IGeo) para aferição da qualidade ambiental dos sedimentos. Da mesma forma, analisar dados e informações de órgãos e agências (ANA, IEMA, IGAM) referentes à análise química da água. As amostras de sedimentos foram coletadas no rio Doce no município de Colatina (Espírito Santo) em nove pontos em que se supõem que sejam minimamente afetados pela contaminação antropogênica, e sendo locais de grande importância para a subsistência da população. Foi determinado o nível das espécies químicas pelo Laboratório Geosol-Lakefield, situado no Estado de Minas Gerais, em relação aos aspectos físicos, foi realizado no Laboratório de Materiais de Construção (Departamento de Tecnologia Rural da Universidade Federal Rural de Pernambuco). O índice de geoacumulação demostrou que a maioria dos pontos amostrados de sedimentos do baixo rio Doce não apresentam problemas de contaminação, estando fraco a moderadamente contaminado apenas por cobalto. Para o fator de contaminação, o elemento Co apresentou o maior grau de contaminação para todos os pontos e períodos analisados. Em relação ao FE, os elementos Co e Ni no período chuvoso nos pontos P4 e P8 indicam enriquecimento elevado. Quando calculado o ICP, as 33% dos pontos estão contaminados no período seco, aumento para 44% no período chuvoso. Quanto ao monitoramento da água, os elementos Fe, Mn, Al e Pb tiveram as maiores concentrações, acima do valor permissível definido pela Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 357/05 para a classe 2. Os elementos As, Cr, Ni e Zn atingiram o valor orientativo para a classe 2 apenas em novembro de 2015 na cidade de Baixo Guandu, início da porção capixaba da bacia. Neste contexto, os resultados aqui expostos podem direcionar futuros estudos em relação a geoquímica ambiental da porção capixaba da bacia, bem como na elaboração de um plano de gestão e manejo, pois é comprovado o uso da água para consumo humano.

Orientador: Liliane Santos de Camargos / Resumo: As intensas atividades antropogênicas têm aumentado as concentrações de metais pesados no solo, por meio do uso excessivo de produtos químicos e do descarte inadequado e acúmulo de resíduos sólidos e líquidos, por exemplo, surgindo assim riscos de poluição do solo e corpos d’água. O desenvolvimento de tecnologias sustentáveis, efetivas e de baixo custo para recuperação de áreas contaminadas por metais pesados é de extrema necessidade. A fitorremediação é uma técnica, de baixo custo, que utiliza plantas na recuperação de solos contaminados por metais pesados. Espécies de leguminosas apresentam características favoráveis para crescerem rapidamente em solos degradados, o que é uma característica importante quando considera-se o potencial para fitorremediação destes contaminantes. Objetivou-se caracterizar a resposta fisiológica, determinar a tolerância e o potencial fitorremediador de Leucaena leucocephala aos metais cobre e ferro. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em delineamento inteiramente casualizado para ambos os metais. O solo foi tratado com cinco doses, além do controle (0, 100, 200, 300, 400 e 500 mg/dm3 solo), em sacos de mudas com capacidade para 2 dm3 de solo. Sementes de L. leucocephala foram semeadas diretamente no solo contaminado e cultivadas por 120 dias. Os parâmetros fotossintéticos, foram analisados; o material vegetal foi coletado e os tecidos foram separados, medidos e pesados para avaliação de crescimento. Teores de clorofila e carotenoide... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The intense anthropogenic activities have increased the concentrations of heavy metals in the soil, through the excessive use of chemicals and the improper disposal and accumulation of solid and liquid residues, for example, thus resulting in risks of pollution of the soil and water bodies. The development of sustainable, effective and low-cost technologies for the recovery of areas contaminated by heavy metals is extremely necessary. Phytoremediation is a technique that uses plants to recover soils contaminated by heavy metals. Legume species have favorable characteristics to grow quickly in degraded soils, which is an important characteristic when considering the potential for phytoremediation of these contaminants. The objective was to characterize the physiological response, to determine the tolerance and phytoremediation potential of Leucaena leucocephala to copper and iron metals. The experiment was carried out in a greenhouse, in a completely randomized design for both metals. The soil was treated with five doses, in addition to the control (100, 200, 300, 400 and 500 mg/dm3 soil), in seedling bags with a capacity of 2 dm3 soil. Leucaena leucocephala seeds were sown and cultivated for 120 days. The photosynthetic parameters were analyzed; the plant material was collected and the tissues were separated, measured and weighed for growth evaluation. Chlorophyll