Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-10-03T16:31:46Z No. of bitstreams: 1 _Dissertação-1.pdf: 1765644 bytes, checksum: 7e195b49bdd27dff996d76e75bbb6210 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-03T16:31:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 _Dissertação-1.pdf: 1765644 bytes, checksum: 7e195b49bdd27dff996d76e75bbb6210 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O aquecimento global provocado por gases como CO2, N2O e o CH4 resultantes de atividades agrícolas e por solos alagados tem motivado inúmeros estudos em diversos países, procurando quantificar a contribuição de diferentes sistemas na emissão desses gases. Os objetivos desse estudo foram elucidar o mecanismo de produção do gás do efeito estufa, óxido nitroso (N2O) em uma área de floresta secundária baixa localizada em Manguariba - Rio de Janeiro e determinar se estas emissões ocorrem acompanhadas por processos de nitrificação ou desnitrificação. Para que isso fosse possível, foram realizadas quatro campanhas de amostragens seguidas de experimentos de incubação do solo em laboratório e análises químicas deste solo antes e após as incubações. Medidas de variação de pressão em câmaras sob condições controladas de temperatura foram realizadas empregando-se um manômetro tubo em “U” em quatro experimentos e um barômetro/sensor/datalogger em outros dois experimentos. As concentrações de N2O, bem como as de CH4 no solo, foram determinadas antes e após as incubações por cromatografia gasosa. Na primeira campanha de amostragem foram coletadas também amostras de água em um curso de água que pode ser uma fonte de nitrogênio para este solo, pois em época de chuvas a água poluída com esgoto doméstico, deste riacho chega até os pontos de amostragem. Foram determinadas as concentrações de amônio e nitrato em amostras do solo, antes e após incubações, e na água do riacho. Através dos dados gerados pelas análises químicas determinamos as taxas líquidas de nitrificação, mineralização/assimilação ocorridas durante o período de incubação do solo e correlacionamos essas taxas com a produção de óxido nitroso. A nitrificação a uma taxa constante se mostrou dominante no experimento onde houve a maior produção de N2O. Nos demais experimentos a nitrificação permaneceu dominante, porém seguida por desnitrificação em outros dois experimentos, nos quais a produção do gás foi muito pequena e até mesmo nula, indicando a redução do óxido nitroso a N2. A desnitrificação ocorreu de forma dominante em apenas um dos experimentos e possivelmente foi seguida por nitrificação, pois houve uma pequena produção de N2O durante esta incubação. / The global warming caused by greenhouse gases like CO2, CH4 and N2O resulting from agricultural activities and flooded soils has motivated numerous studies in many countries, seeking to quantify the contribution of different systems on greenhouse gas emissions. The objectives of this study were to elucidate the mechanism of production of greenhouse gas, nitrous oxide (N2O) in a secondary forest area located in downtown Manguariba (Rio de Janeiro) and determines if these emissions occur accompanied by processes of nitrification and denitrification. To make this possible, there were four sampling campaigns followed by incubation experiments of soil in the laboratory and chemical analyses of soil before and after incubations. Measures of barometric pressure variation in PVC chambers under controlled temperature were carried out using a variation of a pressure gauge manometer tube into "U" for four incubation experiments and a sensor which measures the pressure variation barometer / sensor / datalogger (Baro Diver) during the third and fourth experiments. N2O concentrations were determined by gas chromatography. In the first year of sampling, samples of water were taken from a tributary of the Rio Guandu, which can be a source of sewage pollution for this soil, because in the rainy season the water in this tributary reaches the sampling points. Chemical analysis was performed for determination of NH4 + and for analysis of nitrate ions. Data generated by the chemical analysis determined the rate of net nitrification, mineralization / assimilation which occurred during the incubation periods and correlated these rates with the production of nitrous oxide. Nitrification at a constant rate proved to be dominant in the experiment where there was a greater production of N2O. In other experiments, however, nitrification remained dominant followed by denitrification in two other experiments, in which gas production was very small and even zero, indicating the reduction of nitrous oxide to N2. Denitrification was very dominant in only one experiment and was followed by nitrification possibly because there was a small N2O production during this incubation. The experiment with the barometer / sensor / datalogger (Baro Diver) was carried out to confirm what would be the dominant process along these incubations. With this sensor we observed nitrification-dominant production of nitrous oxide. There were no correlations between the flow of N2O emitting in situ and flow generated during the incubation periods. We also observed that the effluent water from the Rio Guandu sample showed high concentrations of nitrate and ammonia and can be considered as a source of inorganic N to this soil

