Marken är en viktig faktor att ta hänsyn till i dagens hårda klimat för våra stadsträd. Allra helst för de träd som skall stå i det mest utsatta delarna av staden, så som på torg, längs med tungt trafikerade vägar eller omringade av bara hårdgjorda ytor. En lösning är skelettjord som används i många städer i Sverige men även i andra länder. I ett projekt i Stockholm testas just nu en vidareutveckling av skelettjordar där AMA-jorden har bytts ut mot biokol. Fördjupningen i denna uppsats kommer därför att handla om hur biokol används rent praktiskt i trädens växtbäddar och vilka effekter detta har på trädens utveckling.   Syftet med denna uppsats är att få en inblick i hur biokol i stadsträdens växtbäddar används med exempel från Stockholm Biochar Project. Syftet är också att undersöka vilka parametrar som används för att mäta biokolets effekt på trädens tillväxt, samt att bedöma vilka effekter biokol har på träd.   Arbetet har genomförts som en intervjustudie som sedan kompletterats med faktasökning i vetenskapliga artiklar och böcker. Intervjupersonen är verksam inom området och arbetar som trädspecialist på trafikkontoret Stockholm stad och är delaktig i Stockholm Biochar Project. Fakta har sökts i olika databaser där sökorden biochar, biokol, terra preta, urbana stadsträd och trädinventering har använts.   Uppbyggnaden av växtbädden med biokol i Stockholm stad har visat sig vara snarlik den gamla modellen men skillnaden kan ses i att AMA-jorden har blivit utbytt mot biokol och även att dimensionerna på makadamen i skelettjorden är något ändrade.   De parametrar som används i Stockholm stad för att mäta trädets tillväxt är stamomkrets. Det finns andra parametrar som går att användas för att bedöma träds tillväxt och dessa skulle även kunna appliceras för att undersöka biokolets effekt på träd.   I en jämförelse av träds tillväxt, där träd av samma art hade växt i liknande förhållanden men i tre olika växtbäddar, visade resultatet att träden som planterats i biokol inte hade den största tillväxten. / The ground is an important factor to consider in today's tough climate for our urban trees. Especially for the trees that shall live in the most vulnerable parts of the city, such as the square, along heavily trafficked roads or surrounded by only paved surfaces. One solution is structured soils which is used in many cities in Sweden but also in other countries. An interesting new development of structured soils where AMA-soil has been replaced with biochar is now being tested in a project in Stockholm. The focus in this paper will therefore be on how biochar is used practically in the tree plant beds and the effects this has on the trees' development.   The purpose of this paper is to get an insight on how biochar in urban tree plant beds are used with examples from Stockholm Biochar Project. And also to examine the parameters used to measure the effect biochar have on tree growth, and to assess the impact of biochar has on the trees.   The work of this paper was carried out as an interview study and was then also combined with research in scientific books and articles. The interviewee is active in the area and works as a tree specialist at the traffic office,Stockholm city and complicit in Stockholm Biochar Project. Researched have been done in various databases where the keywords biokol, biochar, terra preta, urban city trees and tree inventory have been used.   The construction of the plant bed with biochar in Stockholm city has proved to be similar to the old model, but it differs in that the AMA-soil has been exchanged for biochar and also in that the dimensions of the macadam instructured soil is changed.   The parameters used in the Stockholm city to measure tree growth are stem circumference. But there are also other parameters that could be used to measure growth and these could also be applied to assess effect of the biochar on the tree.   In a comparison of tree growth, where tree of the same species had grown in similar conditions but in three different types of plant beds, the results showed that the trees planted in biochar did not have the best growth.

Ett av riksdagens miljömål är att minska övergödande faktorer. En källa till övergödning är kväveutsläpp från avloppsreningsverk. Arvidstorps avloppsreningsverk i Trollhättan väntar en ökad inkommande belastning på grund av befolkningsökning i området samt skarpare krav på utgående halt utsläppt kväve. Detta innebär att planer på att bygga en ny anläggning har satts i verket för att kunna hantera den ökande belastningen. Eventuellt kommer den nya anläggningen inte bli klar innan de nya kraven kommer. Detta gör att reningsverket utreder andra alternativ för att reducera kväve ur avloppsvattnet som kan tas i drift innan den nya anläggningen är klar. Ett alternativ till kväverening är att använda rejektvattenrening eftersom denna avloppsström innehåller höga koncentrationer kväve. Ett annat problem som reningsverket står inför är att kostnaderna för att hantera det avvattnade slammet förväntas öka. Reningsverket utreder därför alternativ för att minska slamvolymen. En biokolsanläggning där biokol tillverkas av det avvattnade slammet skulle kunna vara ett alternativ. Fördelen är att slamvolymen minskar samt att biokol kan användas som vattenrening då det har förmågan att adsorbera ämnen. I detta arbete har två olika tekniker för att rena kväve ur rejektströmmen på Arvidstorps reningsverk studerats. Dessa är dels en beprövad teknik som kallas deammonifikation där kväve renas med bakterier, och dels biokolsadsorption som kvävereningsmetod vilket inte är en lika etablerad reningsteknik på kommunala reningsverk. Deammonifikationsprocessen finns som flera olika tekniker där den som valts för detta arbete är ANITA Mox. ANITA Mox finns som två tillämpningar där den ena är MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) och den andra är IFAS (Integrated Fixed Film Activate Sludge). Målet med detta arbete var att göra en investeingskalkylering för att bedöma hur ekonomiskt försvarbart det är att installera ANITA Mox MBBR eller ANITA Mox IFAS samt uppskatta kvävereningskapaciteten för alternativet med biokolsadsorption. Inga ekonomiska aspekter togs hänsyn till för det senare alternativet.  