Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor, no Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor R. A. Guedes de Carvalho

A pesquisa que subsidiou o presente trabalho objetivou caracterizar as condições de uso e preservação das águas subterrâneas no município de Belo Horizonte, a partir do cotejo entre a vulnerabilidade dos aqüíferos locais e a presença de cargas potencialmente contaminantes para essas águas. Esse estudo, revelou uma vulnerabilidade à contaminação média a alta para a maior parte das águas subterrâneas no município de Belo Horizonte, ocorrendo extrema vulnerabilidade em vários locais de sua área mais central. Entre as cargas contaminantes, assumem maior importância os postos distribuidores de combustíveis veiculares, não somente pelo grande número de postos existentes (444), mas também pela elevada percentagem de contaminação constatada nos postos já investigados (65%) e, finalmente, pela toxidade do produto contaminante, reconhecidamente cancerígeno. As indústrias, embora em grande número - 1076 potencialmente poluentes - apresentam menor influência como fonte poluidora em função do reduzido número de acidentes constatados (apenas 2), e da menor toxidade dos seus efluentes poluidores, já que predomina a contaminação orgânica na maior parte dessas indústrias. Os depósitos de resíduos sólidos são restritos ao aterro sanitário, ocupando uma área de 1,43 Km², porém situada nas cabeceiras de um dos contribuintes da Lagoa da Pampulha, que recebe todo o chorume desse aterro \"in natura\" com elevados índices de contaminação bacteriológica e de metais pesados e tóxicos, já que o aterro sanitário recebe indiscriminadamente os resíduos de origem doméstica, hospitalar e industrial. Os cemitérios constituem também importante fonte de contaminação, embora restritos a seis (6) áreas isoladas, que em conjunto perfazem menos que 1 Km². O cemitério mais contaminado - Cemitério da Paz, contribui com elevados índices de metais pesados para as águas subterrâneas, além de variada contaminação bacteriológica. Os hospitais não revelaram na presente pesquisa qualquer indício de contaminação para as águas subterrâneas. Finalmente, as áreas não atendidas por rede de esgotos contribuem com uma considerável contaminação orgânica para as águas subterrâneas, todavia, essas áreas correspondem apenas a 1% da extensão desse município. Em função do confronto entre a vulnerabilidade dos aqüíferos locais e as cargas contaminantes, pode-se considerar dominante nesse município o risco de pequenas a médias proporções para a contaminação de suas águas subterrâneas. / The objective of the investigation which led to this work, was to characterize the conditions of the usage and preservation of the ground water in the city of Belo Horizonte, based on the comparison between the vulnerability of the local aquifers to harmful substances, and potentially contaminating discharges. This study revealed a vulnerability of medium to high in the majority of the groundwater in the city of Belo Horizonte, the center portion being extremely vulnerable. Among the sources of contaminating discharges, the most important are those containing gasoline distributors, due not only to the high number of these stations (444), but to the high number of contaminating substances detected in all stations which were investigated, some of which are known to be cancer causing. Although there are a large number of industries (1076 potential polluters), they have only a small amount of recorded accidents (2), and the absence of many toxic materials in their pollution, although they are leaders in organic pollution. The deposits of solid residues are restricted to a sanitary dump, occupying an area of 1,43 km2, unfortunately situated at the base of one of contributories of the Pampulha Lake, which receives all the leachate of this dump in their natural state, which have high number of contaminating bacteria, heavy metals, and toxics. This is due to the fact that the sanitary dump unwillingly receives residues of domestic, industrial and hospital origin. The cemeteries are also important contributors to the contamination, although they are limited to only six isolated areas if the city, which together make up less than 1 km2. The most contaminating cemetery, Cemitério da Paz, contributes high number of heavy metals to the groundwater, not to mention various contaminating various contaminating bacteria. The hospitals did not reveal in this investigation any form of contaminations to the groundwater. Finally, the areas not supplied with a sewage system contribute a considerable amount of organic contamination to the groundwater, although these areas only correspond to 1% of the limits of the city. In light of the existing conflict between the vulnerability of local aquifers and contaminating discharges areas, we can conclude that in this city there is a low to medium risk of contamination of the groundwater.

