Este trabalho apresenta o estudo desenvolvido no Reservatório de Salto Grande (Americana, São Paulo) durante o período de agosto de 1996 a julho de 1997, para avaliar a taxa de sedimentação de material em suspensão alóctone que entra no reservatório pelo rio Atibaia (principal afluente) e pela área de entorno, bem como seus efeitos sobre as características físicas, químicas e biológicas do sistema e sua relação com o uso e ocupação da bacia hidrográfica, climatologia e mecanismos operacionais da barragem. Para tanto, foram selecionadas cinco estações de coleta considerando-se a morfometria do reservatório, nas quais foram colocadas, mensalmente, câmaras de sedimentação na proporção comprimento/diâmetro 3:1, a 30 e 70% da profundidade local, durante um período de 24 horas. Paralelamente à incubação, foram efetuadas medidas iniciais da temperatura, pH, condutividade, oxigênio dissolvido, penetração de luz, material em suspensão e nutrientes (nitrogênio e fósforo total), sendo que do material sedimentado foram quantificados os nutrientes totais e dissolvidos, material em suspensão (total, inorgânico e orgânico), clorofila a e feofitina. Os dados obtidos demonstram um gradiente de deposição de material em suspensão no sentido do rio Atibaia (Estação 1) para a barragem (Estação 5), com valores mais elevados no período chuvoso (taxa de sedimentação de 90,0 mg.cm -2 .dia -1 e 2,23 mg.cm -2 .dia -1 nas estações 1 e 5, respectivamente) em relação ao período seco (taxa de sedimentação de 6,0 mg.cm -2 .dia -1 e 1,0 mg.cm -2 .dia -1 nas estações 1 e 5, respectivamente). A maior contribuição do material em suspensão corresponde à fração inorgânica (entre 60 e 90%) em todas as estações no período chuvoso, sendo que no período seco a fração orgânica torna-se mais expressiva nas estações 3, 4 e 5 (aproximadamente 50%). A deposição de nitrogênio e fósforo total apresenta um comportamento semelhante ao do material em suspensão, com valores máximos nas câmaras de sedimentação incubadas a 70%. As taxas de sedimentação de nitrogênio variaram entre 0,1 a 1,0 mg N.cm -2 .dia -1 (estação 1, em julho e dezembro de 1996, respectivamente) e as de fósforo entre 4,0 e 50,0 µg P.cm -2 .dia -1 (estação 1, em julho e dezembro de 1996, respectivamente). Para as outras variáveis analisadas, também verificou-se as diferenças espacial (gradiente horizontal) e temporal, as quais foram mais acentuadas entre os períodos seco e chuvoso. Considerando-se os fatores que influenciam o processo de sedimentação, os principais foram a precipitação, a vazão, o tempo de residência da água e as atividades desenvolvidas na área de entorno do reservatório, com períodos diferenciados nas culturas existentes (principalmente a da cana-de-açúcar). Em relação as fontes de entrada de material alóctone, verifica-se que o rio Atibaia é o principal contribuinte, sendo que 90% desse material é depositado preferencialmente nas estações 1 e 2, formando um delta na entrada do reservatório. Os dados obtidos para taxa de sedimentação de material em suspensão e nutrientes (como fósforo e nitrogênio total), em comparação a outros sistemas, são considerados elevados, demonstrando o elevado processo de eutrofização, a perda dos usos múltiplos e a diminuição da vida útil do reservatório, bem como os impactos gerados pelas atividades antropogênicas desenvolvidas na bacia hidrográfica, influenciando a qualidade de água do sistema. / The present work shows the study developed in Salto Grande Reservoir (Americana-SP), from August 1996 to July 1997, to determine the sedimentation rate of allocthonous material, inputted in the reservoir by its main tributary (Atibaia river) and by the watershed, relationed with the physical, chemical and biological characteristics of the system and its relationship with the landuse, climatology and operational mechanisms of the dam. Five samplig stations were selected considering the reservoir morfometry, where sedimentation traps (aspect ratio 3:1) were incubeded monthly, at 30 e 70% of the local depht, during 24 hours. At the moment of incubation, water temperature, pH, conductivity, dissolved oxigen, light penetration, suspended matter and nutrients (total phosphorus and nitrogen) were measured. In the settled material, dissolved and total nutrients, suspended matter (total, inorganic and organic), chlorophyll a and phaeopigments were determined. The data shows a deposition gradient of the suspended matter from Atibaia river (sampling station 