För beräkningarna byggdes modeller i Excel och två olika experiment utfördes. Pyrolysering av rötrest till biokol och adsorption, samt ett luftningsförsök för att bestämma faktorer som krävs vid beräkning av luftbehov för deammonifikationsprocessen. ANITA Mox MBBR ha de lägsta årskostnaderna, trots att IFAS kan reducera mer kväve och därmed har lägre driftkostnader. IFAS kräver dessutom en mindre volym total sett med reaktor och sedimenteringsbassäng inräknat, men anledningen till den högre kostnaden är de extra instrument och komponenter som krävs till sedimenteringsbassängen med slamretur och den kortare livslängden på dessa komponenter som ger den högre årskostnaden. Biokol som reningsmetod är inte en lämplig metod då det krävs 66 gånger mer rötrest för att producera den mängd biokol som krävs för att rena rejektvattnet. Den rötrest som kommer produceras i en framtida anläggning kan endast reducera 1,5 % av kvävemängden. / One of the environmental goals for the Swedish parliament is to reduce eutrophic factors. A source of eutrophication is nitrogen emissions from waste water treatment plants. Arvidstorp's waste water treatment plant in Trollhättan expects a population increase and sharper requirements for outgoing nitrogen emissions. This means that plans to build a new plant have been put into operation in order to handle the increasing load. The new facility may not be ready before the new requirements come. The waste water treatment plant is therefore investigating other options for reducing nitrogen from the wastewater. An alternative to nitrogen removal is to use reject water purification since this sewage stream contains high concentrations of nitrogen. Another problem facing the waste water treatment plant is that the costs of handling the dewatered sludge is expected to increase. The treatment plant is therefore looking for alternatives to reduce the sludge volume. A biomass pyrolysis plant where biochar is produced by the dewatered sludge could be an alternative since the advantage is that the sludge volume is reduced and that biochar can be used as water purification as it has the ability to adsorb substances. In this work, two different techniques to remove nitrogen from the reject stream at Arvidstorp's treatment plant has been studied. One is a proven technique called deammonification where nitrogen is purified with bacteria, the other one is biochar adsorption as a nitrogen removal process, however not an equally established purification technique on municipal waste water treatment plants. Several different techniques exists as deammonification processes. The one chosen for this work is ANITA Mox. ANITA Mox is available as two implementations where one is MBBR and the other is IFAS. The goals of this work was to make an investment calculation to assess how economically justifiable it is to install either ANITA Mox MBBR or ANITA Mox IFAS and to estimate the nitrogen removal capacity of the alternative with biochar adsorption. No economic aspects were taken into account for the latter option. For the calculations, models were built in Excel and two different experiments were performed. Pyrolysis of digestion residue for biochar production and adsorption, as well as an aeration test to determine the factors required when calculating the air demand for the deammonification process. ANITA Mox MBBR has the lowest annual costs, even though IFAS can reduce more nitrogen and thus have a greater impact on operating costs. IFAS also requires a smaller reactor volume. The reasons for the higher cost are the extra instruments required for the sedimentation basin and the shorter life span of these components which gives the higher annual cost. Biochar as a purification method is not a suitable method as it requires 66 times more sludge to produce the amount of biochar required to purify the reject water. The sludge that will be produced in a future plant can only reduce 1.5% of the nitrogen load.

A geração de rejeitos radioativos é consequência da diversificada atuação do Brasil na área nuclear. A necessidade de um gerenciamento eficaz vem impulsionando pesquisas em novas tecnologias para o tratamento desses rejeitos de forma a garantir a segurança e a saúde dos seres humanos, além da preservação do meio ambiente. No Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, rejeitos aquosos contendo urânio são gerados em diversas etapas do ciclo do combustível nuclear, requerendo um tratamento específico de modo a atingir níveis de inocuidade que permitam a sua liberação como rejeitos isentos. No presente estudo, a adsorção foi considerada para o tratamento desses rejeitos por ser uma técnica simples, de fácil operação e de baixo custo. Nos últimos anos, o interesse por fontes renováveis foi alavancado por questões ambientais e os resíduos agroindustriais tornaram-se uma fonte importante para a produção de novos materiais. No Brasil, o agronegócio tem uma expressiva participação na economia do país e a diversidade e a disponibilidade dos resíduos gerados em larga escala vêm se revelando como uma alternativa em potencial para a produção de adsorventes de baixo custo, como é o caso do biocarvão, que pode ser obtido através da decomposição térmica dos resíduos de biomassa. Dessa forma, esses resíduos de biomassa podem ser aproveitados para a obtenção de um material de valor agregado. Devido à sua estrutura porosa e superfície carregada, rica em grupos funcionais, os biocarvões são considerados excelentes adsorventes para metais tóxicos e, por isso, vêm conquistando o interesse de muitos cientistas nos últimos anos. A macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmeira nativa do cerrado e uma das mais promissoras fontes naturais e renováveis de óleo para as indústrias cosméticas, de alimentos e para a produção de biocombustíveis. O processamento do óleo da amêndoa do coco de macaúba gera um resíduo, que corresponde à casca da noz, denominado de \"endocarpo\". O presente estudo teve por objetivo demonstrar o potencial do endocarpo de macaúba como matéria-prima para a produção de biocarvão e a empregabilidade deste como material adsorvente na remoção de urânio (VI) de soluções aquosas. O biocarvão foi preparado por pirólise lenta a partir do endocarpo de macaúba em seis temperaturas diferentes (250 a 750 °C). O desempenho do processo de adsorção foi maximizado através da seleção das condições mais adequadas, ajustando-se os parâmetros que podem influenciar na adsorção: pH, dose, concentração inicial e tempo de contato. As maiores capacidades de adsorção foram obtidas para o biocarvão não-ativado produzido a 250 °C (BC250), seguido pelo biocarvão obtido a 350 °C (BC350), com eficiências de remoção de 86 % e 80 %, respectivamente. Esses resultados demonstraram o importante papel desempenhado pelos