BOTTO, M. P. Avaliação do processo de desinfecção solar (SODIS) e de sua viabilidade social no estado do Ceará. 2006. 196 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-27T19:17:46Z No. of bitstreams: 1 2006_dis_mpbotto.pdf: 7828530 bytes, checksum: 47c5a603c6cd434adeae5d647bde44ca (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-17T17:51:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_dis_mpbotto.pdf: 7828530 bytes, checksum: 47c5a603c6cd434adeae5d647bde44ca (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-17T17:51:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_dis_mpbotto.pdf: 7828530 bytes, checksum: 47c5a603c6cd434adeae5d647bde44ca (MD5) Previous issue date: 2006-08-14 / Despite the importance of sanitation for well-being of the mankind and the natural resources conservation, still today a large number of people do not have access to wastewater system neither to public water supply. One technique which has being studied and applied in developing countries as a safe household water treatment method is solar disinfection, SODIS. The only two elements demanded to this method are PET bottles and the sun. Nowadays, around one million people use SODIS regularly in 20 different countries. This study evaluated the feacal coliform bacteria inactivation efficiency according to the effect of bottles’ agitation and the use of differents exposition surfaces under of State of Ceará climatic conditions, as well as SODIS social viability in four communities at distinct geographical location (peri-urban, rural and coastal). To achieve this, agitated and non-agitated samples and five diferrents surfaces: concrete spotted in white color, concrete spotted in black color, abobe roofing tile, asbestos roofing tile and aluminum basins were investigated. To evaluate social acceptability, questionnaires had been applied to all users SODIS and raw water and treated water by SODIS were analyzed. It was verified that despite the agitation surveying a concentration more than 0,75mg/L of OD in the agitated samples, this effect was not capable to increase significantly the inactivation efficiency in these samples. The mean decay constant for bacterial population in agitated bottles was found to be a factor of 1.10 higher than in non-agitated bottles. The surface investigation indicated that no significant difference (paired Student´s T-test at P=0,05 significance level of log10 transformed data) in inactivating feacal coliforms by exposing the bottles over the five surfaces examined were observed. The mean decay constant for bacterial population was: 0,3049h-1, 0,2624h-1, 0,3152h-1, 0,2747h-1, 0,2874h-1, respectively for the sample exposed over concrete spotted in white color, concrete spotted in black color, abobe roofing tile, asbestos roofing tile and aluminum basins. The maximum water temperature reached was 44ºC and still thus, it was obtained reduction more than 99.99% of feacal coliforms. In 67% of the assays, SODIS was capable to completely inactivate concentrations of feacal coliforms above 105 NMP.100mL-1 within six hours of exposition. The field study had shown that SODIS improved the microbiological water quality in the four communities. However, the permanence and in some cases the increase of feacal coliforms was verified when the users exposed the bottles in shaded areas. SODIS was well received in rural and coastal communities reaching acceptance levels over than 45%, compared to urban community, with only 8%. Beyond the great acceptance of the method, over 80% of the users answered that they would continue to use SODIS. / Apesar da importância do saneamento ambiental para o bem-estar do homem e para a conservação dos recursos naturais, uma grande parcela da população mundial não tem acesso aos serviços básicos de saneamento. Uma técnica caseira que vem sendo estudada e aplicada em países em desenvolvimento, como uma tecnologia segura para o tratamento microbiológico de água é a desinfecção solar, SODIS. Este método utiliza apenas o sol e garrafas PET como insumo. Atualmente, cerca de um milhão de pessoas utiliza regularmente o SODIS em 20 diferentes países. O presente estudo avaliou a eficiência de inativação de coliformes termotolerantes segundo o efeito da aerobiose, por meio da agitação manual das garrafas e da utilização de diferentes superfícies de exposição sob as condições climáticas do Estado do Ceará, bem como a viabilidade social deste método em quatro comunidades