Das Institut für Kern- und Teilchenphysik (IKTP) der Technischen Universität Dresden (TUD) hat im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) ein Labor zur Untersuchung von neutroneninduzierten kernphysikalischen Prozessen in Materialien, die für die Fusionsforschung relevant sind, aufgebaut. Das Labor ist ausgestattet mit drei intensiven Neutronenquellen: einer 14 MeV-Neutronenquelle, einer weißen kontinuierlichen Photoneutronen-Quelle, die näher in dieser Arbeit beschrieben wird, und einer gepulsten Photoneutronen-Quelle, die vom FZD inKooperation mit der TUD aufgebaut wurde. Die kontinuierliche Photoneutronen-Quelle basiert auf einem Radiator aus Wolfram (engl. Tungsten Photoneutron Source (TPNS)). TPNS nutzt die im ELBE-Beschleuniger (Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillianz und niedriger Emittanz (ELBE)) beschleunigten Elektronen zur Neutronenerzeugung. Der Prozess läuft über Zwischenschritte ab, indem bei der Abbremsung der Elektronen im Radiator Bremsstrahlungsphotonen entstehen, die anschließend Neutronen durch (γ,xn)-Reaktionen erzeugen. Das Neutronenspektrum der TPNS kann mittels Moderatoren so modifiziert werden, dass es dem in der ersten Wand im Fusionsreaktor entspricht. Dies ermöglicht Untersuchungen mit einem für einen Fusionsreaktor typischen Neutronenspektrum. Die technische Verwirklichung des Projektes, die Inbetriebnahme der Anlage sowie die Durchführung der ersten Experimente zur Neutronenerzeugung ist Inhalt dieser Arbeit. Die Neutronenquelle ist insbesondere für qualitative Untersuchungen in der Fusionsneutronik bestimmt. Der Fusionsreaktor produziert, im Vergleich zu einem Spaltungsreaktor, keine langlebigen Isotope als Abfall. Die wesentliche Aktivität des Reaktors ist in Konstruktionsmaterialien akkumuliert. Durch sorgfältige Auswahl der Materialien kann man die Aktivierung minimieren und damit künftig wesentlich weniger radioaktives Inventar produzieren als in Spaltreaktoren. Ziel der kernphysikalischen Untersuchungen ist, solche Materialien für den Aufbau eines Fusionsreaktors zu erforschen, die niedrigaktivierbar sind, das heißt wenig Aktivität akkumulieren können, und eine Halbwertzeit von einigen Jahren haben. Es ist das Ziel, alle Konstruktionsmaterialien nach 100 Jahren wiederverwenden zu können. Die Neutronenflussdichte einer Photoneutronenquelle ist einige Größenordnungen höher als die, die mittels eines DT-Neutronengenerators mit anschließender Moderation erreicht werden kann. Die gesamte Arbeit ist in drei Teile geteilt. Der erste Teil leitet in die Problematik der Energieversorgung ein und zeigt die Kernfusion als eine vielversprechende Energiequelle der naher Zukunft auf. Das Neutronenlabor der TUD, in dem die TPNS aufgebaut ist, wird ebenfalls kurz vorgestellt. Der zweite Teil befasst sich mit der TPNS selbst, mit ihrem physikalischen Entwurf, der Konstruktion und dem Aufbau bis zu der Inbetriebnahme sowie dem ersten Experiment an der TPNS. Der letzte, dritte Teil ist die Zusammenfassung der vorhandenen Ergebnisse und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Vorhaben. / The Institute for Nuclear and Particle Physics at the Technische Universität Dresden (TUD) has build a neutron physics laboratory at Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) to investigate nuclear processes in materials. The experiments are focused on materials relevant to nuclear fusion. The laboratory is equipped with three intensive neutron sources. The first is a 14 MeV monochromatic neutron source based on the DT reaction (owned by TUD); the other two are continuous and pulsed white photoneutron sources based on (γ,xn) reactions. One pulsed photoneutron source is realized by FZD in cooperation with the TUD. The continuous photoneutron source utilises a tungsten radiator (Tungsten Photoneutron Source) to produce neutrons with a wide energy spectra. The TPNS uses the ELBE-accelerator as a source of electrons for neutron production. This process involves an intermediate step, where slowed down electrons produce bremsstrahlung (γ -rays) absorbed by tungsten nuclei. Consecutively, the excited nuclei emit neutrons. The neutron flux of the photoneutron source is five orders of magnitude higher than the flux of the DT neutron sources with appropriate moderation. The neutron spectrum of TPNS can be modified by moderators, in such a way that the spectrum is comparable to that in the first wall of a Tokamak-Reactor. That allows investigations with the typical neutron spectrum of the fusion reactor. The technical solution, initial operation and the first experiment are described in this work. The neutron source is, in particular, dedicated to quantitative investigations in fusion neutronics. A fusion reactor produces radioactive isotopes as a nuclear waste. The main activity is accumulated in the structural materials. Carefully selected structural materials can significantly minimize the activity and thereby the amount of nuclear waste. The purpose of this project is to find constructional materials with half-lives shorter than several years, which can be recycled after about 100 years. The work is divided into three parts. The first part is dedicated to the energy supply problem and nuclear fusion is addressed as a promising solution of the near future. The neutron laboratory housing the TPNS is also briefly described. The second part deals with the tungsten photoneutron source, the design, construction, operation and the first experiments for neutron production. The third part summarises results and presents an outlook for future experiments with the TPNS.