grupos funcionais de superfície na adsorção do U, hipótese que foi reforçada por meio da caracterização dos biocarvões obtidos em diferentes temperaturas. A análise elementar confirmou a redução das frações molares H/C e O/C conforme temperaturas mais elevadas foram empregadas na pirólise do endocarpo e a análise por espectroscopia no infravermelho demonstrou a crescente degradação dos grupos funcionais de superfície com o aumento da temperatura de pirólise, reduzindo a disponibilidade de sítios ligantes. Por isso, os biocarvões obtidos em temperaturas mais baixas (250 e 350 °C) apresentaram maior capacidade de troca catiônica. Além disso, a presença de grupos funcionais oxigenados tais como hidroxilas, carbonilas e carboxilas contribui para o fenômeno de quimissorção. Entretanto, o BC350 foi selecionado preferencialmente ao BC250 por apresentar um maior teor de carbono fixo, sendo, com isso, um material mais estável e, portanto, mais adequado para imobilizar U radioativo a longo-prazo. A ativação física do BC350 empregando CO2 possibilitou o aperfeiçoamento do adsorvente, obtendo-se um biocarvão com uma maior capacidade de adsorção para o U, alcançando 99,17 % de remoção. A análise por adsorção de nitrogênio mostrou que a ativação proporcionou um desenvolvimento significativo da estrutura porosa do biocarvão ativado (BC350- A), aumentando substancialmente a sua área superficial específica de 0,83 m2 g-1 para 643,12 m2 g-1. A adsorção do U(VI) pelo biocarvão de macaúba foi melhor descrita pelo modelo isotérmico de Redlich-Peterson. O melhor ajuste dos dados experimentais foi atribuído ao modelo cinético de pseudo primeira-ordem. A técnica de microfluorescência de raios X possibilitou comprovar a presença de urânio no biocarvão após a adsorção. Por fim, a aplicabilidade do BC350-A foi avaliada, em um estudo de caso, para o efluente de UF4 gerado em uma das etapas do ciclo do combustível nuclear, cuja concentração era de aproximadamente 5,1 mg L-1 de U. Após a adsorção, a concentração de U(VI) remanescente em solução foi de 107 μg L-1, ficando abaixo do limite máximo estabelecido pela Norma CNEN-NN-8.01 (217 μg L-1) evidenciando, assim, a empregabilidade do BC350-A no tratamento de rejeitos aquosos contendo U. / Radioactive wastes are generated as a consequence of Brazil\'s diverse activities in the nuclear area. The need for effective management has been driving recent researches into new technologies for the treatment of these wastes in order to ensure the safety and health of humans, as well as the preservation of the environment. At the Nuclear and Energy Research Institute, uranium-containing aqueous wastes are generated at various stages of the nuclear fuel cycle. Specific treatment is required to achieve safe levels for a proper disposal. Because of its simplicity, easiness of operation and low cost, adsorption was considered for the treatment of the radioactive aqueous wastes in the present study. In Brazil, agribusiness has a significant participation in the country\'s economy and the diversity and availability of residues generated in large-scale reveal a potential alternative for the production of low-cost adsorbents, such as biochars, which have been gaining the interest of many scientists in the last years. Biochars can be obtained by thermal decomposition of biomass residues and are excellent adsorbents for heavy metals because of their porous structure and charged surface, rich in functional groups. Macaúba (Acrocomia aculeata) is a palm tree native to the Brazilian\'s savannah and one of the most promising natural and renewable sources of oil for cosmetics, food and biofuels. The processing of almond oil of macaúba coconut produces a residue, which corresponds to the shell of the walnut, denominated \"endocarp\". The present study aimed to demonstrate the potential of the macaúba endocarp as a raw material for the production of biochar to be used as adsorbent material in the removal of uranium (VI) from aqueous solutions. The biochar was prepared from the macauba endocarp by slow pyrolysis at six different temperatures (250 to 750 °C). The performance of the adsorption process was maximized through the selection of the most suitable conditions, by properly adjusting the parameters that may influence the adsorption: pH, dose, initial concentration and contact time. The highest adsorption capacities were obtained for the non-activated biochar produced at 250 °C (BC250), followed by the biochar obtained at 350 °C (BC350), with removal efficiencies of 86 % and 80 %, respectively. These results point out to the importance of the surface functional groups in the U adsorption because they provide a large amount of binding sites. This hypothesis was reinforced through the characterization of the biochars obtained at different temperatures. Elemental analysis confirmed the reduction of the H/C and O/C molar fractions at higher pyrolytic temperatures and the infrared spectroscopy analysis demonstrated the increasing degradation of surface functional groups with growing temperatures. The presence of oxygenated functional groups such as hydroxyls, carbonyls and carboxyls contribute to the increase of the cation exchange capacity (CEC) and the biochars obtained at lower temperatures (250 and 350 °C) favor the process of adsorption by chemisorption. BC350 was preferentially selected to BC250, because of its higher fixed carbon content, thus, a more stable material and, therefore, more suitable for a long-term immobilization of radioactive U. Physical activation of BC350 resulted in an enhanced biochar, with a greater adsorption capacity for U, reaching over 99 % of removal efficiency. Nitrogen adsorption analysis showed that the activation provided a significant development of the porous structure of the activated biochar (BC350-A), substantially increasing its specific surface area from 0,83 m2 g-1 to 643,12 m2 g-1. The adsorption was better described by the Redlich-Peterson isotherm model. The best fit of the experimental data was attributed to the pseudo first-order kinetic model. The X-ray microfluorescence technique evidenced the presence of U in the biochar after adsorption. Finally, the applicability of BC350-A was evaluated for the UF4 effluent generated in one of the stages of the nuclear fuel cycle. After adsorption, the U (VI) was successfully removed from the aqueous effluent, achieving a remaining concentration of 107 μg L-1, thus proving the BC350-A applicability for the treatment of U-containing aqueous wastes.

