A ureia (UR) é atualmente o fertilizante nitrogenado mais utilizado na agricultura brasileira. No entanto, quando aplicada na superfície do solo está sujeita a perdas de nitrogênio (N) por volatilização de NH3. Uma das formas de minimizar as perdas de N-NH3 é o tratamento do fertilizante com inibidores de urease. A associação desses compostos com substâncias húmicas (SH), no tratamento da UR poderia aumentar a eficiência de uso dos nutrientes pelas plantas. O objetivo desse trabalho foi avaliar a eficiência de inibidores de urease, associados ou não com SH no revestimento da UR como fonte de N em cobertura para o milho. O experimento foi conduzido em casa de vegetação durante 62 dias em delineamento experimental de blocos ao acaso, com três repetições, no esquema fatorial completo, com UR recoberta três inibidores de urease (0,40% B + 0,15% Cu; 0,64% B; NBPT) e um tratamento adicional sem inibidor (Ausente), três doses de SH (0, 0,6, e 1,2%) e um controle. Os tratamentos com N constaram da aplicação de fonte única do nutriente [CO(15NH2)2] aplicada em faixa e em superfície na dose de 180 mg kg-1 de N no estádio fisiológico V4 das plantas de milho. As plantas foram amostradas nos estádios V8 e VT do milho, respectivamente, aos 52 e 62 dias após a semeadura, quando foram avaliados: biometria de parte aérea, área foliar, biomassa seca de raízes e da parte aérea, caracterização morfológica do sistema radicular, e a eficiência de uso do N-fertilizante (EUN) pelo método do balanço isotópico (15N). Também se quantificou as perdas de N por volatilização de NH3 por meio de coletores semi-estáticos com espuma embebida em H3PO4- para avaliação comparativa entre tratamentos. Embora a concentração mais elevada de ácido bórico na UR (0,64% B) tenha reduzido mais as perdas de NH3 por volatilização em comparação ao 0,40 % B + 0,15 % Cu, isso não resultou em maior eficiência de uso do N-fertilizante pelo milho em VT, que ocorreu somente em V8. Em ambos os estádios, o NBPT apresentou-se como melhor inibidor de urease na ausência de SH. A aplicação de SH não aumentou a EUN pelo milho em V8 ou VT quando associados com 0,40% B + 0,15% Cu, 0,64% B, ou mesmo na UR convencional. Entretanto, quando associado com o NBPT, ocorreu aumento das perdas de NH3 por volatilização e redução na EUN em VT, o que pode ter ocorrido devido ao elevado pH das SH (8,5-9) e ao seu baixo poder tampão. A aplicação da UR convencional ou revestida com inibidores de urease não aumentou a taxa de crescimento ou biomassa seca de raízes e parte aérea do milho em nenhum dos períodos avaliados quando comparado ao controle. Da mesma forma, não foram observadas diferenças expressivas entre tratamentos na caracterização morfológica do sistema radicular em V8 ou VT. A ausência de diferença entre tratamentos pode ser explicada pelo curto período de tempo entre a adubação de cobertura e as avaliações das plantas, à aplicação superficial das fontes recobertas com SH e ao método de irrigação adotado, que impediu que as SH entrassem totalmente em contato com as raízes da planta. Além disso, é possível, também, que a dose de SH empregada tenha sido muito baixa para ser efetiva. / Urea (UR) is the most widely applied nitrogen (N) fertilizer in Brazilian agriculture. However, UR is more prone to ammonia (NH3) volatilization losses than other N sources when surface-applied. One alternative to improve nitrogen use efficiency (NUE) of surface-applied UR is through application of urease inhibitors as coating materials of UR. The association of these composts with humic substances (HS) as UR coating materials may also improve nutrient recovery by plants. The aim of this study was to evaluate the efficiency of urease inhibitors, associated or not with HS, as coating materials of UR as new top-dress N sources for maize. A greenhouse pot trial was carried out over 62 days with maize (Zea mays L.), in a completely randomized block design, with three replicates in a full factorial design, with UR coated with three urease inhibitors (0,40% B + 0,15% Cu; 0,64% B; NBPT) and one additional treatment without inhibitor, three doses of HS (0, 0.6, and 1.2%), and one control treatment. All treatments imposed had CO(15NH2)2 as N source, application rate of 180 mg kg-1of N, and side-dressing application at the V4 maize growth stage. Maize plants were assessed at V8 and VT growth stages, at 52 and 62 days after sowing, respectively, when it was evaluated: above and below-ground plant dry matter weight; leaf area; root morphological traits (length, surface