Das Institut für Kern- und Teilchenphysik (IKTP) der Technischen Universität Dresden (TUD) hat im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) ein Labor zur Untersuchung von neutroneninduzierten kernphysikalischen Prozessen in Materialien, die für die Fusionsforschung relevant sind, aufgebaut. Das Labor ist ausgestattet mit drei intensiven Neutronenquellen: einer 14 MeV-Neutronenquelle, einer weißen kontinuierlichen Photoneutronen-Quelle, die näher in dieser Arbeit beschrieben wird, und einer gepulsten Photoneutronen-Quelle, die vom FZD inKooperation mit der TUD aufgebaut wurde. Die kontinuierliche Photoneutronen-Quelle basiert auf einem Radiator aus Wolfram (engl. Tungsten Photoneutron Source (TPNS)). TPNS nutzt die im ELBE-Beschleuniger (Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillianz und niedriger Emittanz (ELBE)) beschleunigten Elektronen zur Neutronenerzeugung. Der Prozess läuft über Zwischenschritte ab, indem bei der Abbremsung der Elektronen im Radiator Bremsstrahlungsphotonen entstehen, die anschließend Neutronen durch (γ,xn)-Reaktionen erzeugen. Das Neutronenspektrum der TPNS kann mittels Moderatoren so modifiziert werden, dass es dem in der ersten Wand im Fusionsreaktor entspricht. Dies ermöglicht Untersuchungen mit einem für einen Fusionsreaktor typischen Neutronenspektrum. Die technische Verwirklichung des Projektes, die Inbetriebnahme der Anlage sowie die Durchführung der ersten Experimente zur Neutronenerzeugung ist Inhalt dieser Arbeit. Die Neutronenquelle ist insbesondere für qualitative Untersuchungen in der Fusionsneutronik bestimmt. Der Fusionsreaktor produziert, im Vergleich zu einem Spaltungsreaktor, keine langlebigen Isotope als Abfall. Die wesentliche Aktivität des Reaktors ist in Konstruktionsmaterialien akkumuliert. Durch sorgfältige Auswahl der Materialien kann man die Aktivierung minimieren und damit künftig wesentlich weniger radioaktives Inventar produzieren als in Spaltreaktoren. Ziel der kernphysikalischen Untersuchungen ist, solche Materialien für den Aufbau eines Fusionsreaktors zu erforschen, die niedrigaktivierbar sind, das heißt wenig Aktivität akkumulieren können, und eine Halbwertzeit von einigen Jahren haben. Es ist das Ziel, alle Konstruktionsmaterialien nach 100 Jahren wiederverwenden zu können. Die Neutronenflussdichte einer Photoneutronenquelle ist einige Größenordnungen höher als die, die mittels eines DT-Neutronengenerators mit anschließender Moderation erreicht werden kann. Die gesamte Arbeit ist in drei Teile geteilt. Der erste Teil leitet in die Problematik der Energieversorgung ein und zeigt die Kernfusion als eine vielversprechende Energiequelle der naher Zukunft auf. Das Neutronenlabor der TUD, in dem die TPNS aufgebaut ist, wird ebenfalls kurz vorgestellt. Der zweite Teil befasst sich mit der TPNS selbst, mit ihrem physikalischen Entwurf, der Konstruktion und dem Aufbau bis zu der Inbetriebnahme sowie dem ersten Experiment an der TPNS. Der letzte, dritte Teil ist die Zusammenfassung der vorhandenen Ergebnisse und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Vorhaben. / The Institute for Nuclear and Particle Physics at the Technische Universität Dresden (TUD) has build a neutron physics laboratory at Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) to investigate nuclear processes in materials. The experiments are focused on materials relevant to nuclear fusion. The laboratory is equipped with three intensive neutron sources. The first is a 14 MeV monochromatic neutron source based on the DT reaction (owned by TUD); the other two are continuous and pulsed white photoneutron sources based on (γ,xn) reactions. One pulsed photoneutron source is realized by FZD in cooperation with the TUD. The continuous photoneutron source utilises a tungsten radiator (Tungsten Photoneutron Source) to produce neutrons with a wide energy spectra. The TPNS uses the ELBE-accelerator as a source of electrons for neutron production. This process involves an intermediate step, where slowed down electrons produce bremsstrahlung (γ -rays) absorbed by tungsten nuclei. Consecutively, the excited nuclei emit neutrons. The neutron flux of the photoneutron source is five orders of magnitude higher than the flux of the DT neutron sources with appropriate moderation. The neutron spectrum of TPNS can be modified by moderators, in such a way that the spectrum is comparable to that in the first wall of a Tokamak-Reactor. That allows investigations with the typical neutron spectrum of the fusion reactor. The technical solution, initial operation and the first experiment are described in this work. The neutron source is, in particular, dedicated to quantitative investigations in fusion neutronics. A fusion reactor produces radioactive isotopes as a nuclear waste. The main activity is accumulated in the structural materials. Carefully selected structural materials can significantly minimize the activity and thereby the amount of nuclear waste. The purpose of this project is to find constructional materials with half-lives shorter than several years, which can be recycled after about 100 years. The work is divided into three parts. The first part is dedicated to the energy supply problem and nuclear fusion is addressed as a promising solution of the near future. The neutron laboratory housing the TPNS is also briefly described. The second part deals with the tungsten photoneutron source, the design, construction, operation and the first experiments for neutron production. The third part summarises results and presents an outlook for future experiments with the TPNS.