1) toward to the dam (sampling station 5), with higher values in rainy season (90,0 mg.cm -2 .day -1 and 2,23 mg.cm -2 .day -1 at station 1 and 5 respectively) compared with dry season (6,0 mg.cm -2 .day -1 and 1,0 mg.cm -2 .day -1 at station 1 and 5, respectively). The major contribution of the suspended matter is given by the inorganic component (60 to 90%) at all stations in the rainy season, however, in dry season the organic component became more expressive at stations 3, 4 and 5 (about 50%). The settling flux of total nitrogen and total phosphorus shows the same pattern of the suspended matter, with maximun values in the traps incubeded at 70%. The sedimentation rate for total nitrogen varied from 0,1 mg.cm -2 .day -1 to 1,0 mg.cm -2 .day -1 (sampling station 1, in July and December 1996, respectively) and for total phosphorus from 4 µg.cm -2 .day -1 to 50,0 µg.cm -2 .day -1 (sampling station 1, in July and December 1996, respectively). The main factors that influence the sedimentation process are precipitation, inflow, residence time of water and the different land use around the reservoir, mainly the sugar cane culture. Regarding to allochtonous material sources inputted in the reservoir, was observed that the principal contribution is from Atibaia river, settling about 90% of the suspended matter between station 1 and 2, where there is the formation of a delta. Sedimentation rate data for suspended matter and nutrients (total phosphorus and nitrogen), are considered very high when comparing with other systems, showing a increase on eutrofication process, lost of multiple uses and the siltation of the reservoir’s entry.

Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 2009. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 118-124). Also available on the World Wide Web.

Este trabalho apresenta o estudo desenvolvido no Reservatório de Salto Grande (Americana, São Paulo) durante o período de agosto de 1996 a julho de 1997, para avaliar a taxa de sedimentação de material em suspensão alóctone que entra no reservatório pelo rio Atibaia (principal afluente) e pela área de entorno, bem como seus efeitos sobre as características físicas, químicas e biológicas do sistema e sua relação com o uso e ocupação da bacia hidrográfica, climatologia e mecanismos operacionais da barragem. Para tanto, foram selecionadas cinco estações de coleta considerando-se a morfometria do reservatório, nas quais foram colocadas, mensalmente, câmaras de sedimentação na proporção comprimento/diâmetro 3:1, a 30 e 70% da profundidade local, durante um período de 24 horas. Paralelamente à incubação, foram efetuadas medidas iniciais da temperatura, pH, condutividade, oxigênio dissolvido, penetração de luz, material em suspensão e nutrientes (nitrogênio e fósforo total), sendo que do material sedimentado foram quantificados os nutrientes totais e dissolvidos, material em suspensão (total, inorgânico e orgânico), clorofila a e feofitina. Os dados obtidos demonstram um gradiente de deposição de material em suspensão no sentido do rio Atibaia (Estação 1) para a barragem (Estação 5), com valores mais elevados no período chuvoso (taxa de sedimentação de 90,0 mg.cm -2 .dia -1 e 2,23 mg.cm -2 .dia -1 nas estações 1 e 5, respectivamente) em relação ao período seco (taxa de sedimentação de 6,0 mg.cm -2 .dia -1 e 1,0 mg.cm -2 .dia -1 nas estações 1 e 5, respectivamente). A maior contribuição do material em suspensão corresponde à fração inorgânica (entre 60 e 90%) em todas as estações no período chuvoso, sendo que no período seco a fração orgânica torna-se mais expressiva nas estações 3, 4 e 5 (aproximadamente 50%). A deposição de nitrogênio e fósforo total apresenta um comportamento semelhante ao do material em suspensão, com valores máximos nas câmaras de sedimentação incubadas a 70%. As taxas de sedimentação de nitrogênio variaram entre 0,1 a 1,0 mg N.cm -2 .dia -1 (estação 1, em julho e dezembro de 1996, respectivamente) e as de fósforo entre 4,0 e 50,0 µg P.cm -2 .dia -1 (estação 1, em julho e dezembro de 1996, respectivamente). Para as outras variáveis analisadas, também verificou-se as diferenças espacial (gradiente horizontal) e temporal, as quais foram mais acentuadas entre os períodos seco e chuvoso. Considerando-se os fatores que influenciam o processo de sedimentação, os principais foram a precipitação, a vazão, o tempo de residência da água e as atividades desenvolvidas na área de entorno do reservatório, com períodos