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2018-02-27T15:18:48Z No. of bitstreams: 1 Guimaraes GP 2005.pdf: 1398079 bytes, checksum: 2001454348415a2dbc540e659a2f4498 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-27T15:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes GP 2005.pdf: 1398079 bytes, checksum: 2001454348415a2dbc540e659a2f4498 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / Em ambientes marinhos, a química do nitrogênio é controlada por reações redox, mediadas pelo fitoplâncton e por bactérias, que produzem gases trocados com a atmosfera devido ao desequilíbrio entre as concentrações do ar e do mar. Os dois principais gases de nitrogênio envolvidos neste processo são a amônia (NH3) e o óxido nitroso (N2O). O NH3 é a base dominante na atmosfera, possuindo grande importância como neutralizador dos ácidos presentes no ar. O N2O é um importante gás traço na atmosfera e absorve radiação infravermelha contribuindo para o efeito estufa, além de estar associado a diminuição de O3 na estratosfera. Na Baía de Guanabara cerca de 7,8 milhões de habitantes geram esgotos domésticos, que são lançados diretamente nas suas águas gerando elevadas concentrações de nitrogênio inorgânico, levando a acreditar que esta é uma importante fonte de NH3 e N2O para a atmosfera. Neste trabalho foi realizada uma estimativa preliminar dos fluxos de NH3 e N2O na interface ar-mar da Baía de Guanabara em dois tipos de abordagem: espacial e temporal. Para a abordagem espacial foram coletadas 37 amostras entre os dias 05 e 07 de abril de 2004. Para a abordagem temporal, foram coletadas amostras semanais em 10 praias da cidade do Rio de Janeiro, durante o período de julho de 2003 e fevereiro de 2004 (macrotemporal, n = 267), e amostras de 3 em 3 horas em um ponto central durante 9 a 12 de fevereiro de 2004 (microtemporal, n = 25). Em todas as análises a temperatura, salinidade e pH foram medidos in situ e o nitrogênio amoniacal analisado através do método do indofenol. Apenas na abordagem espacial foram analisados nitrito, nitrato (métodos espectrofotométricos) e N2O por cromatografia gasosa com ECD. Os fluxos foram calculados baseado no modelo de duas camadas (two-layer model) adotando concentrações atmosféricas de 1 e 5 μg m-3 para NH3 e de 325 ppb para N2O. Os fluxos de NH3 na interface ar-mar variaram de –31 a 3486 μg N m-2 h-1. Considerando as maiores concentrações na atmosfera (5 μg NH3 m-3), 92% dos fluxos na abordagem espacial, 68% na macrotemporal e 20% na microtemporal indicaram emissão de NH3 para a atmosfera. Os fluxos de N2O variaram entre -46 e 2123 ng N m-2 h-1 (média 306 ± 495 ng N m-2 h-1), dos quais 89% representaram emissão para a atmosfera. Foi verificada uma alta correlação do N2O com o nitrito (r=0,84) indicando que provavelmente o processo dominante de produção de N2O nas águas superficiais da Baía de Guanabara é a nitrificação. Todos os dados indicam uma maior contribuição orgânica no setor oeste da Baía de Gaunabara, contribuindo com altos fluxos de NH3 e N2O para a atmosfera. / In the marine environment, the chemistry of nitrogen is controlled by redox reactions, mediated by phytoplankton and bacteria, that produce gases exchanged with the atmosphere due to the desequilibrium between the concentrations of air and sea. The two main gases of nitrogen involved in this process are ammonia (NH3) and nitrous oxide (N2O). NH3 is the dominant base in the atmosphere and has great importance as neutralizer of the acids in the air. N2O is a trace gas that absorbs infrared radiation contributing to global warming and to ozone depletion in the stratosphere. Around Guanabara Bay about 7.8 million of habitants release domestic sewage directly in to the water elevating the concentrations of inorganic nitrogen, which leads us to believe that this is an important source of NH3 and N2O to atmosphere. A preliminary estimate of the fluxes of NH3 and N2O in the air-sea interface of Guanabara Bay were made using two approachs: spatial and temporal. For the spatial approach 37 samples were collected from 5 to 7 April 2004. For the temporal approach weekly samples were collected at 10 beaches of the city of Rio de Janeiro, during the period of July 2003 and February 2004 (macro temporal, n = 267), and samples in intervals of 3 hours in a central point from 9 to 12 February 2004 (micro temporal, n = 25). The temperature, salinity and pH were measured in situ and the ammoniacal nitrogen analyzed by the indophenol method. Only in the spatial approach were analyzed the nitrite, nitrate (spectrophotometer methods) and N2O by gaseous chromatography with ECD. The fluxes were calculated based on the two-lawyer model adopting atmospheric concentrations of 1 and 5 μg m-3 for NH3 and 325 ppb for N2O. The fluxes of NH3 in the air-sea interface varied from –31 to 3486 μg N m-2 h-1. Considering the greatest concentrations adopted in air (5 μg NH3 m-3), 92% of the fluxes in the spatial, 68% of macro temporal and 20% of micro temporal approaches indicated emission of NH3 to the atmosphere. The fluxes of N2O varied between –6 and 2123 ng N m-2 h-1, of which 89% indicated emission to the air. A high correlation of N2O with nitrite (r=0.84) was verified indicating that probably the dominant process of production of N2O in the surface waters of Guanabara Bay is nitrification. All data indicate a greater organic contribution in the West sector of Guanabara Bay, contributing with high fluxes of NH3 and N2O to the atmosphere.