area, and volume); and fertilizer use efficiency by the 15N balance method. In addition, semi-open static collectors with foam discs previously soaked in H3PO4- were used to quantify comparatively the NH3 volatilized from all treatments. Although the addition of a higher dose of boric acid on UR (0,64% B) promoted lower ammonia losses by volatilization in comparison to 0,40 % B + 0,15 % Cu, it did not result in higher NUE by maize in VT, which occurred at V8. In both growth stages, NBPT presented the best performance as urease inhibitor in the absence of HS. The application of HS did not increase NUE by maize in V8 and VT when associated with 0,40% B + 0,15% Cu, 0,64% B or even conventional UR. However, when added in conjunction with NBPT, it increased ammonia volatilization and reduced NUE in VT which may have occurred due to the high pH of the HS (8.5-9) and low buffering capacity. Moreover, the application of conventional UR or UR treated with HS and urease inhibitors did not increase maize growth rate or shoot/root dry matter weight in comparison to the control treatment at both growth stages. Likewise, there was no major significant differences between treatments on root morphological traits (length, surface area, and volume) at both growth stages assessed. The lack of sizable outcome differences between treatments could be explained by the application of a single N dose, the short period of time between the side-dressing application and assessment of maize plants, and to the surface-application of the HS and method of irrigation which prevented HS to have full contact with maize roots. Furthermore, HS application rate may have been too low to be effective.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A represa Billings é o maior manancial superficial do Estado de São Paulo cuja importância está ligada ao abastecimento público, à geração de energia, à pesca, à recreação e ao lazer para a cidade de São Paulo e os municípios da sua região metropolitana. Nos últimos anos essa região vem sofrendo grande impacto ambiental. Apesar de ser uma APA (Área de Proteção Ambiental), há no entorno da represa, vários tipos de assentamentos cujas famílias utilizam para o seu consumo a água proveniente de poços situados, muitas vezes, a poucos metros da represa, já que inexiste o acesso à rede de saneamento básico (tratamento de água e esgoto em rede pública). De acordo com relatórios de entidades governamentais, observa-se que a espécie química alumínio está presente nas águas da represa em valores acima do permitido, o que gera preocupações relacionadas à contaminação do meio ambiente e à saúde da população; por outro lado, há poucas informações sobre a qualidade das águas subterrâneas da região. Considerando-se essa deficiência de informações, este trabalho teve como objetivo investigar a possível contaminação de poços, partindo da aplicação de um programa criado o PAMQUÁ ® - que auxiliou e direcionou à tomada de decisão a um determinado contaminante de risco à saúde humana encontrado na água e como o uso da radiação ionizante pôde ser aplicada no beneficiamento de diagnóstico químico e em solução para tratamento específico. Dessa forma, pôde-se ter o respaldo de que a espécie química alumínio é o principal contaminante daquelas águas superficiais. Como os íons alumínio são susceptíveis à complexação por substâncias orgânicas, o processo de irradiação ionizante como etapa de pré-tratamento para a determinação analítica foi um processo inovador e que foi aplicado em dois tipos de amostra: 1) amostras de água padronizadas contendo ácido húmico, que é o tipo de matéria orgânica que ocorre com frequência em águas subterrâneas e 2) amostras de água coletadas dos poços da região estudada. O processo de irradiação permitiu a redução do teor de matéria orgânica e a mineralização dessas amostras, contribuindo com dados inéditos sobre o teor de alumínio. Finalmente, foi desenvolvido um novo material - uma membrana polimérica seletiva modificada por radiação que propõe a remediação do alumínio na água. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-06-07T18:11:24Z No. of bitstreams: 1 Tese Rut Díaz.pdf: 2159528 bytes, checksum: 159d73b33fae80ff4ee36bea4366ea74 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-07T18:11:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Rut Díaz.pdf: 2159528 bytes, checksum: 159d73b33fae80ff4ee36bea4366ea74 (MD5) / Fundação de Amparo a Pesquisa do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Petrobras/CENPES / Agência Nacional do Petróleo / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O presente estudo utiliza a geoquímica inorgânica das espécies reduzidas do enxofre, operacionalmente definidas como acid - volatile sulfufide (AVS) e chromium -reducible sulfur (CRS),a composição isotópica ( δ 34 S) do sulfat o da água intersticial, do CRS, e das frações orgânicas (ácidos húmicos, ácid os fúlvicos e resíduo orgânico) para avaliar a diagênese do enxofre ao longo do Holoceno (últimos 12.000 anos cal AP) no Sistema de Ressurgência de Cabo Frio (SRCF) . Também foi usada a morfologia da pirita, considerando a distribuição de tamanho dos frambóides através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), com o objetivo de inferir o estado de oxidação do ambiente de formação. Foram coletados quatro perfis sedimentares cur tos (b ox - cores ) e três longos ( kullembers ) em um gradiente “cross - shelf” na plataforma continental de Cabo Frio. A razão C/N e o a composição isotópica ( δ 13 C) da matéria orgânica reflete uma fonte marinha durante a diagênese recente. As diferentes caracter ísticas morfológicas, como as superfícies de oxidação nos microcristais, os processos de crescimento secundário e os poliframboides encontrados nas análises morfológicas da pirita, assim como também a variabilidade na distribuição dos diâmetros dos frambói des evidenciaram uma formação sob condição redox altamente dinâmica. A razão COT/CRS indica que o fator limitante para a formação da pirita é o enxofre , devido as condições de deposição do ambiente as quais favorecem a re - oxidação do sulfeto de hidrogênio. A composição isotópica do sulfato ao longo dos perfis apresenta um valor médio de +23‰, e não foi observado um fracionamento isotópico com respeito ao sulfato da água do mar (+ 21‰), indicando a diagênese do sulfato em um sistema aberto e baixas taxas de sulfato redução. No entanto, a composição isotópica do CRS apresentou sinais altamente empobrecidos em 34 S ( - 45‰ até - 25 ‰), indicando reações de re - oxidação no ciclo do enxofre. A composição isotópica das espécies orgânicas do enxofre apresenta um enrique cimento em 32 S quando comprados com o sulfato da água intersticial , e isotopicamente pesadas comparadas com a pirita. O incremento na razão S/C dos ácidos húmicos e o empobrecimento do sinal isotópico em 34 S com o avanço da profundidade indicam a captura d o enxofre de origem diagenético pela matéria orgânica. Um balanço de massa isotópico indica a predominância de uma fonte biossintética nos ácidos húmicos e diagenética nos ácidos fúlvicos, estes resultados guardam relação com a reatividade da matéria orgân ica em cada fração. No gradiente “cross - shelf” as frações orgânicas da plataforma média apresentam os menores conteúdo de enxofre biossíntetico, indicando a presença de matéria orgânica mais reativa. Estes resultados indicam que a sulfurização da matéria o rgânica e a cumulação de pirita em Cabo Frio foi favorecida pelo ciclo re - oxidativo do enxofre devido a intensas condições óxicas na coluna de água. O processo de diagênese do enxofre ao longo do Holoceno não guarda relação aparente com as mudanças oceanog ráficas registrada na área de estudo, assim sendo, adinâmica do enxofre esteve relacionada com a intensidade dos processos de diagênese / Four box-corer and tree kullemberg were collected in a cross - shelf gradient in the continental shelf of Cabo Frio. The box-corer were used to evaluated the sulfurization of the organic matter during the early diagenesis and also, study the pyrite morphology and size distribution of framboids by scanning electron microscopy (SEM) to infer the oxidation state of the environment during the early diagenesis. This study uses the inorganic geochemistry of reduced sulfur species operationally defined as acid-volatile sulfufide (AVS) and chromium - reducible sulfur (CRS), the isotopic composition ( δ 34 S) of pore water sulfate, CRS, and the isotopic composition of difference organic fraction (humic acids, fulvic acids and organic residue to evaluated the sulfur diagenesis during the Holocene (last 12000 years cal AP) in the upwelling system of Cabo Frio. Carbon stable isotopes signatures and C/N ratios of total organic matter evidence a marine source during the early diagenesis. The observed increase in the atomic S/C ratios and t he 34 S depletion in humic acids with increasing depth evidence the diagenetic uptake of reduced sulfur species by organic matter during the early diagenesis. The different morphological characteristics observed, such as