Proveniente do processo de pirólise, o biochar é constituído por elevado teor de carbono, em estruturas que são responsáveis pela elevada resistência à degradação. O material vem sendo objeto de estudo por seus diversos usos e benefícios que oferece ao ambiente. Quando aplicado ao solo traz melhorias relacionadas às propriedades químicas, físicas e microbiológicas do mesmo, além de ser ferramenta para o sequestro de carbono, alternativa para disposição de resíduos orgânicos com concomitante produção de energia. Entretanto, as propriedades químicas e físicas dos biochars variam grandemente devido à diversidade de matérias-primas e das condições de produção. O presente estudo visou avaliar a variação das propriedades físicas, químicas e morfológicas do biochar e a influência da matéria-prima e da temperatura de pirólise na caracterização final do produto. Para tanto, foram produzidos biochars oriundos da combinaçao de quatro temperaturas (350, 450, 550 e 650 °C) e de quatro matérias-primas (palha de cana-de-açúcar, casca de arroz, dejeto de galinha e serragem). Em todos os produtos e materiais de origem foram feitas avaliações de pH, condutividade elétrica (C.E.), capacidade de troca catiônica (CTC), teor de carbono (C), nitrogênio (N), hidrogênio (H), material volátil e cinzas, teor de nutrientes, além de avaliação de espectroscopia através de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), análise de morfologia por Microscopia Eletrônica de Varredura, análise de termogravimetria e teores de lignina celulose e hemicelulose. Constatou-se variação de algumas proprieades químicas como os teores de C, H, O, materiais voláteis, cinzas, carbono fixo, índice pH, condutividade elétrica e capacidade de troca catiônica com maior influência da temperatura de pirólise. O teor inicial de macro e micronutrientes presentes nas matérias-primas apresentou maior influência na variação das concentrações desses nutrientes nos biochars. De forma geral observou-se aumento da estabilidade química nos diferentes biochars com a elevação da temperatura de pirólise. A recalcitrância dos biochars confere-lhes persitência no solo e é confirmada pelo aumento dos teores de C e diminuição da emissão de CO2 nos tratamentos com adição desses materiais em comparação com adição de suas respectivas matérias-primas. Ademais, a contribuição dos biochars para elevação no pH do solo é de fundamental importância para sua adoção na agricultura sob o ponto de vista de fertilidade do solo. / A product of pyrolysis, biochar is a carbon rich material and its structure is responsible for the high resistance to degradation. Biochar is an interesting object of study due to its diverse applications and amendments to the environment. When applied to the soil, it is able to enhance soil physical, chemical and microbiological properties. It is also pointed as an instrument to sequester carbon and an alternative disposal for organic residues as well as energy source. However, the resultant properties of biochar vary greatly considering the diverse options of feedstocks combined with the contrasting production conditions used to obtain the final product. The present study aimed the evaluation of the different chemical and physical properties within a range of diverse biochars, and the assessment of feedstock or pyrolysis temperature mediated changes. The biochars produced combined pyrolysis temperatures (350, 450, 550 and 650 °C) with four feedstocks (sugar cane straw, rice husk, poultry manure and sawdust). In order to assess biochar properties and the temperature or feedstock mediated changes, several analysis were performed in the feedstock and biochars produced. The analysis included pH, cation exchange capacity, carbon, nitrogen and hydrogen content, proximate analysis, nutrient content, as well as spectroscopy performances such as Fourier Transformed Infrared (FTIR), morphological assessment through Scanning Electron Microscopy (SEM), termogravimetric analysis and lignin, cellulose and hemicellulose contents. The results suggests that temperature influenced greatly some of the chemical properties assessed, such as the contents of C, H, O, volatile matter, ash, fixed C, pH, electrical conductivity, cation exchange capacity. Feedstocks initial macro and micronutrient contents exhibited more influence in the variation of these elements in the biochars. In general, there was an increase in chemical stability in the different biochars with increasing pyrolysis temperature. The high recalcitrance found in biochars enable them to persist within the soil, which was confirmed by the increased levels of C content and decreased CO2 emissions when biochars addition was compared with their feedstocks addition to soils. Moreover, the contribution of biochar in increasing soil pH is very important from a soil fertility standpoint.