Estágio realizado no Institute of Chemical Technology Prague e orientado pelo Doutor Martin Kubal / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

The use of orienting values of soil quality soil and underground waters as a methodology for evaluation of degraded areas is much argued. The application of this method, when done in a purely comparative form, with values determined for other regions or even countries, can result in extremely mistaken evaluations. The determination of these values and their application begun in Holland in 1983, followed by the USA, Germany and finally Brazil. In Brazil, only the State of São Paulo developed researches to determine the different concentrations of substances for each soil, and only for the soil kinds that exist in the State. The objective of this research was to evaluate the methodology of water quality orienting values applied to an area under sea influence next to a landfill in the Brazilian Southern region and compare it with the intervention values obtained in São Paulo. The preliminary evaluation of the area, compared with the defined values, pointed a contamination for substances as aluminum, lead, iron and manganese, which were believed to come from the landfill. The next step was to make an evaluation in a near area, with the same characteristics, but out of the area of influence of the landfill. Using the ProUCL software for statistical analysis, the natural concentrations of substances in that specific region could be determined. Due to the sea influence in the region, the natural concentrations were greater that the ones defined as "intervention values" for the State of São Paulo. Based on this, the conclusion that can be made is that the use of orienting values for evaluation of contaminated areas is very useful, bringing results in a simple and fast way. However, it will always have to be used in a careful way, respecting each regions characteristics. / A utilização de valores orientadores de qualidade de solo e águas subterrâneas como metodologia para avaliação de áreas degradadas é muito discutida. A aplicação deste método, quando feita de forma simplesmente comparativa com valores determinados para outras regiões e até mesmo países, pode resultar em avaliações extremamente equivocadas. A determinação destes valores e sua aplicação iniciaram-se na Holanda em 1983, seguido pelos Estados Unidos, Alemanha e finalmente Brasil. No Brasil, somente o Estado de São Paulo desenvolveu trabalhos para determinar as concentrações das diversas substâncias naturalmente presentes no solo, e somente para as diversas características existentes dentro do Estado. Este trabalho teve como objetivo avaliar a metodologia de valores orientadores de qualidade da água aplicados a uma área sob influência marinha próxima a um aterro sanitário na região Sul do Brasil e comparando-a com os valores de intervenção definidos para o Estado de São Paulo. A avaliação preliminar da área, comparada com os valores pré-determinados, apontou uma contaminação por alumínio, chumbo, ferro e manganês, que se acreditou serem provenientes do aterro. Foi realizada, então, uma avaliação em uma área próxima, com as mesmas características, mas fora da área de influência do aterro. Utilizando-se o software ProUCL para análise estatística, foram determinadas as concentrações naturais das substâncias naquela região específica. Devido à influência marinha na região, as concentrações naturais já se apresentam maiores que as definidas como valor de intervenção para o Estado de São Paulo. Desta forma, pode-se concluir que a utilização de valores orientadores para avaliação de áreas contaminadas é muito útil, trazendo resultados rápidos de forma simples. No entanto, sempre deverão ser utilizados de forma criteriosa para as características de cada região.

A pesquisa que subsidiou o presente trabalho objetivou caracterizar as condições de uso e preservação das águas subterrâneas no município de Belo Horizonte, a partir do cotejo entre a vulnerabilidade dos aqüíferos locais e a presença de cargas potencialmente contaminantes para essas águas. Esse estudo, revelou uma vulnerabilidade à contaminação média a alta para a maior parte das águas subterrâneas no município de Belo Horizonte, ocorrendo extrema vulnerabilidade em vários locais de sua área mais central. Entre as cargas contaminantes, assumem maior importância os postos distribuidores de combustíveis veiculares, não somente pelo grande número de postos existentes (444), mas também pela elevada percentagem de contaminação constatada nos postos já investigados (65%) e, finalmente, pela toxidade do produto contaminante, reconhecidamente cancerígeno. As indústrias, embora em grande número - 1076 potencialmente poluentes - apresentam menor influência como fonte poluidora em função do reduzido número de acidentes constatados (apenas 2), e da menor toxidade dos seus efluentes poluidores, já que predomina a contaminação orgânica na maior parte dessas indústrias. Os depósitos de resíduos sólidos são restritos ao aterro sanitário, ocupando uma área de 1,43 Km², porém situada nas cabeceiras de um dos contribuintes da Lagoa da Pampulha, que recebe todo o chorume desse aterro \"in natura\" com elevados índices de contaminação bacteriológica e de metais pesados e tóxicos, já que o aterro sanitário recebe indiscriminadamente os resíduos de origem doméstica, hospitalar e industrial. Os cemitérios