After the initial excitement about the Internet as a space outside of governmental control has evaporated and courts in several states have applied national laws to ‘Cyberspace’, there is now a consensus among scholars that regulators have in principle the authority and capacity to regulate the Internet. Nevertheless, the application of the established tools of regulation - legislation and adjudication - to the current challenges to copyright regulation posed by the Internet has proven to be ineffective and produced undesirable side effects. Although market self-regulation has been suggested as a more efficacious approach to regulating the Internet and has proven effective in content regulation and Internet governance, the market has so far been unsuccessful in providing an effective and efficient remedy to the challenges to copyright regulation. The purpose of this thesis is to examine a novel approach to regulation and analyse its benefits and limitations. The novel approach defies the conceptualisation as co- and self-regulation, but introduces the solution from outside the regulated environment through entrepreneurship and innovation, and relies on the forces of the market to become effective. In this thesis, I analyse the regulatory systems implemented by two private organisations, Noank Media and Creative Commons, in China’s reportedly ineffective copyright law environment and find that their market-based and innovative approach to regulation can be understood as a form of social entrepreneurship. Social enterprises have been claimed to deliver social goods more effectively and efficiently than governmental intervention, because they are said to rely on local knowledge, to be driven by the demand of the stakeholders, and to be focused on social value creation. Based on quantitative and qualitative fieldwork with Noank Media’s and Creative Common’s stakeholders in China I analyse to what extent these two enterprises managed to successfully leverage the assets of social entrepreneurship. I conclude that while the novel approach has demonstrated the potential to produce more effective and more efficient regulation, it does not automatically result in Better Regulation. Further efforts are required to ensure participation, transparency, and public accountability, and to avoid regulatory fragmentation.

A escassez das fontes de fósforo e o alto consumo de energia associado à produção de fertilizantes nitrogenados serão problemas que deverão ser enfrentados no futuro. A recuperação de nutrientes das águas residuárias na forma de estruvita tem sido considerada como uma alternativa para atenuar estes problemas. Na América Latina, a produção de estruvita a partir de esgoto ainda não é uma tecnologia bem conhecida e, portanto, a finalidade deste trabalho é contribuir com uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos. Para isso, a pesquisa foi dividida em três etapas: 1) produção de estruvita a partir de efluente de reator anaeróbio de fluxo ascendente com manto de lodo (RAFA); 2) produção de estruvita a partir de sobrenadante de digestor anaeróbio de lodo de um processo com remoção biológica de fósforo (DALRBF) e 3) influência do cálcio na estruvita produzida na etapa 2. Nas três etapas, ajustaram-se as concentrações de magnésio, a fim de obter razões fósforo:magnésio (P:Mg) pré-estabelecidas, e o pH entre 8,00 e 10,50. Os resultados da primeira etapa mostraram que não foi possível produzir estruvita no efluente do RAFA nas condições testadas. No entanto, foram observadas remoções de fósforo e de nitrogênio, devido à formação de fosfatos de cálcio e de magnésio amorfos. Os resultados da segunda etapa comprovaram a viabilidade de produção de estruvita de sobrenadante de DALRBF e mostraram que os consumos molares dos íons fosfato (PO43-), amônio (NH4+) e magnésio (Mg2+) ou as remoções destes (%) não devem ser os únicos parâmetros para avaliar a formação de estruvita, pois outros compostos cristalizam ou precipitam e reduzem a qualidade do mineral. Para um meio com condições semelhantes às testadas nesta etapa, uma razão P:Mg 1:2 e um pH igual a 9,50 asseguram a máxima recuperação de nutrientes como estruvita com concentração mínima de impurezas, facilitando seu posterior uso como fertilizante. Os resultados da terceira etapa mostraram que uma fase amorfa de fosfato de cálcio ou de magnésio se forma na superfície da estruvita. / The shortage of the phosphorus sources and high-energy consumption associated to the nitrogen fertilizers production will be problems in the future. The nutrient recovery from wastewater as struvite has been considered as an alternative to alleviate these problems. In Latin America, production of struvite from wastewater is not yet a wellknown technology and therefore the purpose of this work is to contribute to a better understanding of the phenomena involved. This research work was performed in three phases: 1) production of struvite from upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent; 2) production of struvite from anaerobic digester supernatant of enhanced biological phosphorus removal process (ADS-EBPR) and 3) influence of calcium in the struvite produced in the phase 2. In three phases, the magnesium concentrations were adjusted to obtain the preset phosphorus:magnesium (P:Mg) ratios and the pH was adjusted between 8,00 and 10,50. The results of the first phase showed that it is not possible to produce struvite in the upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent in the tested conditions. However, removal of nitrogen and phosphorus was observed because amorphous calcium and magnesium phosphates were produced. The results of the second phase showed that it is possible to produce struvite in the ADS-EBPR and the molar consumptions of phosphate (PO43-), ammonia (NH4+) and magnesium (Mg2+) or removals (%) should not be the only parameters to evaluate the struvite formation, because other compounds crystallize or precipitate and reduce the quality of the mineral. In the similar conditions tested in this phase, a P:Mg ratio 1:2 and pH 9,50 assure maximum nutrients recovery as struvite with minimum impurities concentration, facilitating its subsequent use as fertilizer. The results of the third phase showed that amorphous calcium or magnesium phosphates were produced on the struvite surface.