A geração de rejeitos radioativos é consequência da diversificada atuação do Brasil na área nuclear. A necessidade de um gerenciamento eficaz vem impulsionando pesquisas em novas tecnologias para o tratamento desses rejeitos de forma a garantir a segurança e a saúde dos seres humanos, além da preservação do meio ambiente. No Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, rejeitos aquosos contendo urânio são gerados em diversas etapas do ciclo do combustível nuclear, requerendo um tratamento específico de modo a atingir níveis de inocuidade que permitam a sua liberação como rejeitos isentos. No presente estudo, a adsorção foi considerada para o tratamento desses rejeitos por ser uma técnica simples, de fácil operação e de baixo custo. Nos últimos anos, o interesse por fontes renováveis foi alavancado por questões ambientais e os resíduos agroindustriais tornaram-se uma fonte importante para a produção de novos materiais. No Brasil, o agronegócio tem uma expressiva participação na economia do país e a diversidade e a disponibilidade dos resíduos gerados em larga escala vêm se revelando como uma alternativa em potencial para a produção de adsorventes de baixo custo, como é o caso do biocarvão, que pode ser obtido através da decomposição térmica dos resíduos de biomassa. Dessa forma, esses resíduos de biomassa podem ser aproveitados para a obtenção de um material de valor agregado. Devido à sua estrutura porosa e superfície carregada, rica em grupos funcionais, os biocarvões são considerados excelentes adsorventes para metais tóxicos e, por isso, vêm conquistando o interesse de muitos cientistas nos últimos anos. A macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmeira nativa do cerrado e uma das mais promissoras fontes naturais e renováveis de óleo para as indústrias cosméticas, de alimentos e para a produção de biocombustíveis. O processamento do óleo da amêndoa do coco de macaúba gera um resíduo, que corresponde à casca da noz, denominado de \"endocarpo\". O presente estudo teve por objetivo demonstrar o potencial do endocarpo de macaúba como matéria-prima para a produção de biocarvão e a empregabilidade deste como material adsorvente na remoção de urânio (VI) de soluções aquosas. O biocarvão foi preparado por pirólise lenta a partir do endocarpo de macaúba em seis temperaturas diferentes (250 a 750 °C). O desempenho do processo de adsorção foi maximizado através da seleção das condições mais adequadas, ajustando-se os parâmetros que podem influenciar na adsorção: pH, dose, concentração inicial e tempo de contato. As maiores capacidades de adsorção foram obtidas para o biocarvão não-ativado produzido a 250 °C (BC250), seguido pelo biocarvão obtido a 350 °C (BC350), com eficiências de remoção de 86 % e 80 %, respectivamente. Esses resultados demonstraram o importante papel desempenhado pelos grupos funcionais de superfície na adsorção do U, hipótese que foi reforçada por meio da caracterização dos biocarvões obtidos em diferentes temperaturas. A análise elementar confirmou a redução das frações molares H/C e O/C conforme temperaturas mais elevadas foram empregadas na pirólise do endocarpo e a análise por espectroscopia no infravermelho demonstrou a crescente degradação dos grupos funcionais de superfície com o aumento da temperatura de pirólise, reduzindo a disponibilidade de sítios ligantes. Por isso, os biocarvões obtidos em temperaturas mais baixas (250 e 350 °C) apresentaram maior capacidade de troca catiônica. Além disso, a presença de grupos funcionais oxigenados tais como hidroxilas, carbonilas e carboxilas contribui para o fenômeno de quimissorção. Entretanto, o BC350 foi selecionado preferencialmente ao BC250 por apresentar um maior teor de carbono fixo, sendo, com isso, um material mais estável e, portanto, mais adequado para imobilizar U radioativo a longo-prazo. A ativação física do BC350 empregando CO2 possibilitou o aperfeiçoamento do adsorvente, obtendo-se um biocarvão com uma maior capacidade de adsorção para o U, alcançando 99,17 % de remoção. A análise por adsorção de nitrogênio mostrou que a ativação proporcionou um desenvolvimento significativo da estrutura porosa do biocarvão ativado (BC350- A), aumentando substancialmente a sua área superficial específica de 0,83 m2 g-1 para 643,12 m2 g-1. A adsorção do U(VI) pelo biocarvão de macaúba foi melhor descrita pelo modelo isotérmico de Redlich-Peterson. O melhor ajuste dos dados experimentais foi atribuído ao modelo cinético de pseudo primeira-ordem. A técnica de microfluorescência de raios X possibilitou comprovar a presença de urânio no biocarvão após a adsorção. Por fim, a aplicabilidade do BC350-A foi avaliada, em um estudo de caso, para o efluente de UF4 gerado em uma das etapas do ciclo do combustível nuclear, cuja concentração era de aproximadamente 5,1 mg L-1 de U. Após a adsorção, a concentração de U(VI) remanescente em solução foi de 107 μg L-1, ficando abaixo do limite máximo estabelecido pela Norma CNEN-NN-8.01 (217 μg L-1) evidenciando, assim, a empregabilidade do BC350-A no tratamento de rejeitos aquosos contendo U. / Radioactive wastes are generated as a consequence of Brazil\'s diverse activities in the nuclear area. The need for effective management has been driving recent researches into new technologies for the treatment of these wastes in order to ensure the safety and health of humans, as well as the preservation of the environment. At the Nuclear and Energy Research Institute, uranium-containing aqueous wastes are generated at various stages of the nuclear fuel cycle. Specific treatment is required to achieve safe levels for a proper disposal. Because of its simplicity, easiness of operation and low cost, adsorption was considered for the treatment of the radioactive aqueous wastes in the present study. In Brazil, agribusiness has a significant participation in the country\'s economy and the diversity and availability of residues generated in large-scale reveal a potential alternative for the production of low-cost adsorbents, such as biochars, which have been gaining the interest of many scientists in the last years. Biochars can be obtained by thermal decomposition of biomass residues and are excellent adsorbents for heavy metals because of their porous structure and charged surface, rich in functional groups. Macaúba (Acrocomia aculeata) is a palm tree native to the Brazilian\'s savannah and one of the most promising natural and renewable sources of oil for cosmetics, food and biofuels. The processing