surface oxidation in the microcrysta ls, the processes of secondary growth and poliframboides found, as well as the variability in the framboids diameters distribution, show the formation under highly dyna mic redox condition. In the sedi m e nts from the Holocene the COT/CRS ratio indicates that the limiting factor for the pyrite formation is the sulfur. The isotopic composition of sulfate is around +23 ‰ , and without fractionation of sulfate with respect to sea water (21 + ‰) indicating a sulfur diagenesis in a open system and a low net sulfate r eductions. The isotopic composition of the CRS is highly depleted ( - 45 ‰ to - 35‰), indicating oxida tion reactions in the cycle of sulfur . The stable sulfur isotope composition of the organic fractions ( humic acids, fulvics acids and organic res idue ) was sub stantially enriched in 32 S when compared to bottom and pore water sulfate (δ 34 S SO4 2 - ~ +23‰), but isotopically heavier than the co - existing pyrite ( δ 34 S CRS = - 45‰ to - 35‰). The 34 S depletion in humic acids, fulvis acids and in the organic residue with increasing depth evidence the diagenetic uptake of reduced sulfur species by organic matter. A sulfur isotope mass balance indicated a predominance of biogenic sulfur in humic acids and in the organic residue, while the fulvic acids has a predominance of d iagenetic sulfur. In cross - shelf gradient, the organic fractions from the middle shlelf have the lower proportion on biosynthetic sulfur, indicating the presence of more reactive matter. The results evidenced that the sulfurization of organic matter and th e p yrite accumulation in the Cabo F rio sediments was favored by the sulfur re - oxidative cycling due to the intense oxic water conditions . The diageneses process in the sulfur cycle during the Holocene in sediments from the continental shelf don’t have rela tion with the changes in the oceanography conditions. The process of diagenesis of sulfur seem to be a continuous process

[pt] Com base no procedimento EPA-3050B, estudou-se o teor de metais (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, e Zn) em lodos de esgoto da CETESB. Foram analisadas duas amostras e os resultados obtidos foram (Cd =3,4 ; Cr =367,5 ; Cu =263,0 ; Ni=290,6 ; Pb =91,5 ; Zn =1324,9 mg/ kg) para primeira amostra e (Cd =3,0 ; Cr =332,2 ; Cu =190,5 ; Ni=274,6 ; Pb =82,5 ; Zn =1284,2 mg/ kg) para segunda amostra, resultados estes inferiores aos descritos pela CETESB para amostras de lodo da mesma estação de tratamento. Dada uma potencial utilização deste material como adubo agrícola, foi determinada a fração disponível destes metais. Com exceção do níquel (25%), uma fração pequena dos metais estudados encontra-se na forma assimilável pelas plantas (< 20%), com base no procedimento descrito pela EMBRAPASolos (extração com DTPA). Os efeitos de uma eventual utilização de composto húmico mineral (CHM) como aditivo ao lodo, visando uma redução na fração assimilável de metais, foi estudada em função da quantidade de CHM aplicado e do pH da solução final. Os resultados obtidos demonstraram que o CHM possui um poder de complexação para os metais semelhante ao do DTPA e que, sua aplicação ao lodo de esgoto, teria, na realidade um efeito de potencializar a fração disponível de certos metais como o zinco. / [en] Based on the EPA-3050B procedure, the concentration of metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) in sludge source at CETESB studied. Two samples were analyzed and the results obtained were (Cd =3,4 ; Cr =367,5 ; Cu =263,0 ; Ni=290,6 ; Pb =91,5 ; Zn =1324,9 mg/ kg) and (Cd =3,0 ; Cr =332,2 ; Cu =190,5 ; Ni=274,6 ; Pb =82,5 ; Zn =1284,2 mg/ kg). These concentrations were below those descried by SABESP for sludge samples measured in the same treatment station. Due to the potential utilization of these materials as manure in agriculture, the disposal fraction of these metals was determined. Except nickel (25%), a little fraction of metals studied is assimilated by plants (< 20%), base on the procedure already descried by EMBRAPA- Solos (extraction with DTPA). The effect of an eventual utilization to humic mineral compound (HMC), as additive in sludge, aiming the reduction of the assimilated fraction of metals, were studied in function of both, the amount of HMC applied and the final pH of the solution. The results obtained showed that HMC has a complexation potential for metals similar to DTPA and that, its application in sludge, has in fact, a potential effect on the disposal fraction of metals such as zinc.