and carotenoid contents were quantified in the leaves. Nutrient contents in plants and soil were determined. The ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2018-02-22T17:44:00Z No. of bitstreams: 1 Andrea Gracio Coimbra Dissertacao UFF.pdf: 478858 bytes, checksum: f271e67be3356aa1d20484b3af07d458 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T17:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrea Gracio Coimbra Dissertacao UFF.pdf: 478858 bytes, checksum: f271e67be3356aa1d20484b3af07d458 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / As concentrações de mercúrio (Hg), cobre (Cu), zinco (Zn), cromo (Cr), níquel (Ni), ferro (Fe) e manganês (Mn) foram determinadas em sedimentos superficiais e em moluscos bivalves das espécies Anomalocardia brasiliana e Mytella guyanensis em dois ecossistemas de manguezal da Baía de Sepetiba, em Coroa Grande e na Enseada das Garças, Estado do Rio de Janeiro, Brasil. As concentrações de metais fracamente ligados (extraídos em HCl 1 M) e a as concentrações de metais pseudo-totais (soma das frações fracamente ligadas e fortemente ligadas, extraída em água régia 50%) nos sedimentos foram comparadas com as concentrações de metais pesados encontrados em cada uma das espécies de moluscos, nas localidades estudadas. As concentrações de metais pesados nos moluscos foram comparadas com o tamanho do organismo para avaliar possíveis diferenças nas concentrações de metais relacionadas ao tamanho do organismo. Além disso, foi discutido o uso desses organismos como monitores biológicos em programas de monitoramento ambiental. Os resultados mostram que as concentrações de metais pesados, tanto na fração fracamente ligada quanto as concentrações de metais pseudo-totais, foram mais altas nos sedimentos de Coroa Grande, provavelmente pela proximidade com as principais fontes de contaminação. Além disso, a circulação das águas da Baía de Sepetiba mostra que a região de Coroa Grande acumula mais rapidamente as partículas em suspensão transportadas por essas águas quando comparadas com a região da Enseada das Garças. As concentrações de metais pesados não apresentaram correlação significativa com o tamanho para a espécie Anomalocardia brasiliana enquanto que, para a espécie Mytella guyanensis, foram observadas correlações negativas com o tamanho dos indivíduos. Os resultados mostram diferenças significativas nas concentrações de metais pesados nas espécies estudadas entre as duas áreas. Comparando as concentrações de metais pesados encontrados nos sedimentos com as dos organismos, observa-se que essas espécies podem ser usadas em programas de monitoramento ambiental. Entretanto, fatores como diferenças na assimilação para cada tipo de metal pesado em diferentes espécies, tamanho do organismo e as características do sedimento devem ser levados em consideração. / The concentrations of mercury (Hg), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), nickel (Ni), iron (Fe) and manganese (Mn) were determined in superficial sediments and in the bivalve mollusks Anomalocardia brasiliana and Mytella guyanensis in two mangroves ecosystems in Sepetiba Bay, in Coroa Grande and in Enseada das Garças, State of Rio de Janeiro, Brazil. The concentrations of metals weakly-bound to the sediment (extractable in 1M HCl) and the pseudo-totals concentrations (sum of weakly-bound and strongly-bound, 50% aqua regia-extractable fractions) in sediments were compared with the concentrations of heavy metals found in each species of mollusks in the studied sites. Metal concentrations in mollusks were compared with the size of the organism to evaluate possible differences in the concentrations of metals related to the size of the organism. The use of these organisms as biological monitors in environmental monitoring programs was discussed. Results show that the concentrations of heavy metals in both the weakly-bound and pseudo-totals concentrations were higher in the sediments of Coroa Grande, probably because the proximity with the main sources of contamination. Moreover, the circulation of Sepetiba Bay waters shows that the Coroa Grande area accumulates the particulate matter transported by bay waters more quickly than Enseada das Garças area. The concentrations of heavy metals did not present significant correlation with the size of Anomalocardia brasiliana, while there were negative correlations between metals and Mytella guyanensis size. Significant differences in the metal concentrations in the species studied occurred among the two sites. Comparing the concentrations of heavy metals found in the sediments and in the organisms, it is observed that these species can be used in environmental monitoring programs. However, factors as differences in the assimilation for each type of heavy metal in different species, size of the organism and characteristics of the sediment should be taken into account.