O presente trabalho propõe uma metodologia científica, com critérios bem definidos, para avaliar e quantificar o desempenho ambiental e a renovabilidade de processos de tratamento de esgoto, numa base única: a exergia. O desempenho ambiental é quantificado através do cálculo da eficiência exergética ambiental, definida como a razão da exergia do efeito útil do processo pela exergia total consumida dos recursos humanos e naturais, incluindo todas as entradas exergéticas. O cálculo da renovabilidade é feito por meio do índice exergético de renovabilidade definido como como a razão entre a exergia dos produtos pela soma das exergias não renováveis, a exergia destruída, a exergia de desativação e a exergia das emissões e residuos. A metodologia foi aplicada a três processos de tratamento de esgoto: dois biológicos (aeróbio e anaeróbio) e um físico-químico (TQA). O cálculo dos indicadores exergéticos foi realizado para cada um destes processos e foi observado que o processo com maiores valores de desempenho ambiental e renovabilidade, considerando o metano e o lodo do processo como efeito útil, foi o processo RAFA Lagoa Facultativa, com valores respectivamente de n<exerg,amb> (0,983) e lâmbda(7,060). A análise dos resultados mostrou que a metodologia proposta é uma ferramenta útil na avaliação e comparação do desempenho ambiental e da renovabilidade de processos de tratamento de esgoto. / This work proposes a scientific methodology, with well defined criteria, to assess and quantify the environmental performance and renewability of wastewater treatment processes on a single base: the exergy. The environmental performance was measured by calculating the environmental exergy efficiency defined as the exergy ratio of the useful effect of the process to the total exergy consumed by human and natural resources, including all the exergy inputs. The renewability calculation was done using the renewability exergy index defined as the exergy ratio of the products to the sum of the non-renewable exergy, destroyed exergy, deactivation exergy and the emissions and waste exergy. The methodology was applied to three wastewater treatment processes: biological (aerobic and anaerobic) and physicochemical (CEPT) processes. The exergy indicators were calculated for each of these processes and it was observed that the process with the higher environmental performance and renewability values, considering the methane and sludge of process as useful effect, was the Facultative Lagoon UASB process, with values, respectively, of n<env,exerg>(0.983) and lambda(7.060). The results analysis showed that the proposed methodology is a useful tool in the evaluation and comparison of environmental performance and renewability of wastewater treatment processes.

Urea is the main nitrogen (N) fertilizer used worldwide, but N losses in the form of ammonia (NH3) is a major problem when this fertilizer is topdressed over crop residues. The treatment of urea with N-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT) decreases the activity of urease enzyme and volatilization losses in many crops. However, the amount of straw over the soil in green cane trash blanketing (GCTB) systems affect the effectiveness of NBPT-treated urea in reducing NH3 losses. The hypothesis of this study is that an increase of NBPT concentration in NBPT-treated urea above the commercial concentration adopted nowadays (530 mg kg-1) is necessary to reduce volatilization losses and improve the efficiency of this fertilizer in GCTB systems. The aim of this study was to evaluate, under field conditions, NH3 losses from urea amended with four NBPT concentrations and applied over sugarcane straw. Six field trials were carried out across the State of São Paulo, the main sugarcane-cropped area in Brazil. It was adopted the randomized block experimental design with four replications. The treatments consisted of urea amended with the NBPT concentrations 0, 530, 850, 1500 and 2000 mg kg-1, ammonium nitrate and a control treatment (without N fertilizer). The NH3 volatilization was measured through an enclosure semi-static collector system containing two polyethylene foam discs treated with orthophosphoric acid and glycerol. The foam discs were collected and replaced at 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25 and 30 days after the fertilizer application (DAF). The N trapped into the foams was extracted using deionized water and the N concentration determined by Flow Injection