constituem também importante fonte de contaminação, embora restritos a seis (6) áreas isoladas, que em conjunto perfazem menos que 1 Km². O cemitério mais contaminado - Cemitério da Paz, contribui com elevados índices de metais pesados para as águas subterrâneas, além de variada contaminação bacteriológica. Os hospitais não revelaram na presente pesquisa qualquer indício de contaminação para as águas subterrâneas. Finalmente, as áreas não atendidas por rede de esgotos contribuem com uma considerável contaminação orgânica para as águas subterrâneas, todavia, essas áreas correspondem apenas a 1% da extensão desse município. Em função do confronto entre a vulnerabilidade dos aqüíferos locais e as cargas contaminantes, pode-se considerar dominante nesse município o risco de pequenas a médias proporções para a contaminação de suas águas subterrâneas. / The objective of the investigation which led to this work, was to characterize the conditions of the usage and preservation of the ground water in the city of Belo Horizonte, based on the comparison between the vulnerability of the local aquifers to harmful substances, and potentially contaminating discharges. This study revealed a vulnerability of medium to high in the majority of the groundwater in the city of Belo Horizonte, the center portion being extremely vulnerable. Among the sources of contaminating discharges, the most important are those containing gasoline distributors, due not only to the high number of these stations (444), but to the high number of contaminating substances detected in all stations which were investigated, some of which are known to be cancer causing. Although there are a large number of industries (1076 potential polluters), they have only a small amount of recorded accidents (2), and the absence of many toxic materials in their pollution, although they are leaders in organic pollution. The deposits of solid residues are restricted to a sanitary dump, occupying an area of 1,43 km2, unfortunately situated at the base of one of contributories of the Pampulha Lake, which receives all the leachate of this dump in their natural state, which have high number of contaminating bacteria, heavy metals, and toxics. This is due to the fact that the sanitary dump unwillingly receives residues of domestic, industrial and hospital origin. The cemeteries are also important contributors to the contamination, although they are limited to only six isolated areas if the city, which together make up less than 1 km2. The most contaminating cemetery, Cemitério da Paz, contributes high number of heavy metals to the groundwater, not to mention various contaminating various contaminating bacteria. The hospitals did not reveal in this investigation any form of contaminations to the groundwater. Finally, the areas not supplied with a sewage system contribute a considerable amount of organic contamination to the groundwater, although these areas only correspond to 1% of the limits of the city. In light of the existing conflict between the vulnerability of local aquifers and contaminating discharges areas, we can conclude that in this city there is a low to medium risk of contamination of the groundwater.

O presente trabalho visou a construção de uma linhagem recombinante de levedura que apresentasse a proteína MerR ancorada à sua superfície celular externa. Para tanto, foi realizada a fusão gênica do gene codificador de MerR de C. metallidurans, que apresenta elevada afinidade e seletividade para íons mercúrio, com a sequência codificadora da região C- terminal da proteína Flo1p, utilizado como âncora. A fusão gênica foi inserida entre as sequência codificadoras do promotor e terminador de transcrição do gene da fosfoglicerato quinase (PGK) do vetor de expressão de levedura pMA91, obtendo-se o plasmídeo recombinante pMA91MF. Esse plasmídeo foi empregado na transformação genética da linhagem de S. cerevisiae YPH252. A linhagem de S. cerevisiae recombinante YPH252/pMA91MF apresentou a proteína MerR ancorada na superfície celular e mostrou ter capacidade aumentada de ligar Hg2+ em relação à linhagem de levedura controle YPH252/pMA91. Portanto, foi confirmada a funcionalidade do sistema de ancoragem da proteína MerR à superfície celular de levedura aumentando a biossorção de mercúrio pela linhagem recombinante, com potencial para ser utilizada como uma ferramenta biotecnológica para a biorremediação de águas contaminadas com mercúrio. / This work describes the construction of recombinant yeast strain by anchoring MerR on the cell wall, using the C-terminal region of the Flo1 protein as an anchor. Therefore, several molecular cloning steps resulted in the inserting of gene fusion SS-merR-Flo428 (-factor signal sequence, coding sequence of MerR and C-terminal region of the Flo1 protein) into a yeast expression vector, pMA91, under control of the S. cerevisiae 3-phosphoglycerate kinase (PGK) promoter, the resulting plasmid was named pMA91MF. This plasmid carrying the anchoring and expression cassette MerR was used to transform the S. cerevisiae YPH252 strain. The transformants were selected by genetic complementation the Leu+ phenotype. The display of MerR on the cell surface of recombinant strain YPH252/pMA91MF was confirmed by transmission electron microscopy (TEM).After 10 min of incubation with 5.0 mM HgCl2, recombinant strain YPH252/pMA91MF adsorbed 109.6 mg Hg2+/g dry cell weight, 54% higher than the