inseridas em cenários distintos (rural, litorêno e urbano). Para tanto, compararam-se amostras agitadas e não agitadas, e amostras expostas sobre superfícies distintas: concreto pintado de branco, concreto pintado de preto, telha de barro, telha de amianto e bacias de alumínio. Para o estudo da viabilidade social, foram aplicados questionários aos usuários do método e analisadas amostras da água bruta e tratada pelo método SODIS. Verificou-se que apesar da agitação aferir uma concentração de 0,75mg/L a mais de OD nas amostras agitadas, esse efeito não foi capaz de aumentar significativamente a eficiência de inativação para essas amostras. O decaimento médio bacteriano das amostras agitadas foi 1,10 vezes maior comparado às amostras não agitadas. Os dados obtidos na etapa de superfície indicaram que também não há diferença significativa (teste T de Student, nivel de confiança 0,05) de inativação em expor as garrafas sobre qualquer uma das superfícies pesquisadas. O decaimento médio bacteriano foi de: 0,3049h-1, 0,2624h-1, 0,3152h-1, 0,2747h-1, 0,2874h-1, respectivamente, para as amostras sobre o concreto pintado de branco, concreto pintado de preto, telha de amianto, telha de barro e bacia de alumínio. A máxima temperatura da água foi de 44°C e ainda assim obteve-se mais de 99,99% de remoção de coliformes termotolerantes em todos os ensaios. Em 67% dos ensaios, o SODIS foi capaz de inativar completamente concentrações de coliformes termotolerantes acima de 105 NMP.100mL-1 durante as seis horas de exposição. O estudo de campo mostrou que o SODIS melhorou a qualidade microbiológica da água das quatro comunidades pesquisadas. No entanto, a permanência e em alguns casos a proliferação do indicador foi verificado quando os usuários expuseram as garrafas em locais sombreados. O SODIS foi bem aceito nas comunidades rurais e litorâneas, atingindo níveis de aceitação acima de 45%, se comparado aos da comunidade urbana, com apenas 8%. Além da grande aceitação do método, mais de 80% dos usuários responderam que iriam continuar a usar o SODIS.

Made available in DSpace on 2018-08-01T23:57:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10125_F_E_Curbani_2016_Dissertação.pdf: 5502591 bytes, checksum: 5866f53d0006393d0cb5168bfe8a675f (MD5) Previous issue date: 2016-07-12 / A qualidade da água é resultante de condições naturais e do uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica. Entre os principais problemas de qualidade da água dos estuários, está a depleção de oxigênio dissolvido devido à entrada excessiva de nutrientes provenientes de efluentes domésticos ou industriais. Estudos da qualidade da água que exigem o entendimento dos processos que ocorrem no corpo hídrico requerem maior abrangência de análise espaço-temporal para evidenciar relações de causa e efeito, sendo os modelos numéricos importantes ferramentas para tal análise. Neste trabalho, foi implantado um modelo numérico para o Sistema Estuarino da Ilha de Vitória (ES, Brasil), com o objetivo de avaliar os processos físicos e bioquímicos que regem a qualidade da água e sua relação com as forçantes hidrodinâmicas, sob os princípios da mecânica dos fluidos computacional. Foram analisados os constituintes NH4+, NH3, NO3-, DBO5 e OD, que participam do balanço de oxigênio dissolvido, e os processos de nitrificação, mineralização e reaeração, sendo avaliado: a adição ou remoção dos constituintes pelos processos; o efeito das fontes pontuais urbanas no balanço de oxigênio dissolvido; a distribuição espacial das concentrações dos constituintes em instantes de maior e menor diluição, correlacionando-os às forçantes que configuraram tais cenários. A reaeração foi um importante processo de introdução de OD na Baía de Vitória, sendo até 53% do OD atribuído a este processo na região média estuarina. O principal processo de perda de OD foi a mineralização, seguido da nitrificação. A redução da concentração de OD devido às fontes pontuais foi pouco significativa (máxima local de -2,1%). Foi observado durante a sizígia um aumento dos níveis de OD em relação à quadratura, associado ao aumento da diluição dos constituintes na baía, favorecida pelo maior volume de água e pelas maiores velocidades das correntes durante a sizígia. Os momentos críticos para a concentração dos constituintes ocorreram em instantes de estofa de vazante durante marés de quadratura, com menor diluição associada à diminuição da velocidade das correntes na quadratura e menor volume de água proveniente da Baía do ES. Nas regiões próximas ao rio Itanguá e Canal da Costa foi observada uma maior deterioração da qualidade da água, sendo a região média do estuário a mais afetada pelos aportes de nutrientes e DBO considerados.