Orientador: Marina Corrêa Côrtes / Resumo: A fragmentação dos ambientes naturais pode gerar consequências negativas para a diversidade genética, a evolução e a conservação da biodiversidade. Esses efeitos podem se tornar ameaças à relevância dos ecossistemas para conservação da biodiversidade ao longo prazo e podem impulsionar a ocorrência de fenômenos evolutivos como a adaptação local em populações isoladas. Consequências negativas resultantes da fragmentação podem ser amplificadas por outras pressões negativas comuns em ambientes isolados, incluindo a poluição por metais pesados. A primeira parte desta tese avalia importantes mecanismos evolutivos que promovem a adaptação de plantas a solos contaminados por metais pesados. Informações sobre ecologia populacional, genômica e identificação de genes importantes para adaptação à alta concentração de elementos tóxicos, incluindo Fe, Pb, Cu, Al e Zn, foram usadas para testar mecanismos evolutivos. O estudo revela estratégias ecológicas e genes importantes para o crescimento de Cattleya liliputana em solos contaminados. Melhores ferramentas para a gestão da paisagem e maior integração de áreas protegidas e paisagens produtivas são importantes para reverter a tendência global de fragmentação e uso insustentável dos recursos naturais. A segunda parte da tese fornece ferramentas e análises para promover a conectividade, a integração e o manejo efetivo da paisagem. No segundo capítulo, uma ferramenta de análise espacial de fácil utilização para apoiar projetos com objetivo de ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The fragmentation of natural environments has pervasive consequences to genetic diversity, evolution and the conservation of biodiversity. These effects are important threats to the long-term relevance of ecosystems, and may drive evolutionary responses such as the local adaptation of isolated populations. Negative consequences resulting from fragmentation can be amplified by other common negative pressures in isolated environments, including pollution by heavy metals. Species that survive after contamination play an important role for restoration but face strong selective pressure for adaptation to the contaminants within an isolated environment. The first part of the thesis shed light on important evolutionary mechanisms that drive plant adaptation to soils contaminated by heavy metals. Information regarding population ecology, genomics, and identification of important genes for adaptation to the high concentration of toxic elements, including Fe, Pb, Cu, Al and Zn were used to test major evolutionary mechanisms. The study revealed ecological strategies and genes important for Cattleya liliputana adaptation to contaminated soils. Better tools for landscape management and enhanced integration of protected areas and production landscapes are important strategies to counter the global trend on fragmentation and unsustainable use of natural resources. The second part of the thesis provides tools and analysis to promote connectivity, integration and effective landscape managemen... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Soils have been contaminated with cadmium (Cd) by the use of fertilizers, calcareous, pesticides and industrial and/or domestic effluents. It can be leached to groundwater, as well as be taken up by plants potentially leading to reduce growth and yield. It causes different damages to the cell, generating oxidative stress which is responsible for its toxicity, affecting all living organism. A balance in the redox state of the cell to maintain cellular integrity and metabolism is essential for organism tolerance. Thus, the antioxidant response of bacteria exposed to Cd was studied to understand the tolerance mechanism, and be able to develop a methodology to bioremediate contaminated soils. MDA and hydrogen peroxide contents and different enzymes activity of antioxidant system (SOD, CAT, GR and GST) of two strains from Burkholderia genus, one from a soil contaminated with Cd in high concentrations (strain SCMS54) and the other from soil without Cd (strain SNMS32) in two exposure time (5 and 12 h), were analyzed. Stress measurement (MDA and hydrogen peroxide content) and antioxidant enzyme activities (SOD, CAT, GR and GST) increased in almost all treatments in the presence of Cd. These results also indicate that strain SCMS54 (isolated from Cd contaminated soil) presents a higher metabolic diversity and plasticity due the expression