of almond oil of macaúba coconut produces a residue, which corresponds to the shell of the walnut, denominated \"endocarp\". The present study aimed to demonstrate the potential of the macaúba endocarp as a raw material for the production of biochar to be used as adsorbent material in the removal of uranium (VI) from aqueous solutions. The biochar was prepared from the macauba endocarp by slow pyrolysis at six different temperatures (250 to 750 °C). The performance of the adsorption process was maximized through the selection of the most suitable conditions, by properly adjusting the parameters that may influence the adsorption: pH, dose, initial concentration and contact time. The highest adsorption capacities were obtained for the non-activated biochar produced at 250 °C (BC250), followed by the biochar obtained at 350 °C (BC350), with removal efficiencies of 86 % and 80 %, respectively. These results point out to the importance of the surface functional groups in the U adsorption because they provide a large amount of binding sites. This hypothesis was reinforced through the characterization of the biochars obtained at different temperatures. Elemental analysis confirmed the reduction of the H/C and O/C molar fractions at higher pyrolytic temperatures and the infrared spectroscopy analysis demonstrated the increasing degradation of surface functional groups with growing temperatures. The presence of oxygenated functional groups such as hydroxyls, carbonyls and carboxyls contribute to the increase of the cation exchange capacity (CEC) and the biochars obtained at lower temperatures (250 and 350 °C) favor the process of adsorption by chemisorption. BC350 was preferentially selected to BC250, because of its higher fixed carbon content, thus, a more stable material and, therefore, more suitable for a long-term immobilization of radioactive U. Physical activation of BC350 resulted in an enhanced biochar, with a greater adsorption capacity for U, reaching over 99 % of removal efficiency. Nitrogen adsorption analysis showed that the activation provided a significant development of the porous structure of the activated biochar (BC350-A), substantially increasing its specific surface area from 0,83 m2 g-1 to 643,12 m2 g-1. The adsorption was better described by the Redlich-Peterson isotherm model. The best fit of the experimental data was attributed to the pseudo first-order kinetic model. The X-ray microfluorescence technique evidenced the presence of U in the biochar after adsorption. Finally, the applicability of BC350-A was evaluated for the UF4 effluent generated in one of the stages of the nuclear fuel cycle. After adsorption, the U (VI) was successfully removed from the aqueous effluent, achieving a remaining concentration of 107 μg L-1, thus proving the BC350-A applicability for the treatment of U-containing aqueous wastes.

Biochar is the solid, carbon-rich by-product obtained from pyrolysis. It offers the prospect of long-term carbon sequestration and soil conditioning with agronomic benefits, often referred to as the ‘biochar effect‘. These multiple direct or indirect changes in the soil plant interface have also been associated with the control of plant diseases by influencing the host’s systemic induced resistance. The biological impact of biochar on the phytopathology of a major cereal grain has not yet been investigated. The most damaging foliar disease of barley in the UK is Rhynchosporium leaf blotch caused by the hemibiotrophic fungal pathogen Rhynchosporium commune. The aim of this project was to evaluate biochar performance and effectiveness as a disease control agent in the barley – R. commune – pathosystem, and attempted to identify underlying mechanisms by which biochar may function in the interaction between barley and the causal pathogen. Therefore, a unique set of nine slow pyrolysis biochars were established along a 350 to 800°C pyrolysis temperature gradient, with eight of these made from pelleted softwoods and a single one made from Miscanthus straw. A comprehensive biochar quality assessment was undertaken and established that the biochars differed in their chemical composition, which largely depended on production parameters, predominantly temperature (P < 0.05). The analysis proposed that biochar 9, made from Miscanthus at 800°C, showed added value as a soil conditioner over softwood biochars, due to higher pH, mineral ash and macronutrient recoveries, which pointed towards a possible liming potential. Regardless of the feedstock, biochars pyrolysed above 600°C indicated potential use for carbon sequestration purposes, due to higher carbon stability. Short-term controlled bioassays showed significant restricted growth of R. commune mycelium on defined medium to direct (1.0% w/w) and indirect volatile exposure from certain biochars (P < 0.001). The findings suggested a synergistic effect of the softwood biochars acidic nature and presence of fungicidal compounds, with observed inhibition of 100% attributed to re-condensation of tarry vapours onto biochar surfaces during pyrolysis. Qualitative biochar volatile organic compound analysis was conducted and identified biocide active phenolic and organic acid compounds, similar to those commonly found in smoke, bio-oils or wood vinegars. These findings proposed possible application for mitigation of inoculum pressure in field-grown barley, but the toxic nature of volatiles raised concerns over risks to human and environmental health, as also evidenced by detrimental barley growth effects. Subsequent controlled in vivo and in planta experiments revealed significant (P < 0.05) symptomatic barley leaf blotch reduction effects of up to 100%, following 5% (w/w) application of biochars 4, 5, 8 and 9. Barley plants transcriptional changes in ISR-dependent LOX2 and SAR-dependent PR1-b expression in planta verified systemic induced resistance as mechanisms behind the significant disease suppression of barley plants grown in soil amended with biochar 5 and 8. Disease reduction and biochar mediated induced resistance was attributed to either low concentrations of phytotoxic compounds, a direct toxicity effect from fungicidal compounds or indirect promotion of beneficial microbes. The results provided evidence, that in the case of the studied pathosystem, there is potential for biochar with specific characteristics to be considered as a soil amendment, offering not only carbon sequestration, but also possible improved disease resistance.