Hg2+ binding capacity of control strain YPH252/pMA91. After 10 min of incubation with 10.0 mM HgCl2, recombinant strain adsorbed 173.8 mg Hg2+g dry cell weight, 84% higher than the Hg2+ binding capacity of control strain (94.5 mg de Hg2+/g dry cell weight). The rapid initial adsorption of Hg2+ suggests an instantaneous binding of Hg2+ to MerR anchored on the cell surface of the recombinant yeast strain. It was observed that the binding rate to Hg2+ showed saturation with increasing external ion concentrations and reached saturation of HgCl2 in 15.0 mM after 120 min of incubation. Probably the input Hg2+ inside the cells affected cell function, but detoxification mechanisms are still active, protecting the cells from the toxic effect of Hg2+. The results confirm the construction of the recombinant strain YPH252/pMA91MF and functionality of the anchoring system for MerR on the yeast cell surface, increasing the mercury biosorption by recombinant yeast strain, with potential for use as a biotechnological tool for the bioremediation of contaminated water with mercury.

Tese de mestrado. Engenharia de Minas e Geo-Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Este estudo fundamenta a responsabilidade da solidária do Estado de São Paulo, na remediação da área contaminada no Aterro Mantovani e sítios Santo Antonio e Santa Adélia, todos situados na cidade de Santo Antonio de Posse, interior do Estado de São Paulo, em razão da omissão do órgão ambiental estadual, a CETESB - Centro Tecnológico de Saneamento Básico, na adoção de providências de sua responsabilidade. / This study provides the basis for the joint responsibility on the part of the State of São Paulo in the remediation of the contaminated área in Mantovani Filling and Santo Antonio and Santa Adélia small farms, all of them located in the city of Santo Antonio de Posse, in the hinterland in the State of São Paulo, in reason of the omission on the part of the State Environmental Control Body, CETESB - Centro Tecnológico de Saneamento Básico [Basic Sanitation Technological Center], in the adoption of measures under its responsibility.

O presente trabalho visou a construção de uma linhagem recombinante de levedura que apresentasse a proteína MerR ancorada à sua superfície celular externa. Para tanto, foi realizada a fusão gênica do gene codificador de MerR de C. metallidurans, que apresenta elevada afinidade e seletividade para íons mercúrio, com a sequência codificadora da região C- terminal da proteína Flo1p, utilizado como âncora. A fusão gênica foi inserida entre as sequência codificadoras do promotor e terminador de transcrição do gene da fosfoglicerato quinase (PGK) do vetor de expressão de levedura pMA91, obtendo-se o plasmídeo recombinante pMA91MF. Esse plasmídeo foi empregado na transformação genética da linhagem de S. cerevisiae YPH252. A linhagem de S. cerevisiae recombinante YPH252/pMA91MF apresentou a proteína MerR ancorada na superfície celular e mostrou ter capacidade aumentada de ligar Hg2+ em relação à linhagem de levedura controle YPH252/pMA91. Portanto, foi confirmada a funcionalidade do sistema de ancoragem da proteína MerR à superfície celular de levedura aumentando a biossorção de mercúrio pela linhagem recombinante, com potencial para ser utilizada como uma ferramenta biotecnológica para a biorremediação de águas contaminadas com mercúrio. / This work describes the construction of recombinant yeast strain by anchoring MerR on the cell wall, using the C-terminal region of the Flo1 protein as an anchor. Therefore, several molecular cloning steps resulted in the inserting of gene fusion SS-merR-Flo428 (-factor signal sequence, coding sequence of MerR and C-terminal region of the Flo1 protein) into a yeast expression vector, pMA91, under control of the S. cerevisiae 3-phosphoglycerate kinase (PGK) promoter, the resulting plasmid was named pMA91MF. This plasmid carrying the anchoring and expression cassette MerR was used to transform the S. cerevisiae YPH252 strain. The transformants were selected by genetic complementation the Leu+ phenotype. The display of MerR on the cell surface of recombinant strain YPH252/pMA91MF was confirmed by transmission electron microscopy (TEM).After 10 min of incubation with 5.0 mM HgCl2, recombinant strain YPH252/pMA91MF adsorbed 109.6 mg Hg2+/g dry cell weight, 54% higher than the Hg2+ binding capacity of control strain YPH252/pMA91. After 10 min of incubation with 10.0 mM HgCl2, recombinant strain adsorbed 173.8 mg Hg2+g dry cell weight, 84% higher than the Hg2+ binding capacity of control strain (94.5 mg de Hg2+/g dry cell weight). The rapid initial adsorption of Hg2+ suggests an instantaneous binding of Hg2+ to MerR anchored on the cell surface of the recombinant yeast strain. It was observed that the binding rate to Hg2+ showed saturation with increasing external ion concentrations and reached saturation of HgCl2 in 15.0 mM after 120 min of incubation. Probably the input Hg2+ inside the cells affected cell function, but detoxification mechanisms are still active, protecting the cells from the toxic effect of Hg2+. The results confirm the construction of the recombinant strain YPH252/pMA91MF and functionality of the anchoring system for MerR on the yeast cell surface, increasing the mercury biosorption by recombinant yeast strain, with potential for use as a biotechnological tool for the bioremediation of contaminated water with mercury.