Analysis (FIA). Boltzmann sigmoidal models were fitted to cumulative losses of NH3 along the days. Cumulative losses between locals were compared by Tukey HSD and the effect of NBPT concentrations were tested by regression analyses (P<0.05). There was a significant effect of local and environmental conditions on amount of NH3 losses. NBPT was less effective in reducing NH3 losses under high temperatures and thick straw layer, probably because of the high urease activity and the early inhibitor degradation. The increase on NBPT concentration on urea above 530 mg kg-1 not only delayed the time of maximum rate of loss (Tmax), but also reduced cumulative NH3 losses. The two higher NBPT concentrations promoted an average delay of six days from untreated urea Tmax. Linear reduction of NH3 emissions occurred up to the NBPT concentration of 1000 mg kg-1 that reduced 43% of NH3 losses as compared to urea. Any increment in NBPT concentration above this range did not reflect in substantial reduction of NH3 losses. Increase NBPT concentration showed potential in reducing NH3 volatilization losses under GCTB sugarcane, however, further research is necessary to evaluate the impact of NH3 savings on sugarcane yield and the economic feasibility of this technology. / A ureia é o principal fertilizante nitrogenado utilizado em todo o mundo, porém, perdas de nitrogênio (N) na forma de amônia (NH3) são um importante problema associado ao uso desse fertilizante. O tratamento da ureia com N-(n-butil) tiofosfórico triamida (NBPT) reduz a atividade da enzima urease e a volatilização de NH3 em muitos cultivos. Entretanto, a quantidade de palha sobre o solo em sistemas de cultivo da cana-de-açúcar colhida sem queima (CCSQ) afeta a eficiência do tratamento da ureia com NBPT em reduzir as perdas de NH3. A hipótese deste estudo é que é necessário aumentar a concentração de NBPT na ureia acima da atual concentração comercial (530 mg kg-1) para reduzir as perdas por volatilização, de modo a viabilizar o uso de ureia tratada com NBPT em sistemas de CCSQ. O objetivo desse estudo foi avaliar, em condições de campo, as perdas de NH3 de ureia tratada com quatro concentrações de NBPT e aplicada sobre a palhada de cana-de-açúcar. Seis experimentos de campo foram conduzidos no Estado de São Paulo, principal área cultivada com cana-de-açúcar no Brasil. Foi utilizado delineamento aleatorizado em blocos com quatro repetições. Os tratamentos consistiram em ureia tratada com NBPT nas concentrações 0, 530, 850, 1500 e 2000 mg kg-1, nitrato de amônio e um tratamento controle (sem adubação nitrogenada). A volatilização e NH3 foi mensurada através de sistema coletor semiestático fechado, contendo dois discos de espuma de polietileno embebidos com solução de ácido ortofosfórico e glicerina. Os discos de espuma foram coletados e substituídos aos 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25 e 30 dias após a aplicação dos fertilizantes (DAF). O N retido nas espumas foi extraído usando água deionizada e a concentração de N determinada por Análise por Injeção em Fluxo (FIA). Modelos sigmoides de Boltzmann foram ajustados para as perdas cumulativas de NH3 ao longo dos dias. As médias das perdas acumuladas entre locais foram comparadas usando teste de Tukey e o efeito das concentrações de NBPT foi testado por análise de regressão (P<0,05). Houve forte influência do local e das condições ambientais nas perdas de NH3. O NBPT foi menos eficiente reduzir as perdas de NH3 em condições de alta temperatura e grossa camada de palha, provavelmente devido à alta atividade de urease e à degradação prematura do inibidor. O aumento na concentração de NBPT na ureia acima de 530 mg kg-1 não apenas retardou o pico de máxima taxa de perda diária (Tmax), mas também reduziu as perdas acumuladas de NH3. As duas maiores concentrações de NBPT promoveram um retardamento médio de seis dias em relação ao Tmax da ureia. Uma redução linear nas emissões de NH3 foi verificada até a dose de 1000 mg kg-1 de NBPT, que levou a uma redução de 43% nas perdas em comparação à ureia não tratada. Incrementos na concentração de NBPT acima desse valor não se refletiram em redução substancial das perdas de NH3. Aumentar a concentração de NBPT na ureia demonstrou potencial em reduzir as perdas e NH3 por volatilização em sistemas de CCSQ, entretanto são necessárias mais pesquisas avaliando o impacto do N preservado no sistema sobre a produtividade da cana-de-açúcar e a viabilidade econômica dessa tecnologia.