Membrane filtration processes are widely utilized across different industrial sectors for biological and environmental separations. Examples of the former are sterile filtration and protein fractionation via microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) while drinking water treatment, tertiary treatment of wastewater, water reuse and desalination via MF, UF, nanofiltration (NF) and reverse-osmosis (RO) are examples of the latter. A common misconception is that the performance of membrane separation is solely dependent on the membrane pore size, whereas a multitude of parameters including solution conditions, solute concentration, presence of specific ions, hydrodynamic conditions, membrane structure and surface properties can significantly influence the separation performance and the membrane’s fouling propensity. The conventional approach for studying filtration performance is to use a single lab- or pilot-scale module and perform numerous experiments in a sequential manner which is both time-consuming and requires large amounts of material. Alternatively, high-throughput (HT) techniques, defined as the miniaturized version of conventional unit operations which allow for multiple experiments to be run in parallel and require a small amount of sample, can be employed. There is a growing interest in the use of HT techniques to speed up the testing and optimization of membrane-based separations. In this work, different HT screening approaches are developed and utilized for the evaluation and optimization of filtration performance using flat-sheet and hollow-fiber (HF) membranes used in biological and environmental separations. The effects of various process factors were evaluated on the separation of different biomolecules by combining a HT filtration method using flat-sheet UF membranes and design-of-experiments methods. Additionally, a novel HT platform was introduced for multi-modal (constant transmembrane pressure vs. constant flux) testing of flat-sheet membranes used in bio-separations. Furthermore, the first-ever HT modules for parallel testing of HF membranes were developed for rapid fouling tests as well as extended filtration evaluation experiments. The usefulness of the modules was demonstrated by evaluating the filtration performance of different foulants under various operating conditions as well as running surface modification experiments. The techniques described herein can be employed for rapid determination of the optimal combination of conditions that result in the best filtration performance for different membrane separation applications and thus eliminate the need to perform numerous conventional lab-scale tests. Overall, more than 250 filtration tests and 350 hydraulic permeability measurements were performed and analyzed using the HT platforms developed in this thesis. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Membrane filtration is widely used as a key separation process in different industries. For example, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) are used for sterilization and purification of bio-products. Furthermore, MF, UF and reverse-osmosis (RO) are used for drinking water and wastewater treatment. A common misconception is that membrane filtration is a process solely based on the pore size of the membrane whereas numerous factors can significantly affect the performance. Conventionally, a large number of lab- or full-scale experiments are performed to find the optimum operating conditions for each filtration process. High-throughput (HT) techniques are powerful methods to accelerate the pace of process optimization—they allow for multiple experiments to be run in parallel and require smaller amounts of sample. This thesis focuses on the development of different HT techniques that require a minimal amount of sample for parallel testing and optimization of membrane filtration processes with applications in environmental and biological separations. The introduced techniques can reduce the amount of sample used in each test between 10-50 times and accelerate process development and optimization by running parallel tests.