Proveniente do processo de pirólise, o biochar é constituído por elevado teor de carbono, em estruturas que são responsáveis pela elevada resistência à degradação. O material vem sendo objeto de estudo por seus diversos usos e benefícios que oferece ao ambiente. Quando aplicado ao solo traz melhorias relacionadas às propriedades químicas, físicas e microbiológicas do mesmo, além de ser ferramenta para o sequestro de carbono, alternativa para disposição de resíduos orgânicos com concomitante produção de energia. Entretanto, as propriedades químicas e físicas dos biochars variam grandemente devido à diversidade de matérias-primas e das condições de produção. O presente estudo visou avaliar a variação das propriedades físicas, químicas e morfológicas do biochar e a influência da matéria-prima e da temperatura de pirólise na caracterização final do produto. Para tanto, foram produzidos biochars oriundos da combinaçao de quatro temperaturas (350, 450, 550 e 650 °C) e de quatro matérias-primas (palha de cana-de-açúcar, casca de arroz, dejeto de galinha e serragem). Em todos os produtos e materiais de origem foram feitas avaliações de pH, condutividade elétrica (C.E.), capacidade de troca catiônica (CTC), teor de carbono (C), nitrogênio (N), hidrogênio (H), material volátil e cinzas, teor de nutrientes, além de avaliação de espectroscopia através de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), análise de morfologia por Microscopia Eletrônica de Varredura, análise de termogravimetria e teores de lignina celulose e hemicelulose. Constatou-se variação de algumas proprieades químicas como os teores de C, H, O, materiais voláteis, cinzas, carbono fixo, índice pH, condutividade elétrica e capacidade de troca catiônica com maior influência da temperatura de pirólise. O teor inicial de macro e micronutrientes presentes nas matérias-primas apresentou maior influência na variação das concentrações desses nutrientes nos biochars. De forma geral observou-se aumento da estabilidade química nos diferentes biochars com a elevação da temperatura de pirólise. A recalcitrância dos biochars confere-lhes persitência no solo e é confirmada pelo aumento dos teores de C e diminuição da emissão de CO2 nos tratamentos com adição desses materiais em comparação com adição de suas respectivas matérias-primas. Ademais, a contribuição dos biochars para elevação no pH do solo é de fundamental importância para sua adoção na agricultura sob o ponto de vista de fertilidade do solo. / A product of pyrolysis, biochar is a carbon rich material and its structure is responsible for the high resistance to degradation. Biochar is an interesting object of study due to its diverse applications and amendments to the environment. When applied to the soil, it is able to enhance soil physical, chemical and microbiological properties. It is also pointed as an instrument to sequester carbon and an alternative disposal for organic residues as well as energy source. However, the resultant properties of biochar vary greatly considering the diverse options of feedstocks combined with the contrasting production conditions used to obtain the final product. The present study aimed the evaluation of the different chemical and physical properties within a range of diverse biochars, and the assessment of feedstock or pyrolysis temperature mediated changes. The biochars produced combined pyrolysis temperatures (350, 450, 550 and 650 °C) with four feedstocks (sugar cane straw, rice husk, poultry manure and sawdust). In order to assess biochar properties and the temperature or feedstock mediated changes, several analysis were performed in the feedstock and biochars produced. The analysis included pH, cation exchange capacity, carbon, nitrogen and hydrogen content, proximate analysis, nutrient content, as well as spectroscopy performances such as Fourier Transformed Infrared (FTIR), morphological assessment through Scanning Electron Microscopy (SEM), termogravimetric analysis and lignin, cellulose and hemicellulose contents. The results suggests that temperature influenced greatly some of the chemical properties assessed, such as the contents of C, H, O, volatile matter, ash, fixed C, pH, electrical conductivity, cation exchange capacity. Feedstocks initial macro and micronutrient contents exhibited more influence in the variation of these elements in the biochars. In general, there was an increase in chemical stability in the different biochars with increasing pyrolysis temperature. The high recalcitrance found in biochars enable them to persist within the soil, which was confirmed by the increased levels of C content and decreased CO2 emissions when biochars addition was compared with their feedstocks addition to soils. Moreover, the contribution of biochar in increasing soil pH is very important from a soil fertility standpoint.