Urea is the main nitrogen (N) fertilizer used worldwide, but N losses in the form of ammonia (NH3) is a major problem when this fertilizer is topdressed over crop residues. The treatment of urea with N-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT) decreases the activity of urease enzyme and volatilization losses in many crops. However, the amount of straw over the soil in green cane trash blanketing (GCTB) systems affect the effectiveness of NBPT-treated urea in reducing NH3 losses. The hypothesis of this study is that an increase of NBPT concentration in NBPT-treated urea above the commercial concentration adopted nowadays (530 mg kg-1) is necessary to reduce volatilization losses and improve the efficiency of this fertilizer in GCTB systems. The aim of this study was to evaluate, under field conditions, NH3 losses from urea amended with four NBPT concentrations and applied over sugarcane straw. Six field trials were carried out across the State of São Paulo, the main sugarcane-cropped area in Brazil. It was adopted the randomized block experimental design with four replications. The treatments consisted of urea amended with the NBPT concentrations 0, 530, 850, 1500 and 2000 mg kg-1, ammonium nitrate and a control treatment (without N fertilizer). The NH3 volatilization was measured through an enclosure semi-static collector system containing two polyethylene foam discs treated with orthophosphoric acid and glycerol. The foam discs were collected and replaced at 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25 and 30 days after the fertilizer application (DAF). The N trapped into the foams was extracted using deionized water and the N concentration determined by Flow Injection Analysis (FIA). Boltzmann sigmoidal models were fitted to cumulative losses of NH3 along the days. Cumulative losses between locals were compared by Tukey HSD and the effect of NBPT concentrations were tested by regression analyses (P<0.05). There was a significant effect of local and environmental conditions on amount of NH3 losses. NBPT was less effective in reducing NH3 losses under high temperatures and thick straw layer, probably because of the high urease activity and the early inhibitor degradation. The increase on NBPT concentration on urea above 530 mg kg-1 not only delayed the time of maximum rate of loss (Tmax), but also reduced cumulative NH3 losses. The two higher NBPT concentrations promoted an average delay of six days from untreated urea Tmax. Linear reduction of NH3 emissions occurred up to the NBPT concentration of 1000 mg kg-1 that reduced 43% of NH3 losses as compared to urea. Any increment in NBPT concentration above this range did not reflect in substantial reduction of NH3 losses. Increase NBPT concentration showed potential in reducing NH3 volatilization losses under GCTB sugarcane, however, further research is necessary to evaluate the impact of NH3 savings on sugarcane yield and the economic feasibility of this technology. / A ureia é o principal fertilizante nitrogenado utilizado em todo o mundo, porém, perdas de nitrogênio (N) na forma de amônia (NH3) são um importante problema associado ao uso desse fertilizante. O tratamento da ureia com N-(n-butil) tiofosfórico triamida (NBPT) reduz a atividade da enzima urease e a volatilização de NH3 em muitos cultivos. Entretanto, a quantidade de palha sobre o solo em sistemas de cultivo da cana-de-açúcar colhida sem queima (CCSQ) afeta a eficiência do tratamento da ureia com NBPT em reduzir as perdas de NH3. A hipótese deste estudo é que é necessário aumentar a concentração de NBPT na ureia acima da atual concentração comercial (530 mg kg-1) para reduzir as perdas por volatilização, de modo a viabilizar o uso de ureia tratada com NBPT em sistemas de CCSQ. O objetivo desse estudo foi avaliar, em condições de campo, as perdas de NH3 de ureia tratada com quatro concentrações de NBPT e aplicada sobre a palhada de cana-de-açúcar. Seis experimentos de campo foram conduzidos no Estado de São Paulo, principal área cultivada com cana-de-açúcar no Brasil. Foi utilizado delineamento aleatorizado em blocos com quatro repetições. Os tratamentos consistiram em ureia tratada com NBPT nas concentrações 0, 530, 850, 1500 e 2000 mg kg-1, nitrato de amônio e um tratamento controle (sem adubação nitrogenada). A volatilização e NH3 foi mensurada através de sistema coletor semiestático fechado, contendo dois discos de espuma de polietileno embebidos com solução de ácido ortofosfórico e glicerina. Os discos de espuma foram coletados e substituídos aos 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25 e 30 dias após a aplicação dos fertilizantes (DAF). O N retido nas espumas foi extraído usando água deionizada e a concentração de N determinada por Análise por Injeção em Fluxo (FIA). Modelos sigmoides de Boltzmann foram ajustados para as perdas cumulativas de NH3 ao longo dos dias. As médias das perdas acumuladas entre locais foram comparadas usando teste de Tukey e o efeito das concentrações de NBPT foi testado por análise de regressão (P<0,05). Houve forte influência do local e das condições ambientais nas perdas de NH3. O NBPT foi menos eficiente reduzir as perdas de NH3 em condições de alta temperatura e grossa camada de palha, provavelmente devido à alta atividade de urease e à degradação prematura do inibidor. O aumento na concentração de NBPT na ureia acima de 530 mg kg-1 não apenas retardou o pico de máxima taxa de perda diária (Tmax), mas também reduziu as perdas acumuladas de NH3. As duas maiores concentrações de NBPT promoveram um retardamento médio de seis dias em relação ao Tmax da ureia. Uma redução linear nas emissões de NH3 foi verificada até a dose de 1000 mg kg-1 de NBPT, que levou a uma redução de 43% nas perdas em comparação à ureia não tratada. Incrementos na concentração de NBPT acima desse valor não se refletiram em redução substancial das perdas de NH3. Aumentar a concentração de NBPT na ureia demonstrou potencial em reduzir as perdas e NH3 por volatilização em sistemas de CCSQ, entretanto são necessárias mais pesquisas avaliando o impacto do N preservado no sistema sobre a produtividade da cana-de-açúcar e a viabilidade econômica dessa tecnologia.