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-08-31T14:28:05Z No. of bitstreams: 1 Tese Renato Ribeiro-FINAL (FINAL)_BGQ.pdf: 2538261 bytes, checksum: 368478fea67bb3f88e3e4eebf8a854cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-31T14:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Renato Ribeiro-FINAL (FINAL)_BGQ.pdf: 2538261 bytes, checksum: 368478fea67bb3f88e3e4eebf8a854cd (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O óxido nitroso (N2O) possui um potencial de aquecimento global 310 vezes superior ao do dióxido de carbono (CO2). Além disso, o N2O é a principal fonte de óxido nítrico (NO) na estratosfera, sendo indiretamente responsável pelo consumo do ozônio (O3) estratosférico. Os resíduos de origem humana representam uma das fontes de N2O, e estima-se que sistemas de tratamento de esgotos podem contribuir com cerca de 10% do total das emissões antrópicas. Nas estações de tratamento de esgotos (ETEs), as emissões de N2O ocorrem naturalmente devido às transformações microbiológicas dos compostos de nitrogênio (N) através dos processos de nitrificação e desnitrificação. Entretanto, não existe um único mecanismo de emissão de N2O provenientes de ETEs, e suas vias de produção são dependentes do projeto da planta e também relacionadas às diferentes condições dos principais parâmetros operacionais, tais como carga orgânica afluente, concentração de oxigênio dissolvido (OD), taxa de aeração e idade do lodo, dentre outros. O objetivo principal da presente tese foi determinar a relação das diferentes condições operacionais, tais como variabilidade na carga orgânica afluente, diferentes idades do lodo e taxas de aeração, limitação das concentrações de OD e choques de carga orgânica e de N amoniacal, nas emissões de N2O provenientes de diferentes sistemas de tratamento de esgotos por lodos ativados (convencional e aeração prolongada) operados com remoção biológica de N (RBN) e não-RBN, em escalas de bancada e real. Três experimentos realizados in situ em uma ETE de lodos ativados convencional, mostraram a influência da carga de NT afluente, especialmente NH4 +, e da taxa de aeração na emissão de N2O do tanque de aeração. O excesso de aeração intensifica o processo físico de transferência do N2O do meio líquido para a atmosfera e, portanto, deve ser evitado. O monitoramento contínuo das emissões de N2O dos tanques de aeração de três ETEs com sistemas de lodos ativados e operadas com RBN e não-RBN mostraram que as altas emissões de N2O representam condições de excesso de aeração ou uma perda da conversão de NH4 + a NO3 -, com acúmulo de NO2 -. Uma preocupação adicional é o lançamento de lixiviados de aterros sanitários em sistemas de tratamento de esgotos. Condições de estresse, tais como choque de carga de N amoniacal, podem causar uma limitação nas concentrações de OD, acúmulo de NO2 - e, consequentemente, maiores emissões de N2O. Assim, as medições contínuas de N2O podem fornecer informações importantes sobre a adequação da taxa de aeração e da perda de eficiência da nitrificação completa. Sistemas de tratamento de esgotos que não operam com RBN respondem por maiores emissões de N2O quando comparados com aqueles que removem N. Entretanto, um dos maiores desafios das ETEs com RBN é o controle adequado dos parâmetros operacionais responsáveis pelos processos de nitrificação e desnitrificação completos. Diferentes condições experimentais realizadas em um sistema de lodos ativados, em escala de bancada, mostraram que idades do lodo reduzidas (5 dias) combinadas com baixas concentrações de OD (0,5 mg L-1) resultaram em menores eficiências de oxidação de NTK e, consequentemente, em uma insignificante taxa de acúmulo de NO2 -. Nesta condição, a nitrificação foi dificultada pela oxidação da matéria orgânica, com a maior parcela do N removida pela incorporação ao lodo excedente. Por outro lado, idades do lodo mais elevadas (10 dias) combinadas com o aumento da concentração de OD (1,0 mg L-1) resultaram no acúmulo de NO2 - e no aumento da eficiência de oxidação de NTK, o que representa uma condição ideal para oxidação da matéria orgânica e nitrificação. Nesta condição a maior parcela do N foi transferida para a atmosfera. Parte do N transferido para a atmosfera pode ser atribuído ao N2O, que variou de 0,3 a 5,6% da carga de NT afluente, com o maior valor associado a nitrificação parcial. Portanto, o controle adequado das concentrações de OD é um fator chave para evitar o acúmulo de NO2 -, e consequentemente, elevadas emissões de N2O. / Nitrous oxide (N2O) has a global warming potential 310 times greater than carbon dioxide (CO2). Moreover, N2O is the major source of nitric oxide (NO) in the stratosphere which implies that it is indirectly responsible for the consumption of stratospheric ozone (O3). Human waste is a source of N2O and it is estimated that wastewater treatment systems are thought to contribute with about 10% of total anthropogenic N2O emissions. In wastewater treatment plants (WWTPs), N2O emissions occur naturally due to the microbial transformations of nitrogen (N) compounds by the nitrification and denitrification processes. However, there is no single N2O emission mechanism from WWTPs and the pathways related to its production are dependent on the WWTP design and closely related to operating parameters, such as organic matter and total N (TN) loads, dissolved oxygen (DO) concentration, aeration rate and sludge retention time (SRT), among others. The main goal of the present doctoral thesis was to determine the relationship of different operating conditions, such as variable organic loading, different SRTs and air flow rates, limited DO concentrations and organic (and NH4 +) shock loading on N2O emissions in different activated sludge systems (conventional and extended aeration) operated with biological N removal (BNR) and non-BNR, in the laboratory and in full-scale processing. Three in situ experiments, conducted in a conventional activated sludge