Ministério da Educação e Universidade Federal Rural da Amazônia / With the increasing commercialization of açaí {Enterpe oleracea Mart.), processing residues have become an environmental problem. Due to the high availability and homogeneity, these biomass residues can be used as feedstock in the biochar production. The objective here was to test the potential ofbiochar from açaí residues as a soil conditioner. Açaí biochar was produced in a traditional oven and incorporated with increasing doses in two soils with different textures, and then compacted in volumetric rings with the aid of a hydraulic press. Samples were incubated in greenhouse for 90 and 270 days. After these periods, soil water retention curve, aggregate stability and aggregate density were determined. Meanwhile, biochar was produced in a muffle furnace under different temperature and residence times from the same açaí residues. These samples were evaluated for their physical and chemical characteristics. For the pot trial, increasing biochar doses did not alter soil water retention curve. However, it increased the stability of aggregates and reduced soil density after 90 days of incubation, not being observed large differences after this period. For the biochar samples produced in muffle, it was observed a greater influence of temperature in relation to residence time. Higher values of pH, greater recalcitrance and greater potential for water retention were observed for biochars produced in the higher temperatures (600 and 700 0C). At lower temperatures biochars (300 and 400 0C), it was observed higher yield. However, it was observed that the hydrophobicity was extremely high in the biochar produced under these conditions. Considering the favorable characteristics of biochar produced at low and high temperatures, the intermediate value of temperature (500 0C) and longer residence time (3 h) in muffle is considered an ideal condition for biochar production of açaí seeds. In general, the biochar produced from açaí residues of processing has potential for favorable changes in the properties of the Amazonian soils. / Com o aumento da comercialização do açaí {Euterpe oleracea Mart.), resíduos do processamento do fruto vêm se tornando um problema ambiental. Devido à alta disponibilidade e homogeneidade, esses resíduos de biomassa chamam atenção para a possibilidade de uso como matéria-prima na produção de biocarvão. Assim, o objetivo aqui foi testar o potencial do biocarvão de semente de açaí como condicionante de solos. O biocarvão de resíduos de açaí foi produzido em forno artesanal a 300 0C por 9 h, incorporado em doses crescentes em dois solos de texturas distintas e, então, compactados em anéis volumétricos com auxílio de uma prensa hidráulica. As amostras foram mantidas em casa de vegetação por um tempo de incubação de 90 e 270 dias. Após esses períodos, foram avaliadas quanto as características de retenção de água no solo, estabilidade de agregados e densidade de agregados. Concomitantemente, foram produzidos biocarvões em mufla sob diferentes temperaturas e tempos de residência, a partir dos mesmos resíduos do processamento de açaí. Estes foram avaliados quanto as suas características físicas e químicas. O aumento nas dosagens do biocarvão de resíduos de açaí produzidos em forno artesanal não alterou as características de retenção de água nos solos. Entretanto, aumentou a estabilidade de agregados e reduziu a densidade dos mesmos após 90 dias de incubação, não sendo constado diferenças após esse período. Para os biocarvões produzidos em mufla, foi constatado maior influência da temperatura em relação ao tempo de residência, sendo observado maiores valores de pH, maior recalcitrância e maior potencial para retenção de água quando este foi produzido em temperaturas mais elevadas (600 e 700 0C). Já nas temperaturas mais baixas (300 e 400 0C) foi observado maior rendimento e caráter extremamente hidrofóbico nos biocarvões produzidos sob essas condições. Considerando as características favoráveis do biocarvão produzidos em mufla sob baixas e altas temperaturas, o valor intermediário de temperatura (500 0C) e maior tempo residência (3 h) é tido como a condição ideal para a produção de biocarvão de sementes de açaí. O biocarvão produzido a partir dos resíduos do processamento de açaí têm potencial para alterações favoráveis nas propriedades dos solos da Amazônia.

Polluted stormwater, if not treated, can compromise water quality throughout our hydrologic cycle, adversely affecting aquatic ecosystems. Common stormwater pollutants, copper and zinc, have been identified as primary toxicants in multiple freshwater and marine environments. For small-scale generators, stormwater management can be cumbersome and implementation of common BMPs impractical thus catch basins are popular though not the most environmentally conscious and sustainable option. This study aims to characterize the potential of a mobile media filter operation for the treatment and on-site recycling of catch basin stormwater. The removal capacities of various commercially available filter media (e.g. a common perlite; Earthlite™, a medium largely composed of biochars; and Filter33™, a proprietary porous medium) were measured using binary injection solutions modeled after local catch basin stormwater characteristics. The results of filtration experiments, rapid small-scale column tests (RSSCTs), indicate that the transport of metals in Perlite is primarily impacted by nonspecific sorption whereas in Earthlite™ and Filter33™ both nonspecific and specific sorption are present. For all media and experimentation, there was a consistent preferential uptake of copper such that copper displayed delayed arrival and/or greater removal than zinc. Moreover, the observed snow plow effects and concentration plateaus in Earthlite™ and Filter33™ RSSCTs suggest rate limited ion exchange and specific sorption in addition to ion competition. Earthlite™ exhibited an approach velocity dependent removal efficiency in the RSSCTs and pseudo second order uptake behavior for zinc in kinetic batch experiments. At the lab scale equivalent of the proposed field scale flow rate, Filter33™ displayed the greatest average zinc removal of 8.6 mg/g. In all, this research indicates that test parameters (i.e. pH, competitive ions solutions, empty bed contact time, flow rate) based on the natural environment and field scale operation can greatly impact removal efficiency in filter media.

The use of ethanol produced from lignocellulosic biomass for transportation fuel offers solutions in reducing environmental emission and the use of non-renewable fuels. However, lignocellulosic ethanol production is still hampered by economic and technical obstacles. For instance, the inhibitory effect of toxic compounds produced during biomass pretreatment was reported to inhibit the fermenting microorganisms, hence there was a decrease in ethanol yield and productivity. Thus, there is a need to improve the bioconversion of lignocellulosic biomass to ethanol in order to promote its commercialization. The research reported here investigated the use of poultry litter biochar to improve the ethanol production from steam-exploded poplar and corn stover. The effect of poultry litter biochar was first studied on Saccharomyces cerevisiae ATCC 204508/S288C growth, and second on the enzyme hydrolysis and fermentation of two steam-exploded biomasses: (poplar and corn stover). The third part of the study investigated optimal process parameters (biochar loading, biomass loading, and enzyme loading) on the reducing sugars production, and ethanol yield from steam-exploded corn stover. In this study, it has been shown that poultry litter biochar improved the S. cerevisiae growth and ethanol productivity; therefore poultry litter biochar could potentially be used to improve the ethanol production from steam-exploded lignocellulosic biomass.