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3585.pdf: 4834479 bytes, checksum: 5a0924e0311d45a52820620dbafa4f6a (MD5) Previous issue date: 2011-03-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / Most of Water Treatment Plant (WTP) for public supply in Brazil use surface water as source and conventional complete cycle as treatment system. In this type of treatment wastewater are restrained/generated which vary mainly according to the type and amount of chemical added and the characteristics of the water resource. This wastewater is found mainly in clarifiers (sludge) and backwash water filter (BWF) from WTP. Unfortunately, most of Brazilian WTP launches its waste directly into water resources, violating Brazilian Law 9605 published in 1998. There are mechanical and natural technologies for water removal from wastewater restrained during the treatment. Once known that wastewater from WTP has fluid characteristic, some technologies to remove its water have been developed. A natural one is the drainage bed, developed and proposed by Cordeiro (2001). The drainage bed has basically two stages: drainage and evaporation. This dissertation presents results of a study, whose centre objective was to achieve improvements in water sludge removal restrained in clarifiers by the use of plastic cover (evaporation stage). Results of effective tests in prototypes located in Sao Carlos WTP (Sao Paulo State) with plastic cover have showed that this roof (commercial reference PVC 0.30 milimeters) uses has accelerated the evaporation process, and has protected sludge from rain. The height of the roof that presented the best result was 0.20 meters in relation to the board of prototype, realizing to obtain a sludge 56% dryer than in tests without the roof. Preliminary tests in laboratory scale generated a promising scenario for the use of cationic polymer in large scale doubling the efficiency of the initial drainage of sludge. However, other laboratory tests with different characteristics of geotextile blanket only confirmed the superiority of using woven blanket type with surface density of 600 g/m² (which had already been used in other studies), compared to the others, in reference to obtain better efficiency at the initial drainage of water present in raw sludge. / A maior parte das Estações de Tratamento de Água (ETAs) para abastecimento existente no Brasil se utiliza de captação de águas superficiais e sistema de tratamento de ciclo completo convencional. Neste tratamento são retidos/gerados resíduos que variam principalmente segundo o tipo e quantidade de produto químico adicionado e as características do manancial de captação. Estes resíduos são encontrados principalmente nos decantadores (lodo) e na água de lavagem dos filtros (ALF) das ETAs. Infelizmente, a maioria das ETAs brasileiras lança seus resíduos diretamente em corpos d água, infringindo disposições da Lei 9.605/98. Existem tecnologias mecanizadas e naturais para remoção de água dos resíduos retidos no tratamento. Uma vez que possuem característica fluida, foram desenvolvidas algumas tecnologias para remoção de suas águas. Uma tecnologia natural para remoção de águas de resíduos de ETAs é o leito de drenagem, desenvolvido e proposto por Cordeiro (2001). O leito de drenagem possui basicamente duas etapas envolvidas: drenagem e evaporação. Esta pesquisa apresenta resultados de um estudo, cujo objetivo central foi alcançar melhorias na remoção da água de lodo retido nos decantadores através da utilização de cobertura plástica no leito de drenagem (etapa de evaporação). Resultados obtidos nesta pesquisa para ensaios realizados em protótipos de leitos de drenagem instalados na ETA de São Carlos-SP demonstraram que, quando se utiliza cobertura plástica (referência comercial PVC 0,30 mm), o processo de evaporação da água presente no lodo é acelerado e a ocorrência de precipitação não interfere em momento algum na remoção de água do lodo. A altura da cobertura em relação ao protótipo que apresentou os melhores resultados foi de 0,20 m, permitindo-se obter um lodo final até 56% mais seco que na ausência de cobertura. Ensaios realizados em escala laboratorial para condicionamento prévio do lodo bruto com polímero catiônico apresentaram resultados promissores para sua utilização em maior escala, duplicando a eficiência da drenagem inicial do lodo. Entretanto, outros ensaios laboratoriais com mantas geotêxteis de características distintas apenas confirmaram a superioridade da utilização de manta do tipo tecida de densidade superficial 600g/m² (que já havia sido utilizada em outras pesquisas) em relação às demais, no que se refere à obtenção de melhor eficiência na drenagem inicial da água presente no lodo bruto.