diferenciados nas culturas existentes (principalmente a da cana-de-açúcar). Em relação as fontes de entrada de material alóctone, verifica-se que o rio Atibaia é o principal contribuinte, sendo que 90% desse material é depositado preferencialmente nas estações 1 e 2, formando um delta na entrada do reservatório. Os dados obtidos para taxa de sedimentação de material em suspensão e nutrientes (como fósforo e nitrogênio total), em comparação a outros sistemas, são considerados elevados, demonstrando o elevado processo de eutrofização, a perda dos usos múltiplos e a diminuição da vida útil do reservatório, bem como os impactos gerados pelas atividades antropogênicas desenvolvidas na bacia hidrográfica, influenciando a qualidade de água do sistema. / The present work shows the study developed in Salto Grande Reservoir (Americana-SP), from August 1996 to July 1997, to determine the sedimentation rate of allocthonous material, inputted in the reservoir by its main tributary (Atibaia river) and by the watershed, relationed with the physical, chemical and biological characteristics of the system and its relationship with the landuse, climatology and operational mechanisms of the dam. Five samplig stations were selected considering the reservoir morfometry, where sedimentation traps (aspect ratio 3:1) were incubeded monthly, at 30 e 70% of the local depht, during 24 hours. At the moment of incubation, water temperature, pH, conductivity, dissolved oxigen, light penetration, suspended matter and nutrients (total phosphorus and nitrogen) were measured. In the settled material, dissolved and total nutrients, suspended matter (total, inorganic and organic), chlorophyll a and phaeopigments were determined. The data shows a deposition gradient of the suspended matter from Atibaia river (sampling station 1) toward to the dam (sampling station 5), with higher values in rainy season (90,0 mg.cm -2 .day -1 and 2,23 mg.cm -2 .day -1 at station 1 and 5 respectively) compared with dry season (6,0 mg.cm -2 .day -1 and 1,0 mg.cm -2 .day -1 at station 1 and 5, respectively). The major contribution of the suspended matter is given by the inorganic component (60 to 90%) at all stations in the rainy season, however, in dry season the organic component became more expressive at stations 3, 4 and 5 (about 50%). The settling flux of total nitrogen and total phosphorus shows the same pattern of the suspended matter, with maximun values in the traps incubeded at 70%. The sedimentation rate for total nitrogen varied from 0,1 mg.cm -2 .day -1 to 1,0 mg.cm -2 .day -1 (sampling station 1, in July and December 1996, respectively) and for total phosphorus from 4 µg.cm -2 .day -1 to 50,0 µg.cm -2 .day -1 (sampling station 1, in July and December 1996, respectively). The main factors that influence the sedimentation process are precipitation, inflow, residence time of water and the different land use around the reservoir, mainly the sugar cane culture. Regarding to allochtonous material sources inputted in the reservoir, was observed that the principal contribution is from Atibaia river, settling about 90% of the suspended matter between station 1 and 2, where there is the formation of a delta. Sedimentation rate data for suspended matter and nutrients (total phosphorus and nitrogen), are considered very high when comparing with other systems, showing a increase on eutrofication process, lost of multiple uses and the siltation of the reservoir’s entry.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22059号 / 工博第4640号 / 新制||工||1724(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻 / (主査)教授 田中 宏明, 教授 清水 芳久, 教授 藤井 滋穂 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

This master´s thesis is focused on the occurrence of phosphorus and nitrogen in effluents and methods of their determination. In the theoretical part of the thesis describes methods for the determination of nitrogen and phosphorus in waste waters, their selection and optimization methods including mobile analytics. Experimental section is devoted to the abstraction of wastewater from selected wastewater treatment plants and their analysis methods including mobile analytics and comparing them with the presentation of their results. The conclusion is drawn evaluate the content of nitrogen and phosphorus in wastewater influent and effluent from wastewater treatment plants and compared the variation of these values during the one-month study and compared with published data.