WWTP, showed the influence of the TN loading rate, especially NH4 +, and the aeration flow rate on the emission rate of N2O from the aeration tank. Excessive air flow intensified N2O transfer from the liquor to the atmosphere by air stripping, and therefore should be avoided. The continuous measurements of N2O emissions from the aeration tanks of three activated sludge WWTPs operated with BNR and non-BNR showed that high N2O emissions denote over-aeration conditions or a loss of NH4 + conversion to NO3 -, with accumulation of NO2 - concentrations. An additional concern is the observed propensity of WWTPs to receive landfill leachates in their wastewater systems. Stress conditions, such as NH4 + shock loading, can cause limited DO conditions, NO2 - accumulation and, consequently, higher N2O emissions. Thus, continuous measurements of N2O emissions can provide information on aeration adequacy and the efficiency of complete nitrification. Non-BNR WWTPs are subject to high N2O emissions, in contrast to BNR WWTP with controlled nitrification and denitrification processes. However, one of the major challenges for WWTPs with BNR is the adequate control of operating parameters responsible for complete nitrification and denitrification processes. Different experimental conditions performed in a lab-scale activated sludge system showed that short SRT (5 days) combined with very low DO levels (0.5 mg L-1) were responsible for lower TKN oxidation efficiencies and, consequently, negligible NO2 - accumulation rates. These results suggest that nitrification efficiency was hampered by the oxidation of organic matter, with a large part of TN removed by sludge waste process. As the SRT increased (from 5 to 10 days) and DO was set to 1.0 mg L-1, TKN oxidation rates and NO2 - accumulation reached their maxima, which are thought to be the optimal conditions for both organic matter oxidation and partial nitrification. Under these conditions, gas transfer to the atmosphere became the preferential route for TN removal instead of incorporation to the sludge waste. Part of the N transferred to the atmosphere is attributed to N2O, which varied from 0.3 to 5.6% of the influent TN load, with the highest value associated with partial nitrification. Therefore, the adequate control of DO concentrations is a key factor to avoid NO2 - accumulation and consequently high N2O emissions.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-18T16:28:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Renato Ribeiro (Mestrado em Geoquímica Ambient.pdf: 1758942 bytes, checksum: 2ab97e8d9839edbd110b4bfbbc94fdc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-18T16:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Renato Ribeiro (Mestrado em Geoquímica Ambient.pdf: 1758942 bytes, checksum: 2ab97e8d9839edbd110b4bfbbc94fdc9 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O óxido nitroso (N2O) é um dos principais gases do efeito estufa e a principal fonte de óxido nítrico na estratosfera, contribuindo de forma indireta para o consumo do ozônio estratosférico. O tratamento de esgotos é uma fonte antrópica de N2O, cuja contribuição é quantitativamente considerada de menor relevância, entretanto, pouco se sabe sobre a real contribuição dessas emissões em virtude da grande variabilidade reportada nos fatores de emissão (FEs), balizados na carga de nitrogênio total (NT) afluente, tanto oriundo de estudos realizados em escala real quanto laboratorial. As diretrizes de 2006 do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas para inventários nacionais de gases do efeito estufa propõem como FE 3,2 (2-8) g N2O pessoa-1 ano-1 para o caso de Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) com processos de nitrificação e desnitrificação controlados. O objetivo do presente estudo foi avaliar a relação entre alguns parâmetros operacionais, tais como concentração de NT afluente à ETE (especialmente NH4+), demanda química de oxigênio (DQO) e concentração de oxigênio dissolvido (OD), com as emissões de N2O do tanque de aeração de uma ETE localizada na região metropolitana do Rio de Janeiro. O processo de tratamento de esgotos empregado é o sistema de lodos ativados convencional com aeração realizada de forma diferenciada por zonas. As emissões de N2O foram determinadas mensalmente, sempre na parte da manhã, no período de janeiro a junho de 2010 ao longo das seis zonas dos quatro tanques de aeração que a ETE possui em funcionamento. A média das emissões de N2O determinada durante o período de estudo foi 1,11 kg N dia-1, o que corresponde a 0,02% da carga de NT afluente. As emissões de N2O foram menores no período de verão do que no inverno e positivamente correlacionadas (r = 0,90; n = 6; P < 0,01) com as concentrações de NH4+ afluente à ETE. Em relação às concentrações de DQO e OD, as maiores emissões de N2O ocorreram em regiões de baixas concentrações de DQO e concentrações de OD superiores a 2,0 mg L-1, sendo a maior emissão média de N2O determinada em OD próximo a 3,0 mg L-1. A redução da carga orgânica ao longo das zonas e o aumento gradual da concentração de OD contribuem de forma direta para as maiores emissões de N2O, em razão da maior disponibilidade de OD para ambas as reações de oxidação da matéria orgânica e nitrificação e, consequentemente, maior produção e emissão de N2O. As eficiências de remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), DQO e NT foram 97%, 93% e 80%, respectivamente. O FE médio, balizado na população atendida, foi 2,5 vezes menor do que o proposto pelas diretrizes de 2006 do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas para inventários de emissões de N2O em ETEs com processos de nitrificação e desnitrificação controlados. Portanto, os resultados sugerem que o processo de lodos ativados convencional empregado na ETE de estudo é bastante eficiente na remoção da carga orgânica e NT e, além disso, no que tange as menores emissões de N2O quando comparado a outros sistemas empregados nas ETEs estudadas no Brasil e em estudos desenvolvidos no exterior. Sugere-se que tal eficiência esteja relacionada à utilização de aeração suficiente e diferenciada por zonas, que proporciona condições favoráveis aos processos microbiológicos de oxidação da matéria orgânica e aos processos de nitrificação completos, mesmo nas condições de elevadas concentrações de DBO, DQO e de NT (especialmente NH4+), como observado no período de inverno. / Nitrous oxide (N2O) is a major greenhouse gas and the main source of nitric oxide in the stratosphere, contributing indirectly to consumption of the stratospheric ozone. Wastewater treatment is an anthropogenic source of N2O, whose contribution is considered to be quantitatively of minor importance. However, little is known about the actual contribution of these emissions due to the wide variability reported in the emission factors (EFs), based on amount of N2O emitted relative to the influent total nitrogen (TN) load, both from full-scale and laboratory-scale studies. The 2006 guidelines of the Intergovernmental Panel on Climate Change for national inventories of greenhouse gases as proposed EF 3.2 (2-8) g N2O person-1 yr-1 for the case of advanced centralized wastewater treatment plants (WWTPs) with controlled nitrification and denitrification steps. The aim of this study was to evaluate the relationship between some operational parameters, such as TN concentration (especially NH4+), chemical oxygen demand (COD) and dissolved oxygen (DO) concentrations, on N2O emissions from the aeration tank of a WWTP located in the metropolitan region of Rio de Janeiro, Southeast Brazil. The wastewater treatment employed is conventional activated sludge process with a differentiated aeration system. The entire aeration system consists of four adjacent aeration tanks with six zones each. N2O emissions were measured monthly in the period from January to June 2010, always in the morning, over the six zones of the four aeration tanks. The average N2O emission was 1.11 kg N day-1 corresponding to 0.02% of the influent TN load. N2O emissions were lower in summer than winter and were positively related (r = 0.90; n = 6; P < 0.01) with influent NH4+ concentrations. Regarding the COD and DO concentrations, the highest N2O emissions occurred in regions of low concentrations of COD and DO concentrations above 2.0 mg L-1, with the highest average emission of N2O in DO concentration close to 3.0 mg L-1. The reduction of the organic load along the zones and gradually increase the DO concentration, contributes directly to higher N2O emissions, due to the greater availability of DO for both the oxidation of organic matter and nitrification, and consequently higher production and emission of N2O. The removal efficiencies of biological oxygen demand (BOD), COD and TN were 97%, 93% and 80%, respectively. The average EF calculated from population served was 2.5 lower than that proposed by the IPCC for N2O emission inventories in WWTPs with controlled processes of nitrification and denitrification. Therefore, the results suggest that the process employed in the WWTP study is very efficient in removing the organic load and TN, and in addition, with smaller N2O emissions when compared to other systems studied in Brazil and those available in literature. It is suggested that this efficiency is related to the use of aeration sufficiently to promote conditions favorable for the microbial oxidation of organic matter and complete nitrification, even under conditions of high BOD, COD and TN concentrations (especially NH4+), as observed during winter.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-02-10T16:29:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Mestrado RonaldoRodriguesdeSousa.pdf: 6194701 bytes, checksum: 498baff385b7a5408a3ebc2545501f89 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T16:29:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Mestrado RonaldoRodriguesdeSousa.pdf: 6194701 bytes, checksum: 498baff385b7a5408a3ebc2545501f89 (MD5) / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / Face às crescentes contribuições antrópicas para a mudança climática global, a comunidade científica debruça-se sobre alternativas para reduzir as emissões de gases de efeito estufa, como o óxido nitroso e o metano, nas atividades humanas, dentre as quais a agricultura e a produção de alimentos. A agricultura orgânica mostra-se como uma alternativa de agricultura menos intensiva, produzindo alimentos sem a utilização de defensivos sintéticos, buscando aproximar os sistemas agrícolas dos sistemas naturais. Contudo, não existe consenso científico se há ou não uma contribuição positiva da agricultura orgânica na mitigação ou na redução das emissões de GEE. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar os fluxos de N2O e CH4 em cultivos orgânicos, nos quais foram utilizados o extrato da alga Kappaphycus alvarezii para bioestimulação vegetal, em um Latossolo Vermelho, localizado em Paty do Alferes, sul do Estado do Rio de Janeiro, Brasil. A avaliação ocorreu sob práticas de manejo correntemente adotadas por grande parte da agricultura familiar no Brasil, como os policultivos rotacionados, os manejos nãoconservacionistas, o uso de esterco bovino e de torta de mamona e a incorporação de resíduos vegetais no solo. Foram avaliados parâmetros químicos e físicos do solo, a composição do extrato de algas utilizado, medições de fluxo dos GEE através da técnica da câmara estática e de cromatografia gasosa, e medidas simples de rendimento agronômico para as culturas adotadas nos experimentos. Os resultados apontam que, nas condições estudadas, o extrato de algas gera emissões escalonadas menores de N2O que as outras fontes de N utilizadas e apresenta influência na dinâmica do CH4 na interface solo-atmosfera, com potencial para ser utilizado largamente como insumo de nutrição vegetal em sistemas orgânicos de produção. / Given the increasing anthropogenic contributions to global climate change, the scientific community focuses on alternatives to reduce the emission of greenhouse gases, such as nitrous oxide and methane, in human activities, like as agriculture and food production. Organic farming is presented as a less intensive agriculture alternative, producing food without contamination by synthetic pesticides, aiming to approximate agricultural systems of natural systems. However, there is no scientific consensus if organic farming has a positive contribution in mitigation or reducing greenhouse gas emissions. The aim of this study was to evaluate the N2O and CH4 fluxes in an organic farming production, in which was utilized Kappaphycus alvarezii seaweed extract to biostimulation in an Oxisol, located in Paty do Alferes, south of the State of Rio de Janeiro, Brazil. The evaluation took place under management practices currently adopted by most of family farming in Brazil, such as rotationed polycultures, non-conservative managements, the use of manure and castor cake and the incorporation of crop residues in the soil. We evaluated physical and chemical parameters of the soil, composition of the seaweed extract used, GHG fluxes measurements through static chamber technique and gas chromatography and simple measurements of agronomic yield for cultures adopted in the experiments. The results indicated that, in the studied conditions, the seaweed extract generates lower yield-scaled N2O emissions than the other N sources used and has some influence in the dynamics of CH4 in the soilatmosphere interface, with potential to be used widely as plant nutrition source in organic agriculture.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-04T17:31:07Z No. of bitstreams: 1 TESE_Viviane Figueiredo Souza versão final.pdf: 1973892 bytes, checksum: 8b1ac31fbe25c8a6584e68f8e3b8ff71 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T17:31:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_Viviane Figueiredo Souza versão final.pdf: 1973892 bytes, checksum: 8b1ac31fbe25c8a6584e68f8e3b8ff71 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O nitrogênio (N) é um elemento imprescindível para todos os organismos do nosso planeta, entretanto o composto nitrogenado mais abundante, o gás dinitrogênio (N2), é assimilável apenas por poucos micro-organismos. Isso torna o N limitante, refletindo na sua disponibilização via mineralização de matéria orgânica (MO) e a nitrificação, que produzem amônio (NH4+) e nitrato (NO3-), respectivamente. Em solos, esses processos são regulados por fatores como conteúdo de MO e água no solo, pH e temperatura. Em ecossistemas florestais, tropicais e boreais, esses processos são muito relevantes e ainda pouco estudados, principalmente em áreas de floresta secundária sob influência de manejo. A mudança de uso do solo causa alterações na ciclagem e disponibilidade do N, nos fatores reguladores, e na emissão de óxido nitroso (N2O), um gás de efeito estufa. Padrões de recuperação florestal são bastante distintos entre diferentes florestas tropicais, como visto para floresta de Mata Atlântica e Amazônica, com taxas de mineralização em florestas jovens (10 anos) muito elevadas na Amazônia (20,9 μg N g-1 SWD d-1) e mais baixas na Mata Atlântica (3,2 μg N g-1 SWD d-1). Já a nitrificação teve um padrão semelhante, com baixas taxas em ambas as florestas jovens (0,6 6,8 μg N g-1 SWD d-1 na Mata Atlântica e Amazônia, respectivamente), o que indica uma ciclagem de N conservativa, evitando perdas via emissão de gás e lixiviação de NO3-. Entretanto, a emissão de N2O em área de restauração na Mata Atlântica foi maior do que na pristina (22 e 2,5 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectivamente) devido à maior temperatura do solo que estimula os processos microbianos produtores de N2O. Em termos de floresta pristina, a taxa de nitrificação foi bastante distinta entre a floresta de Mata Atlântica e Amazônica (0,08 e 15,9 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectivamente). Isso evidencia os diferentes fatores reguladores de cada região tropical, como regime de chuvas, composição vegetal, tipos de solo, etc. Em florestas boreais, foi visto que o conteúdo de MO e água do solo e o pH do solo são os principais reguladores, limitando a disponibilidade de N em florestas bem drenadas dominadas por coníferas, em comparação com florestas pouco drenadas dominadas por turfa. Dessa forma, verificamos que a mineralização e, principalmente, a nitrificação, são processos muito relevantes no controle de N, e mesmo em ecossistemas diferentes, os fatores reguladores muitas vezes são os mesmos. Isso evidencia a necessidade de mais estudos acerca da dinâmica do N nesses ambientes, principalmente em florestas em restauração / Nitrogen (N) is an essential element for all organisms; however, the most abundant nitrogen compound, dinitrogen (N2), is assimilable only by a few microorganisms. This makes N limiting, which reflects in its availability via organic matter (OM) mineralization and nitrification, which produce ammonium (NH4+) and nitrate (NO3-), respectively. In soils, these processes are regulated by factors such as OM and soil water content, pH and temperature. In forest ecosystems, tropical and boreal, these processes are very relevant and still poorly understood, especially in secondary forest previously deforested. The land use change causes alterations in cycling and availability of N, regulating factors, and emission of nitrous oxide (N2O), a greenhouse gas. Forest recovery patterns are quite distinct among different rainforests, as seen for Atlantic and Amazon rainforest, with very high levels of mineralization in young forests (10 years) in Amazonia (20.9 μg N2O-N g-1 SWD h-1) and low in the Atlantic Forest (3.2 μg N2O-N g-1 SWD h-1). Nitrification had a similar pattern between them, with low rates in both young forests (0.6 and 6.8 μg N2O-N g-1 SWD h-1 in the Atlantic and Amazon forest, respectively), indicating a conservative N cycling, avoiding losses through gas emission and NO3- leaching. However, the N2O emission in restoration area in the Atlantic Forest was higher than in pristine (22 and 2.5 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectively) due to the higher soil temperature, which stimulates microbial production of N2O. In terms of pristine forest, the nitrification rate was very different between the Atlantic forest and Amazonian forest (0.08 and 15.9 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectively), showing the different regulatory factors of each tropical region, such as rainfall regime, vegetal composition, soil types, etc. In boreal forests, OM, soil water content and soil pH were the main regulators, limiting the availability of N in conifer-dominated well-drained forests compared to peat-dominated poorly drained forests. In this way, we verified that mineralization and, mainly, nitrification are very relevant processes in the control of N, and even in extremely different ecosystems, the regulating factors are often the same. This evidences the need for more studies about N dynamics in these environments, especially in restoration forests

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-21T14:51:23Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Renato de Aragão Ribeiro Rodrigues.pdf: 3393188 bytes, checksum: 62e4ebd43780efd96e9d6775d8d182f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-21T14:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Renato de Aragão Ribeiro Rodrigues.pdf: 3393188 bytes, checksum: 62e4ebd43780efd96e9d6775d8d182f0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / Este trabalho apresenta fluxos de deposição atmosférica (úmida e seca) dos íons majoritários, relativos ao período de agosto 2004 a novembro de 2005, medidos em local próximo à Sede do Parque Nacional da Serra dos Órgãos, em Teresópolis. No período de janeiro a dezembro de 2005 foram medidas, quinzenalmente, em local próximo à sede, as emissões de óxido nitroso (N2O) no solo da floresta. E foram coletadas, semanalmente, amostras da água do rio Paquequer, em local próximo à entrada da sede Teresópolis. A água da chuva apresentou pH médio de 5,2 e os íons mais abundantes foram (em Xeq L-1) o amônio, sulfato e cloreto. Do total de enxofre (S) e nitrogênio (N) depositados, cerca de 90% estão associados à deposição úmida, e o restante à seca. Os fluxos de deposição total (úmida + seca) de SO4 2- e nitrogênio inorgânico (NO3 - e NH4 +) foram 295 mol ha-1 ano-1 (9,4 kg S ha-1 ano-1) e 824 mol ha-1 ano-1 (11,5 kg N ha-1 ano-1), respectivamente. Se assumirmos a mesma deposição nos 11000 ha do PARNASO, teremos uma deposição de 97 t de S e 117 t de N. Mais de 90% do sulfato depositado provêm da oxidação do dióxido de enxofre (SO2) na atmosfera e o restante dos aerossóis de sal marinho. Os fluxos de deposição de NH4 +, SO4 2- e NO3 - na água da chuva do PARNASO são superiores às verificadas em várias localidades do estado do Rio de Janeiro, como Parque Nacional do Itatiaia, Ilha Grande, Niterói e cidade do Rio de Janeiro, além de outras localidades do Brasil. Isso indica que o PARNASO, face à sua localização geográfica e à ação dos ventos do quadrante sul, atua como uma área receptora das emissões geradas, principalmente por queima de combustíveis fósseis e mudanças do uso da terra na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. O fluxo médio de N2O na interface solo-atmosfera foi 3,1 Xg N m-2 h-1. A umidade do solo (traduzida pelos valores de precipitação) e a temperatura do solo se mostraram importantes fatores no controle do fluxo de N2O. As águas do Rio Paquequer apresentaram altos valores de NO3 - e SO4 2-. Esses valores provavelmente resultam da alta deposição atmosférica de N e S. A análise de cluster e a análise de componentes principais indicaram mais uma vez que a RMRJ exerce uma influência grande na qualidade da água mesmo em sistemas protegidos. / Wet and dry deposition fluxes of major ions were measured from August 2004 to November 2005 at the headquarters of Serra dos Órgãos National Park, in Teresópolis. In a forest site nearby, nitrous oxide (N2O) fluxes were measured at the soil surface from January to April 2005. Average rainwater pH was 5,2. The most abundant ions (in Xeq L-1) were ammonium, sulfate, and chloride. About 90% of the total sulfur (S) and nitrogen (N) were associated with wet deposition. The estimated total (wet + dry) deposition fluxes of sulfate and inorganic