A escassez das fontes de fósforo e o alto consumo de energia associado à produção de fertilizantes nitrogenados serão problemas que deverão ser enfrentados no futuro. A recuperação de nutrientes das águas residuárias na forma de estruvita tem sido considerada como uma alternativa para atenuar estes problemas. Na América Latina, a produção de estruvita a partir de esgoto ainda não é uma tecnologia bem conhecida e, portanto, a finalidade deste trabalho é contribuir com uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos. Para isso, a pesquisa foi dividida em três etapas: 1) produção de estruvita a partir de efluente de reator anaeróbio de fluxo ascendente com manto de lodo (RAFA); 2) produção de estruvita a partir de sobrenadante de digestor anaeróbio de lodo de um processo com remoção biológica de fósforo (DALRBF) e 3) influência do cálcio na estruvita produzida na etapa 2. Nas três etapas, ajustaram-se as concentrações de magnésio, a fim de obter razões fósforo:magnésio (P:Mg) pré-estabelecidas, e o pH entre 8,00 e 10,50. Os resultados da primeira etapa mostraram que não foi possível produzir estruvita no efluente do RAFA nas condições testadas. No entanto, foram observadas remoções de fósforo e de nitrogênio, devido à formação de fosfatos de cálcio e de magnésio amorfos. Os resultados da segunda etapa comprovaram a viabilidade de produção de estruvita de sobrenadante de DALRBF e mostraram que os consumos molares dos íons fosfato (PO43-), amônio (NH4+) e magnésio (Mg2+) ou as remoções destes (%) não devem ser os únicos parâmetros para avaliar a formação de estruvita, pois outros compostos cristalizam ou precipitam e reduzem a qualidade do mineral. Para um meio com condições semelhantes às testadas nesta etapa, uma razão P:Mg 1:2 e um pH igual a 9,50 asseguram a máxima recuperação de nutrientes como estruvita com concentração mínima de impurezas, facilitando seu posterior uso como fertilizante. Os resultados da terceira etapa mostraram que uma fase amorfa de fosfato de cálcio ou de magnésio se forma na superfície da estruvita. / The shortage of the phosphorus sources and high-energy consumption associated to the nitrogen fertilizers production will be problems in the future. The nutrient recovery from wastewater as struvite has been considered as an alternative to alleviate these problems. In Latin America, production of struvite from wastewater is not yet a wellknown technology and therefore the purpose of this work is to contribute to a better understanding of the phenomena involved. This research work was performed in three phases: 1) production of struvite from upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent; 2) production of struvite from anaerobic digester supernatant of enhanced biological phosphorus removal process (ADS-EBPR) and 3) influence of calcium in the struvite produced in the phase 2. In three phases, the magnesium concentrations were adjusted to obtain the preset phosphorus:magnesium (P:Mg) ratios and the pH was adjusted between 8,00 and 10,50. The results of the first phase showed that it is not possible to produce struvite in the upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent in the tested conditions. However, removal of nitrogen and phosphorus was observed because amorphous calcium and magnesium phosphates were produced. The results of the second phase showed that it is possible to produce struvite in the ADS-EBPR and the molar consumptions of phosphate (PO43-), ammonia (NH4+) and magnesium (Mg2+) or removals (%) should not be the only parameters to evaluate the struvite formation, because other compounds crystallize or precipitate and reduce the quality of the mineral. In the similar conditions tested in this phase, a P:Mg ratio 1:2 and pH 9,50 assure maximum nutrients recovery as struvite with minimum impurities concentration, facilitating its subsequent use as fertilizer. The results of the third phase showed that amorphous calcium or magnesium phosphates were produced on the struvite surface.

O presente trabalho propõe uma metodologia científica, com critérios bem definidos, para avaliar e quantificar o desempenho ambiental e a renovabilidade de processos de tratamento de esgoto, numa base única: a exergia. O desempenho ambiental é quantificado através do cálculo da eficiência exergética ambiental, definida como a razão da exergia do efeito útil do processo pela exergia total consumida dos recursos humanos e naturais, incluindo todas as entradas exergéticas. O cálculo da renovabilidade é feito por meio do índice exergético de renovabilidade definido como como a razão entre a exergia dos produtos pela soma das exergias não renováveis, a exergia destruída, a exergia de desativação e a exergia das emissões e residuos. A metodologia foi aplicada a três processos de tratamento de esgoto: dois biológicos (aeróbio e anaeróbio) e um físico-químico (TQA). O cálculo dos indicadores exergéticos foi realizado para cada um destes processos e foi observado que o processo com maiores valores de desempenho ambiental e renovabilidade, considerando o metano e o lodo do processo como efeito útil, foi o processo RAFA Lagoa Facultativa, com valores respectivamente de n<exerg,amb> (0,983) e lâmbda(7,060). A análise dos resultados mostrou que a metodologia proposta é uma ferramenta útil na avaliação e comparação do desempenho ambiental e da renovabilidade de processos de tratamento de esgoto. / This work proposes a scientific methodology, with well defined criteria, to assess and quantify the environmental performance and renewability of wastewater treatment processes on a single base: the exergy. The environmental performance was measured by calculating the environmental exergy efficiency defined as the exergy ratio of the useful effect of the process to the total exergy consumed by human and natural resources, including all the exergy inputs. The renewability calculation was done using the renewability exergy index defined as the exergy ratio of the products to the sum of the non-renewable exergy, destroyed exergy, deactivation exergy and the emissions and waste exergy. The methodology was applied to three wastewater treatment processes: biological (aerobic and anaerobic) and physicochemical (CEPT) processes. The exergy indicators were calculated for each of these processes and it was observed that the process with the higher environmental performance and renewability values, considering the methane and sludge of process as useful effect, was the Facultative Lagoon UASB process, with values, respectively, of n<env,exerg>(0.983) and lambda(7.060). The results analysis showed that the proposed methodology is a useful tool in the evaluation and comparison of environmental performance and renewability of wastewater treatment processes.