Apresenta-se a investigação experimental do tratamento de esgoto sanitário, submetido apenas a gradeamento, por meio de reatores aeróbios de leito trifásico com circulação em tubos concêntricos induzida por injeção de ar. Foram construídos dois reatores com 0,25m de diâmetro externo, 0,20m de diâmetro interno e alturas de 6m (R6) e 12m (R12). O meio suporte utilizado (fase sólida) foi areia com 0,27mm de diâmetro médio. Os tempos de detenção hidráulica investigados variaram entre 1,0h e 8,0h, com concentração de sólidos de 50g/l e 100g/l. Nas etapas iniciais do trabalho houve a necessidade de vazões de ar da ordem de 6000 l/h para manter o meio em suspensão, introduzindo uma quantidade de oxigênio superior ao necessário para o tratamento. Para diminuir a vazão de ar foi utilizado um propulsor axial no tubo de subida para auxiliar a circulação do meio trifásico, o que permitiu reduzir as vazões de ar para cerca de 3500 l/h. Os melhores resultados desta fase foram obtidos com TDH = 3h e 100g/l de areia. As remoções médias de DBO bruta, e filtrada, DQO bruta e filtrada e NTK foram de 89%, 99%, 84%, 95% e 87%, respectivamente, para o R12 e de 89%, 98%, 82%, 95% e 86%, respectivamente, para o R6, sem diferenças estatisticamente significativas entre os reatores. As remoções médias de fósforo total para os reatores R12 e R6 com TDH = 3h foram 31% e 32%.Entretanto, foi produzida uma parcela de sólidos em suspensão de baixa sedimentabilidade, que prejudicava a qualidade do efluente final. As soluções investigadas para este problema foram a utilização de uma câmara de flotação no R12 e a diminuição do diâmetro do tubo de subida, implantada no R6. Ambos os reatores foram ensaiados com TDH = 3h e 100g/l de areia. O sistema de flotação foi avaliado com taxas de recirculação de 15% e 20%. O efluente final resultante ainda continha uma parcela indesejável de biomassa suspensa. A remoção média de fósforo total durante essa etapa foi de 42 %. De forma geral não houve melhorias estatisticamente significativas na operação do flotador na remoção de fósforo e nos demais parâmetros avaliados. Entretanto ensaios em laboratório mostraram que com a adição de 75 mg/l de Cloreto Férrico a remoção de fósforo total aumentou para 87 %. A redução do diâmetro do tubo interno no R6 permitiu diminuir as vazões iniciais para 1500 l/h sem problemas de suspensão do leito, sendo posteriormente aumentado para 2100 l/h por exigência do tratamento biológico. As remoções médias de DQO e DBO brutas, NT, e Fósforo Total situaram-se em 91%, 88%, 72% e 32% respectivamente. O reator apresentou bom desempenho hidrodinâmico, melhorando os problemas de sedimentabilidade do lodo e as características físicas do efluente. A pesquisa mostra que a solução de leito trifásico com circulação é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto sanitário submetido apenas a gradeamento. A câmara de flotação integrada mostrou-se tão eficiente quanto os decantadores, com a vantagem de permitir aumento significativo na remoção de fósforo com a adição de floculantes. Os dados demonstraram também que é possível controlar as condições hidrodinâmicas para a produção de lodo com melhor sedimentabilidade e para otimizar a necessidade de injeção de ar, atuando sobre a relação entre os diâmetros interno e externo. Os aspectos econômicos envolvidos na utilização eficiente do ar constituem a principal necessidade de pesquisa visando à