nitrogen (ammonium and nitrate) were 295 mol ha-1 ano-1 (9,4 kg S ha-1 ano-1) and 824 mol ha-1 ano-1 (11,5 kg N ha-1 ano-1), of which 70% is due to ammonium and the remainder to nitrate. More than 90% of the total sulfate were originated from oxidation of sulfur dioxide (SO2) in the atmosphere and the remaining from sea salt aerosols. The deposition fluxes of NH4+, SO42- e NO3- were bigger than in other sites of Rio de Janeiro state, like Itatiaia National Park, Ilha Grande, Niterói e Rio de Janeiro city. This indicates that PARNASO due its geographical localization and the actions of the wind from South quadrant actuate like a receptor area of the emissions from Rio de Janeiro Metropolitan Region (RJMR). The average N2O flux at the soil-atmosphere interface was 3,1 Xg N m-2 h-1, which was lower than other values found in forest soils of Rio de Janeiro state. The water from Paquequer river showed high values of NO3 - and SO4 2-. This values are probably due the high deposition of N and S. The Cluster analysis and the Principal Components Analysis showed that PARNASO is under the influence of the emissions from RJMR.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-04-27T16:58:25Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Brotto, A. C.pdf: 1827218 bytes, checksum: d583ce8460c1efc5934c93cec6ef4c3d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-27T16:58:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Brotto, A. C.pdf: 1827218 bytes, checksum: d583ce8460c1efc5934c93cec6ef4c3d (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / O estudo das emissões de óxido nitroso (N2O) em processos de tratamento de esgoto tem se tornado necessário e urgente nos últimos anos visto à sua contribuição às mudanças climáticas globais, já que este gás é responsável por 6% do efeito estufa e tem se tornado a principal substância destruidora do ozônio estratosférico do século XXI. Poucos são os estudos que quantificaram as emissões de N2O diretamente em estações de tratamento de esgoto (ETEs) e a literatura apresenta uma grande variação nos fatores de emissão (FEs) obtidos por eles. As Diretrizes de 2006 do IPCC para Inventários de Gases do Efeito Estufa sugerem o FE de 3,2 (2-8) g N2O pessoa-1 ano-1 para estimativas das emissões de N2O em ETEs, que corresponde a 0,035% do nitrogênio total (NT) emitido como N2O. As emissões de N2O em processo de tratamento de lodos ativados foram determinadas no período de janeiro a julho de 2010 em uma ETE municipal no Estado do Rio de Janeiro que trata aproximadamente 14,7 mil m3 dia-1 com média remoção de DQO para o período de estudo de 73% e carga de NT afluente de 46 mg N L-1. Os principais parâmetros operacionais relacionados às emissões de N2O em ETE foram estudados, a saber, concentração de oxigênio dissolvido (OD), concentração de nitrito (NO2 -), pH e temperatura. As maiores emissões de N2O foram observadas quando a concentração de OD se encontrava entre 1,3 e 3,4 mg L-1, o pH entre 5,9 e 6,5 e temperatura acima de 30oC. Enquanto as menores emissões ocorreram em concentrações de OD abaixo de 1,0 mg L-1 e acima de 4,0 mg L-1, e em pH acima de 6,5. O fluxo de N2O estimado é de 4,1 x 105 g N2O ano-1 e os FEs de N2O per capita, por vazão de esgoto tratado e pela carga NT afluente são 8,1 g N2O pessoa-1 ano-1, 8,0 x 10-5 g N2O L -1 e 0,12%. O FE per capita estimado exclusivamente para o tanque de aeração é aproximadamente 2,5 vezes superior ao proposto pelo IPCC (2006) para inventários de emissões de N2O para países que possuam sistemas centralizados de tratamento de esgoto com avançado controle dos processos de nitrificação e desnitrificação. / The study of nitrous oxide (N2O) emissions from wastewater treatment processes has become necessary and urgent in the last years due to its contribution to global climate change, since this gas is responsible for 6% of the global greenhouse effect and will become the main ozone-depleting substances (ODS) of the 21st century. Few studies have quantified the direct emissions of N2O from wastewater treatment plants (WWTPs) and literature shows a wide variation in the emission factors (EFs) obtained by them. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories suggests an EF to estimate N2O emissions from WWTP of 3.2 (2.8) g N2O person-1 yr-1, which corresponds to 0.035% of total nitrogen emitted as N2O. Emissions of N2O from a full-scale activated sludge process was determined from January to July of 2010 during measurement campaign at a municipal WWTP in the State of Rio de Janeiro that treat roughly 14,700 m3 day-1 with an average influent removal COD for the period of study of 73% and total nitrogen load (TN) of 46 mg N L-1. The most important operational parameters leading N2O emissions in WWTP were also studied, namely, dissolved oxygen concentration (DO), nitrite (NO2 -) concentration, pH and temperature. The largest emissions of N2O were observed when DO concentration was between 1.3 and 3.4 mg L-1, pH between 5.9 and 6.5 and temperatures above 30oC. While lower emissions occurred in DO concentrations below 1.0 mg L-1 and above 4.0 mg L-1, and at pH above 6.5. Total estimated annual flux of N2O is 4.1 x 105 g N2O yr-1 and the EF of N2O estimated per capita, wastewater flow and the influent TN load are 8.1 g N2O person-1 yr-1, 8.0 x 10-5 g N2O L(wastewater)-1 and 0.12%. The per capita EF estimated exclusively for the aeration tank is almost 3 times higher than that proposed by the IPCC (2006) for N2O emission inventories for countries that predominantly have advanced centralized WWTPs with nitrification and denitrification steps.