As características das correntes das descargas atmosféricas têm fundamental importância na coordenação de isolamento e nos projetos de equipamentos de sistemas de transmissão e de distribuição de energia. As curvas de distribuição de freqüência cumulativa da CIGRE relativas aos principais parâmetros da primeira e das descargas subseqüentes, freqüentemente utilizadas para avaliar o desempenho das linhas de transmissão e distribuição, se referem a dados obtidos através da medição de correntes de descargas negativas em estruturas elevadas. Entretanto, as correntes medidas nesses objetos podem apresentar distorções associadas às diferenças de impedâncias entre o canal, o objeto e o aterramento. Em outras palavras, a corrente em tais objetos pode variar substancialmente em função do ponto escolhido para medição, bem como apresentar diferenças significativas em relação à corrente no canal da descarga. Essas correntes são denominadas “contaminadas". As curvas da CIGRE relativas às amplitudes, tempos de frente e taxas de crescimento das correntes se referem às correntes “contaminadas", uma vez que as reflexões que ocorrem no topo e na base de objetos elevados não foram levadas em consideração no processo de construção dessas curvas. Assim, o tratamento desses dados necessita ser revisto. Por outro lado, o termo "corrente descontaminada" se refere à corrente que fluiria através do canal da descarga caso os coeficientes de reflexão no topo e na base do objeto fossem iguais a zero. Neste trabalho, por meio de uma ferramenta computacional desenvolvida, diversos aspectos relacionados aos processos de “contaminação" e “descontaminação" de correntes são discutidos, com especial atenção no que se refere às influências dos vários parâmetros do sistema "canal-objeto-aterramento" no comportamento espaço-temporal da corrente. É também apresentada uma discussão acerca das características de uma corrente de descarga medida na base de uma torre de 62,5 m de altura localizada no Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo. / The characteristics of lightning currents have a fundamental importance on insulation coordination and on the design of transmission and distribution lines equipment. The CIGRE cumulative frequency distribution curves relative to the main parameters of the first and subsequent downward flashes, which are very frequently used for the evaluation of the lightning performance of transmission and distribution lines, refers to data obtained from negative current measurements from tall instrumented structures. However, currents measured on elevated objects may present distortions associated with differences on the impedances of the lightning channel, the strike object and the grounding system. In other words, the current in such objects may, in some circumstances, depend significantly on the measuring point and differ substantially from the current that flows along the lightning channel. These currents are called "contaminated". The curves regarding current magnitudes, front times and rates of rise presented in CIGRE refer to these "contaminated" currents, since the reflections that occur at the base and at the top of elevated strike objects were not taken into account in the processing of the data that led to those curves. The data should, thus, be reviewed. On the other hand, the term “decontaminated" current stands for the current that flows through the lightning channel assuming reflection coefficients at the bottom and at the top of the strike object equal to zero, i.e., the same impedances for the lightning channel, the elevated object and the grounding system. In this work a computer code was developed and several aspects related to the "contamination" and "decontamination" processes are discussed, with emphasis upon the influences of the various parameters of the system "lightning channel - strike object - grounding" on the stroke current. A discussion of the characteristics of a stroke current measured at the bottom of a 62,5 m high mast located at the Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo is also presented.