adoção da tecnologia para a utilização proposta. / The experimental investigation of the sanitary sewage treatment, submitted only to screening, through three-phase bed aerobic reactors with circulation in concentric tubes induced by air injection, is presented. Two reactors had been constructed, with 0.25 m external diameter, 0.20 m internal diameter, and 6m (R6) and 12m (R12) high, respectively. The support medium (solid phase) was sand with 0.27 mm medium diameter. The hydraulic detention times investigated ranged between 1.0 h and 8.0 h, with solid concentrations of 50 g/l and 100 g/l. At the initial stages of the research, the reactors needed to work with air outflow of 6000 l/h, to maintain the support medium suspended, introducing an oxygen quantity higher than the necessary to the treatment. To reduce the air outflow, an axial propeller had been used at the ascent tube to aid the circulation, allowing to reduce the air outflows to about 3500 l/h. The best results for this stage had been obtained with HDT = 3h and 100g sand/l. The averaged removal of rough and filtered BOD, rough and filtered COD, and TKN for the R12 were 89%, 99%, 84%, 95%, and 87%, respectively. For the R6 the values were 89%, 98%, 82%, 95%, and 86%, respectively, without statistically significant differences between the R6 and R12. The averaged total phosphorus removal for R12 and R6 were 31 and 32%, with HDT = 3h. However, a low sedimentability portion of suspending solids had been produced, which prejudiced the final effluent quality. The solutions investigated to solve this problem were a flotation chamber in the R12 and the reduction of the ascent tube diameter, in the R6. Both reactors had been analyzed with HDT = 3h and 100g sand/l. The flotation system had been analyzed with recirculation rate of 15% and 20%. The final effluent still contained an undesired suspended biomass portion. The medium total phosphorus removal during this stage was 42%. Generally, there was no statistically significative improvements at the flotation tank operation in the phosphorus removal and others evaluated parameters. Laboratory assays, however, showed that adding 75 mg ferric chloride, the total phosphorus removal increased to 87%. The intern tube diameter reduction at the R6 diminished the initial outflow to 1500 l/h, without bed suspension problems. The outflow was later increased to 2100 l/h, due to the biological treatment. The medium removal of CDO, BOD, NT ant total phosphorus were 91%, 88%, 72%, and 32%, respectively. The reactor presented good hydrodynamic performance, improving the sedimentability problems of the sludge and the effluent physical characteristics. The research shows that the triphasic bed with circulation solution is technically feasible for the sanitary sewerage treatment submitted only to screening. The integrated flotation chamber was as efficient as the sedimentations tanks, with the advantage of to allow significative increase in the phosphorus removal with coagulants addition. The data also shown that it is possible to control the hydrodynamic conditions to produce sludge with better sedimentability and to optimize the air injection necessity, influencing the relation between the internal and the external diameters. The economical aspects involved in the efficient use of the air constitutes the principal research necessity, aiming the adoption of the technology to the proposed use.