of more isoforms of the enzymes SOD, CAT and GR. The strain also accumulates 50% more Cd. We also analyzed the response to Ni of these two strain, observing a similar response to Cd, except for GST enzyme expression, which in strain SCMS54 this enzyme was induced in the presence of Ni, indicating that this enzyme can be essential on Ni tolerance. After that, the strain isolated from Cd contaminated soil (SCMS54) was selected to proceed the studies to evaluate the benefits of tolerant microorganism-tomato plant interaction. The use of plants to remove heavy metals from contaminated soilhas less impact and a lower cost. Soil microorganisms can be able to solubilize or mobilize soil metals acting also as bioremediator. Besides the high tolerance to Cd, the strain SCMS54 can produce indole-acetic acid (IAA), solubilize inorganic phosphate and produce siderophore, revealing its potential in plantmicroorganism mutual and beneficial interaction. When interacting with tomato plants exposed to Cd, this bacterium led to decrease in plant peroxide concentration and chlorosis levels, promoted relative plant growth and reduced the root absorption of Cd resulting in an increase in plant tolerance to this highly toxic heavy metal. Indicating that inoculation of tomato plants with Burkholderia sp. SCMS54 promotes better growth when cultivated in the presence of Cd by a mechanism that appears to decrease Cd concentration in roots as a result of a bacterial-plant root beneficial interaction. / O cádmio (Cd) tem contaminado solos pelo uso de fertilizantes, calcário, agrotóxicos e resíduos industriais e/ou domésticos. Podendo ser lixiviado ao lençol freático ou absorvido pelas plantas,resultando na redução do crescimento e da produtividade. Esse metal afeta todos os organismos vivos e causa diferentes danos às células. A tolerância a esse metal se deve principalmente ao balanço do estado redox da célula para manter a integridade celular e metabolismo.Assim, foram isoladas bactérias de solo contaminado e não contaminado com Cd, selecionando isolados tolerantes a altas concentrações de diferentes metais (Cd, Ni e Zn), em seguida, foi observado a resposta do sistema antioxidante da bactéria na presença do Cd, a fim de auxiliar no desenvolvimento de metodologias para biorremediar solos contaminados. Foi quantificado MDA e peróxido de hidrogênio e a atividade de diferentes enzimas do sistema antioxidante (SOD, CAT, GR e GST) de duas estirpes do gênero Burkholderia tolerantes a todos os metais testados, uma isolada do solo contaminado com altas concentrações de Cd (estirpe SCMS54) e a outra do solo sem Cd (estirpe SNMS32) em dois tempos de exposição (5 e 12 h). Na estirpe SCMS54, as medidas de estresse (peroxidação lipídica e peróxido de hidrogênio) e a atividade das enzimas antioxidantes (SOD, CAT, GR e GST) da maioria dos tratamento com cádmio aumentaram, esta estirpe também expressa mais isoformas de SOD, CAT e GR, além de acumular 50% mais Cd. Esses resultados mostram que a estirpe SCMS54 (isolada do solo contaminado com Cd) apresenta uma maior diversidade metabólica e plasticidade. Foram analisadas também a resposta dessas duas estirpes ao Ni, observando uma resposta semelhante ao Cd, exceto na expressão da enzima GST, que no estirpe SCMS54 foi induzida na presença do Ni, indicando que essa enzima pode ser essencial na tolerância ao Ni. Portanto, a estirpe isoladado solo contaminado com Cd (SCMS54) foi selecionada para prosseguir os estudos e avaliar os benefícios da interação entre microrganismos tolerantes-plantas de tomate na fitorremediação. Essa técnica é usada remover para metais pesados do solo com um menor impacto e baixos custos. Os microrganismos do solo podem solubilizar e mobilizar metais do solo, atuando como biorremediador. Além da alta tolerância ao Cd, a estirpe SCMS54 produz ácido indol acético (AIA), solubiliza fosfato inorgânico e produz sideroforo, mostrando seu potencial na interação benéfica planta-microorganismo. Quando interagindo com as plantas de tomate expostas ao Cd, essa bactéria diminui a concentração de peróxido da planta e a clorose ocasionado pelo Cd,e reduz a absorção de Cd pela raiz resultando em um aumento da tolerância da planta ao metal pesado altamente tóxico. Assim, a inoculação de plantas de tomate com Burkholderia sp. SCMS54 promove crescimento da planta na presença de Cd, desencadeando um mecanismo que diminui a concentração de Cd nas raízes devido a essa interação benéfica bactéria-raiz da planta.