Apresenta-se a investigação experimental do tratamento de esgoto sanitário, submetido apenas a gradeamento, por meio de reatores aeróbios de leito trifásico com circulação em tubos concêntricos induzida por injeção de ar. Foram construídos dois reatores com 0,25m de diâmetro externo, 0,20m de diâmetro interno e alturas de 6m (R6) e 12m (R12). O meio suporte utilizado (fase sólida) foi areia com 0,27mm de diâmetro médio. Os tempos de detenção hidráulica investigados variaram entre 1,0h e 8,0h, com concentração de sólidos de 50g/l e 100g/l. Nas etapas iniciais do trabalho houve a necessidade de vazões de ar da ordem de 6000 l/h para manter o meio em suspensão, introduzindo uma quantidade de oxigênio superior ao necessário para o tratamento. Para diminuir a vazão de ar foi utilizado um propulsor axial no tubo de subida para auxiliar a circulação do meio trifásico, o que permitiu reduzir as vazões de ar para cerca de 3500 l/h. Os melhores resultados desta fase foram obtidos com TDH = 3h e 100g/l de areia. As remoções médias de DBO bruta, e filtrada, DQO bruta e filtrada e NTK foram de 89%, 99%, 84%, 95% e 87%, respectivamente, para o R12 e de 89%, 98%, 82%, 95% e 86%, respectivamente, para o R6, sem diferenças estatisticamente significativas entre os reatores. As remoções médias de fósforo total para os reatores R12 e R6 com TDH = 3h foram 31% e 32%.Entretanto, foi produzida uma parcela de sólidos em suspensão de baixa sedimentabilidade, que prejudicava a qualidade do efluente final. As soluções investigadas para este problema foram a utilização de uma câmara de flotação no R12 e a diminuição do diâmetro do tubo de subida, implantada no R6. Ambos os reatores foram ensaiados com TDH = 3h e 100g/l de areia. O sistema de flotação foi avaliado com taxas de recirculação de 15% e 20%. O efluente final resultante ainda continha uma parcela indesejável de biomassa suspensa. A remoção média de fósforo total durante essa etapa foi de 42 %. De forma geral não houve melhorias estatisticamente significativas na operação do flotador na remoção de fósforo e nos demais parâmetros avaliados. Entretanto ensaios em laboratório mostraram que com a adição de 75 mg/l de Cloreto Férrico a remoção de fósforo total aumentou para 87 %. A redução do diâmetro do tubo interno no R6 permitiu diminuir as vazões iniciais para 1500 l/h sem problemas de suspensão do leito, sendo posteriormente aumentado para 2100 l/h por exigência do tratamento biológico. As remoções médias de DQO e DBO brutas, NT, e Fósforo Total situaram-se em 91%, 88%, 72% e 32% respectivamente. O reator apresentou bom desempenho hidrodinâmico, melhorando os problemas de sedimentabilidade do lodo e as características físicas do efluente. A pesquisa mostra que a solução de leito trifásico com circulação é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto sanitário submetido apenas a gradeamento. A câmara de flotação integrada mostrou-se tão eficiente quanto os decantadores, com a vantagem de permitir aumento significativo na remoção de fósforo com a adição de floculantes. Os dados demonstraram também que é possível controlar as condições hidrodinâmicas para a produção de lodo com melhor sedimentabilidade e para otimizar a necessidade de injeção de ar, atuando sobre a relação entre os diâmetros interno e externo. Os aspectos econômicos envolvidos na utilização eficiente do ar constituem a principal necessidade de pesquisa visando à adoção da tecnologia para a utilização proposta. / The experimental investigation of the sanitary sewage treatment, submitted only to screening, through three-phase bed aerobic reactors with circulation in concentric tubes induced by air injection, is presented. Two reactors had been constructed, with 0.25 m external diameter, 0.20 m internal diameter, and 6m (R6) and 12m (R12) high, respectively. The support medium (solid phase) was sand with 0.27 mm medium diameter. The hydraulic detention times investigated ranged between 1.0 h and 8.0 h, with solid concentrations of 50 g/l and 100 g/l. At the initial stages of the research, the reactors needed to work with air outflow of 6000 l/h, to maintain the support medium suspended, introducing an oxygen quantity higher than the necessary to the treatment. To reduce the air outflow, an axial propeller had been used at the ascent tube to aid the circulation, allowing to reduce the air outflows to about 3500 l/h. The best results for this stage had been obtained with HDT = 3h and 100g sand/l. The averaged removal of rough and filtered BOD, rough and filtered COD, and TKN for the R12 were 89%, 99%, 84%, 95%, and 87%, respectively. For the R6 the values were 89%, 98%, 82%, 95%, and 86%, respectively, without statistically significant differences between the R6 and R12. The averaged total phosphorus removal for R12 and R6 were 31 and 32%, with HDT = 3h. However, a low sedimentability portion of suspending solids had been produced, which prejudiced the final effluent quality. The solutions investigated to solve this problem were a flotation chamber in the R12 and the reduction of the ascent tube diameter, in the R6. Both reactors had been analyzed with HDT = 3h and 100g sand/l. The flotation system had been analyzed with recirculation rate of 15% and 20%. The final effluent still contained an undesired suspended biomass portion. The medium total phosphorus removal during this stage was 42%. Generally, there was no statistically significative improvements at the flotation tank operation in the phosphorus removal and others evaluated parameters. Laboratory assays, however, showed that adding 75 mg ferric chloride, the total phosphorus removal increased to 87%. The intern tube diameter reduction at the R6 diminished the initial outflow to 1500 l/h, without bed suspension problems. The outflow was later increased to 2100 l/h, due to the biological treatment. The medium removal of CDO, BOD, NT ant total phosphorus were 91%, 88%, 72%, and 32%, respectively. The reactor presented good hydrodynamic performance, improving the sedimentability problems of the sludge and the effluent physical characteristics. The research shows that the triphasic bed with circulation solution is technically feasible for the sanitary sewerage treatment submitted only to screening. The integrated flotation chamber was as efficient as the sedimentations tanks, with the advantage of to allow significative increase in the phosphorus removal with coagulants addition. The data also shown that it is possible to control the hydrodynamic conditions to produce sludge with better sedimentability and to optimize the air injection necessity, influencing the relation between the internal and the external diameters. The economical aspects involved in the efficient use of the air constitutes the principal research necessity, aiming the adoption of the technology to the proposed use.

What will happen to ecosystems if species continue to go extinct at the high rates seen today? Although ecosystems are often threatened by a myriad of physical or chemical stressors, recent evidence has suggested that the loss of species may have impacts on the functions and services of ecosystems that equal or exceed other major environmental disturbances. The underlying causes that link species diversity to ecosystem functioning include species niche complementarity, facilitative interactions, or selection effects, which cause process rates to be enhanced in more diverse communities. Interference competition, antagonistic interactions, or negative selection effects may otherwise reduce the efficiency or resource processing in diverse communities. While several of these mechanisms have been investigated in controlled experiments, there is an urgent need to understand how species diversity affects ecosystem functioning in nature, where variability of both biotic and abiotic factors is usually high. Species functional traits provide an important conceptual link between the effects of disturbances on community composition and diversity, and their ultimate outcomes for ecosystem functioning. Within this framework, I investigated relationships between the decomposition of leaf litter, a fundamental ecosystem process in stream ecosystems, and the composition and diversity of functional traits within the detritivore feeding guild. These include traits related to species habitat and resource preferences, phenology, and size. I focused on disentangling the biotic and abiotic drivers, including functional diversity, regulating ecosystem functioning in streams in a series of field experiments that captured real-world environmental gradients. Leaf decomposition rates were assessed using litter-bags of 0.5 and 10 mm opening size which allow the quantification of microbial and invertebrate + microbial contributions, respectively, to litter decomposition. I also used PVC chambers where leaf litter and a fixed number of invertebrate detritivores were enclosed in the field for a set time-period. The chemical characterisation of stream detritivores and leaf litter, by means of their nitrogen, phosphorus, and carbon concentration, was used to investigate how stoichiometric imbalance between detritivores and leaf litter may affect consumer growth and resource consumption. I found that the diversity and composition of functional traits within the stream detritivore feeding guild sometimes had effects on ecosystem functioning as strong as those of other major biotic factors (e.g. detritivore density and biomass), and abiotic factors (e.g. habitat complexity and agricultural stressors). However, the occurrence of diversity-functioning relationships was patchy in space and time, highlighting ongoing challenges in predicting the role of diversity a priori. The stoichiometric imbalance between consumers and resource was also identified as an important driver of functioning, affecting consumer growth rates, but not leaf decomposition rates. Overall, these results shed light on the understanding of species functional diversity effect on ecosystems, and indicate that the shifts in the functional diversity and composition of consumer guilds can have important outcomes for the functioning of stream ecosystems.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-13T20:32:36Z No. of bitstreams: 1 THIAGO CABRAL NEPOMUCENO – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 5961539 bytes, checksum: ea3a80835b67c0d1615b111f56921a4a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-13T20:32:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 THIAGO CABRAL NEPOMUCENO – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 5961539 bytes, checksum: ea3a80835b67c0d1615b111f56921a4a (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Capes / O lançamento de efluentes domésticos em ambientes aquáticos sem o devido tratamento vem comprometendo a qualidade da água de reservatórios e rios. Esta torna-se ainda mais relevante quando, em torno desses corpos hídricos superficiais, existe uma intensa prática agrícola, com aplicação de fertilizantes a base de nitrogênio e fósforo, onde a ocorrência de eventos chuvosos pode gerar escoamento superficial e encaminhar o excesso desses nutrientes presentes no solo para os rios e reservatórios próximos. Portanto, o presente trabalho propôs o desenvolvimento e aplicação de um modelo para simulação de nitrogênio e fósforo em sistemas de recursos hídricos, que permita simular a interação de rios, reservatórios e áreas agrícolas em termos desses parâmetros de qualidade de água. No arranjo estrutural do modelo desenvolvido, duas etapas metodológicas merecem destaque, são elas: modelagem de nitrogênio e fósforo nas áreas agrícolas, considerando os principais fluxos de entrada e saída desses macronutrientes no solo, e definição dos sistemas de equações diferenciais ordinárias que possam representar a dinâmica comportamental de nitrogênio e fósforo nos corpos hídricos, ou seja, rios e reservatórios integrantes de um determinado sistema estudado. Como estudo de caso, foi selecionado um sistema de recursos hídricos localizado na unidade de planejamento hidrológico do Alto Piranhas-PB, compreendendo áreas agrícolas, rios e reservatórios, juntamente com as principais contribuições de nutrientes para o respectivo sistema, além de ser levado em consideração o aporte das águas da transposição do rio São Francisco, proveniente do Eixo Norte da transposição. Para a aplicação do modelo desenvolvido, foram analisados cenários que possibilitassem uma melhor avaliação da resposta do sistema estudado ao lançamento dos efluentes domésticos e agrícolas, além do impacto das águas da transposição. Os resultados das simulações indicaram que os recursos hídricos analisados são sensíveis a ação dos efluentes domésticos e agrícolas, principalmente nos períodos de seca, onde o volume dos reservatórios e vazões nos trechos dos rios são reduzidos. Com o acréscimo das águas da transposição, foram observadas atenuações significativas nos níveis de nitrogênio e fósforo nos corpos hídricos, devido ao maior poderio de diluição dos efluentes proporcionado por esse aporte hídrico, embora foram observados níveis críticos em alguns meses. Desta forma, medidas preventivas e corretivas devem ser adotadas a esse tipo de sistema, de maneira a evitar o