As preocupações com o ambiente e com a saúde da população exigem que a cada dia uma maior porcentagem de esgotos sanitários sejam tratados. Entretanto esse tratamento é responsável por um novo problema: as quantidades de lodo geradas. Uma das alternativas para destino final desse resíduo, que após devidamente higienizado e condicionado passa a ser conhecido como biossólido, é o seu uso racional no solo com culturas que não são destinadas a consumo direto como é o caso dos plantios florestais. Nesse aspecto, são necessários estudos procurando avaliar em longo prazo, os efeitos benéficos do biossólido no fornecimento de nutrientes e também os prováveis prejuízos causados pela presença de metais pesados. No presente estudo é feita a avaliação dos parâmetros de fertilidade de Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico típico, A moderado, textura média, em várias profundidades (0-10, 10-20, 20-30, 30-60 e 60-90 cm) e dos teores de N e dos metais Cd, Cr, Cu, Ni e Zn no solo e em folhas de Eucalyptus grandis, numa área onde, há cinqüenta e cinco meses, foi feita a aplicação de biossólido em doses de 10, 20 e 40 t ha-1. O ensaio foi montado em 1998 seguindo um delineamento com 6 tratamentos dispostos em quatro blocos aleatorizados totalizando 24 parcelas experimentais. Os resultados obtidos, 55 meses após a aplicação do biossólido, permitiram as seguintes conclusões: 1. embora a aplicação de biossólido em quantidades superiores a 20 t ha-1 tenha resultado em aumento dos teores de N-total em profundidade no solo, este incremento não supõe riscos ambientais diferentes dos decorrentes da fertilização mineral; 2. a concentração foliar de nitrogênio não foi influenciada pelo aporte de nitrogênio do biossólido; 3. as doses utilizadas de biossólido não proporcionaram aumentos nos teores dos metais Cd e Cr no solo e não foram verificadas evidências de fitodisponibilidade desses metais; 4. os teores de Cu, Ni e Zn extraíveis aumentaram com o tempo decorrido desde a aplicação do biossólido, indicando a possibilidade de mobilidade e fitodisponibilidade desses metais no solo quando da aplicação do biossólido na dose de 40 t ha-1 (base seca). Não obstante, estes aumentos não representaram risco para a cultura do eucalipto. / Concern regarding environmental quality and human health demands wastewater treatment technology and, with this treatment, sewage sludge is generated. The sewage sludge, after a properly microorganism reduction and physically conditioning, is usually known as biosolid. One of the alternatives for biosolid final disposal is the application in agriculture in areas with cultures not used for food consumption such as planted forestry. In this case it is necessary to evaluate, in long term studies, on the efficiency of the biosolid as a nutrient source supply as well as the possible harm effects considering the heavy metals content in the waste. In this study, an evaluation on N and Cd, Cr, Cu, Ni and Zn in soil (Typic Haplorthox) and in Eucalyptus grandis leaves, was effected in an experimental area where biosolid was applied in levels of 10, 20 and 40 t ha-1, 55 months ago. The experimental design adopted was randomized blocks, for treatments and replications. The results obtained, after 55 months of biosolid application, were: 1. there was an increase on nitrogen level in the deepest soil layer that was evaluated (60-90cm) due to biosolid application in levels of 20 or 40 t ha-1 , but the environmental risk of this increase is not different from the one that is caused by the use of mineral fertilizers; 2. the nitrogen level in Eucalyptus grandis leaves was not affected by biosolid application; 3. levels of Cd and Cr did not increase in the soil and no availability of those metals to the trees was observed; 4. there was an increase, over time, in the soil level of Cu, Ni and Zn removed by Mehlich extractant, in the treatment using 40 t ha-1 of biosolids. These increases indicate the possibility of mobility and plant availability of those metals, although these increases did not represent any harm effects to Eucalyptus grandis trees.