comprometimento da biota aquática e dos múltiplos usos as quais as águas estão destinadas. / The release of domestic effluents in aquatic environments without the proper treatment has compromised the water quality of reservoirs and rivers. This becomes even more relevant when, around these surface water bodies, there is an intense agricultural practice, with the use of nitrogen and phosphorus base fertilizers, where the occurrence of rainfall events can generate runoff and return the excess nutrients present in the soil to nearby rivers and reservoirs. Therefore, this work proposed the development and application of a model for simulation of nitrogen and phosphorus in water resources systems, allowing the interaction of rivers, reservoirs and agricultural areas in terms of water quality parameters. In the structural arrangement of the developed model, two methodological steps are worth mentioning: nitrogen and phosphorus modeling in agricultural areas, considering the main input and output flows of these macronutrients in the soil, and definition of the systems of ordinary differential equations that can represent the behavioral dynamics of nitrogen and phosphorus in the water bodies, ie, rivers and reservoirs that are part of a given system studied. As a case study, a water resource system was selected, located in the Alto Piranhas-PB hydrological planning unit, comprising agricultural areas, rivers and reservoirs, together with the main nutrient contributions to the respective system, besides being taken into account the contribution of the waters of the transposition of the São Francisco river, coming from the Eixo Norte of the transposition. For the application of the developed model, scenarios were analyzed to enable a better evaluation of the response of the studied system to the release of domestic and agricultural effluents, besides the impact of the transposition waters. The results of the simulations indicated that the analyzed water resources are sensitive to the action of domestic and agricultural effluents, mainly in periods of drought, where the volume of the reservoirs and flows in the stretches of the rivers are reduced. With the addition of the transposition waters, significant attenuations were observed in the nitrogen and phosphorus levels in the water bodies, due to the higher dilution power of the effluents provided by this water supply, although critical levels were observed in some months. Therefore, preventive and corrective measures should be adopted for this type of system in order to avoid compromising the aquatic biota and the multiple uses to which the waters are destined.

Algae have been the centre of recent research as a sustainable feedstock for fuel because of their higher oil yield in comparison to other plant sources. However, algae biofuel still performs poorly from an economic and environmental perspective due to the high reliance on freshwater and nutrients for cultivation, among other challenges. The use of wastewater has been suggested as a sustainable way of overcoming these challenges because wastewater can provide a source of water and nutrients for the algae. Moreover, the ability of the algae to remove contaminants from wastewater also enhances the total economic output from the cultivation. However, the success of this strategy still depends greatly on efficient strain selection, cultivation and harvesting. Therefore, this PhD thesis has focussed on strain isolation, characterisation, optimisation and cultivation in open pond systems. Five algae strains were isolated from wastewater treatment tanks at a municipal water treatment plant in North West England. The isolated strains were morphologically and genetically characterised as green single-celled microalgae: Chlamydomonas debaryana, Hindakia tetrachotoma, Chlorella luteoviridis, Parachlorella hussii and Desmodesmus subspicatus. An initial screening of these strains concluded that C. luteoviridis and P. hussii were outstanding in all comparisons and better than some of the strains previously reported in the literature. Further tests carried out to elucidate the underlying tolerance mechanisms possessed by these strains were based on stress tolerance and acclimation hypotheses. In the following experiments, C. luteoviridis and P. hussii were found to have higher anti-oxidant enzyme activity that helps in scavenging reactive oxygen species produced as a result of exposure to wastewater. This result provides a new argument for screening microalgae strains for wastewater cultivation on the basis of anti-oxidant activity. In addition, the two strains could grow heterotrophically and are better adapted to nutrient deficiency stress than the other three isolates. In order to understand the role of microalgae acclimation in wastewater cultivation, strains identical or equivalent to the wastewater treatment tank isolates were obtained from an algae culture collection. These strains had not been previously exposed to wastewater secondary effluent. The initial growth of these strains in wastewater secondary effluent was very poor. However, after two months of acclimation to increasing concentrations of secondary wastewater effluent, it was observed that growth, biomass and lipid productivities of most of the strains were significantly improved, although still not as high as the indigenous strains. Therefore, it was concluded that continuous acclimation is an additional factor to the successful growth of algae in wastewater. Furthermore, addition of 25% activated sludge centrate liquor to the secondary effluent was found to increase algal growth and biomass productivity significantly. Futher tests to examine the continous cultivation of C. luteoviridis and P. hussii in wastewater showed that a biomas productivity of 1.78 and 1.83 g L-1 d-1 can be achieved on a continual basis. Finally, the capability of C. luteoviridis and P. hussii for full seasonal cultivation in a 150 L open pond in a temperate climate was studied, using the optimised secondary wastewater +25% liquor medium. Each strain was capable of growth all year including in autumn and winter but with strongest growth, productivity and remediation characteristics in the summer and spring. They could maintain monoculture growth with no significant contamination or culture crash, demonstrating the robustness of these strains for wastewater cultivation in a northern European climate.