Os metais pesados são elementos químicos com alta densidade (>5 g.cm-3), presentes naturalmente na crosta terrestre, e o aumento das atividades antropogênicas vêm acelerando a liberação destes elementos nos ecossistemas. Tais elementos podem ser extremamente tóxicos (ex. mercúrio, chumbo, cádmio) ou tóxicos quando em concentrações elevadas (zinco e cobre). A fitorremediação é uma técnica de descontaminação que utiliza as plantas para remover poluentes do ambiente ou transformá-los em formas menos perigosas para os seres vivos, sendo que o impacto ambiental e custos de implementação são muito inferiores àqueles alcançados pelos métodos físico-químicos. Uma cultura para ser utilizada com sucesso na recuperação de áreas contaminadas, deve ser eficiente na acumulação de metais, produzir grandes quantidades de biomassa e ser capaz de se adaptar as condições do ambiente contaminado. A cana-de-açúcar apresenta características fisiológicas, que a tornaram uma das culturas mais importantes e difundidas nas regiões tropicais, com alta produtividade de biomassa e rusticidade, possuidora de genes que codificam peptídeos quelantes de metais, já identificados no projeto genoma da cana-de-açúcar (SUCEST). Neste trabalho foi estudada a expressão gênica de metalotioneínas em plântulas de canade- açúcar. As plântulas foram cultivadas em hidroponia contendo níveis elevados de Cu+2 (50, 100, 250 e 500 µM) e Cd+2 (100, 250 e 500µM). A concentração do metal foi determinada nos tecidos de raiz e partes aéreas de plantas coletadas após 11 e 33 dias de tratamento. As maiores doses de Cu (250 e 500 µM) foram letais para as plantas após 11 dias de cultivo, entretanto o efeito das menores dosagens no crescimento foi comparável ao controle aos 33 dias de tratamento. As plantas foram capazes de acumular quantidades significativas de cobre e cádmio, principalmente nas raízes. Todas as dosagens de cádmio limitaram significativamente o crescimento, mas não o impediram. Extratos de RNA total foram analisados para a expressão dos genes de metalotioneína dos tipos I, II e III mediante Northern blot. Os resultados mostraram que houve expressão dos genes para metalotioneínas dos três tipos constitutivamente, sendo mais elevada para MT I e MT II, tanto em folhas como em raízes de cana de açúcar. A expressão de MT I foi maior nas raízes que nas folhas. Já os genes MT II e MT III foram mais expressos em folhas que em raízes. Os genes de metalotioneínas de cana-deaçúcar são pouco afetados ou não são modulados por Cobre. Em relação ao Cd, ocorre um acúmulo de transcritos de MT nas raízes aos 11 dias levemente proporcional à concentração do metal, (exceto para MT III) que é seguido de um decréscimo de transcritos, também paralelo aos teores de Cd na solução, aos 33 dias. Da mesma forma, existe uma indução de MT II e principalmente MT III na parte aérea, com o aumento da concentração de cádmio na solução, mais acentuada aos 11 dias. Estes resultados evidenciam a capacidade da cana-de-açúcar de tolerar e acumular Cu e Cd, sugerindo um potencial fitorremediador para recuperação de áreas contaminadas com esses metais. / Heavy metals are elements with high density (>5 g.cm-3), naturally occurring in soils, and with the increase of anthropogenic activities has accelerated the release of these elements in ecosystems. Heavy metals can be highly toxic (e.g. Mercury; Lead; Cadmium) or toxic at high concentration (Zinc and Copper). Phytoremediation is a clean up technology based on the use of plants to remove pollutants from the environment or to transform them in less toxic forms to living organisms, with less environmental impact at a lower cost than physic-chemical methods. A crop to be successfully used to recover contaminated areas must be efficient in metal accumulation, must yield large amounts of biomass and to be able to adapt to contaminated conditions. Sugarcane (Saccharum spp.) presents physiological characteristics that allowed this crop to become widely adopted in tropical, with high biomass production and with genes associated with chelating peptides already identified by the Sugarcane genome project (SUCEST). In this work, metallothionein gene expression was investigated in sugarcane plantlets. The young plants were growth in ¼ Hoagland solution containing elevated levels of Cu+2 (50, 100, 250 and 500 µM) or Cd+2 (100, 250 and 500µM). Metal concentration were determined in root and shoot tissues harvested at 11 and 33 days of treatment. The highest Cu doses (250 and 500 µM) killed the plants after 11 days of culture, however the effect of the lowest dosages were comparable to the control after 33 days of treatment. The plants were capable of accumulate large amount of Cu and Cd, mainly in roots. All Cd dosages significantly limited growth, but without stopping it. Total RNA was analyzed for metallothionein Type I, II and III gene expression by northern. Results indicated that expression of the three types of metallothionein genes was constitutive, with more expression of MT I and MT II, in leaves and roots. MT I expression was greater in roots than in shoots. But MT II and MT III genes were more expresses in shoots. Metallothionein gene expression was poorly affected or not at all by Cu. But for Cd, there was an accumulation of MT transcripts in roots at 11 days slightly proportional to Cd concentration, except for MT III, which was followed by a decrease in transcripts, also parallel to Cd levels in solution at 33 days. Similarly, there as an induction of MT II and mainly MT III in shots with the increase of Cd concentration in solution, more pronounced at 11 days of treatment. These results demonstrated the ability of sugarcane to tolerate and accumulate Cu and Cd, suggesting a potential application in phytoremediation of areas contaminated with heavy metals.