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luana_Silva.pdf: 2624153 bytes, checksum: e357c0f4d5d7eb69dea7596a8338dadf (MD5) Previous issue date: 2012-01-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O oxigênio dissolvido (OD) é atuante na degradação da matéria orgânica presente na água de origem biológica, procedente de plantas mortas e restos de animais. A relação entre OD e a matéria orgânica é importante para entender os valores baixos de OD registrados na literatura em ambientes aquáticos na Amazônia. O presente trabalho visa verificar o comportamento da relação do oxigênio dissolvido com os indicadores de matéria orgânica (DBO, BQO, carbono orgânico dissolvido e pH) presente em sete rios de diferentes características químicas da Amazônia, e em um igarapé da zona urbana de Manaus-AM. Os rios estudados são os rios de água clara: Arapiuns, Tapajós e Xingu, os rios de água preta: Negro e Preto da Eva, os rios de água branca: Madeira e Solimões, e ainda comparar com o igarapé Mindu tributário do Rio Negro onde se selecionou pontos em sua nascente e em área urbana que funciona como destino de despejos de esgotos e resíduos sólidos, principalmente domésticos. As coletas foram realizadas em períodos hidrológicos de cheia e seca de 2010. Os resultados demonstram o estado de preservação dos rios quanto às suas características naturais demonstrando as diferenças entre esses rios e confirmando a heterogeneidade da Bacia Amazônica, com coeficientes de variação para os indicadores de matéria orgânica superior a 40% nas fases hidrológicas avaliadas. Nos pontos de coleta do igarapé do Mindu encontram-se características de ação antrópica, fato esperado, já que estes se situam em área de ocupação urbana, portando notam-se variações nos parâmetros analisados. Notaram-se correlações negativas entre os indicadores de matéria orgânica e as concentrações de oxigênio dissolvido nos dois períodos hidrológicos avaliados, evidenciando que as concentrações de MO controlam os níveis de OD tanto no ambiente natural quanto no impactado.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:30:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseHB.pdf: 4636827 bytes, checksum: d4f837a3668167e29da0061133d22df7 (MD5) Previous issue date: 2001-08-06 / Financiadora de Estudos e Projetos / This work has as objectives to supply data on the temperature, salinity, dissolved oxygen, pH and nutrients (nitrite, nitrate, phosphate and silicate), of the areas of the banks and oceanic islands of the Zone Economic Exclusive of North-East Brazil, to describe seasonal and the spatial variations of these parameters and to systematize the obtained data, through the elaboration of a database, with views to facilitate a posterior analysis, integrated with the other areas of the knowledge, of areas thankfully important of the economic and lacking point of view, of the scientific point of view, of this type of information, so that the relationship can be established between the nutrients salts and the responsible elements by the productivity of the aquatic way. The researched area is inserted in the sub-area II / section 1 and 2 of the Program REVIZEE at 1°N e 5°S and 29° e 40°W, including the North Chain of Brazil, Fernando of Noronha chain and Sain Peter and Saint Paul archipelago, embracing 67 stations and 443 samples the summer of 1997 and 66 stations and 418 samples in the fall of 1998, profaned a total of 133 stations and 861 samples and a researched area of 600.000 km². The studied area presented a marked permanent termocline, so much in the summer as in the fall, with the depth varying with the latitude and with them season, being more superficial and with larger gradient in the fall, in agreement with the typical pattern of the areas equatorial and tropical. The mixture layer was more homogeneous in the summer, of smaller thickness in the fall and decreasing in higher latitudes. The superficial distribution of the temperature of the sea presented larger homogeneity degree in the summer and larger width of thermal variation in the fall. The smallest temperatures were registered in the area of Saint Peter and Saint Paul archipelago and close Oceanic area to this archipelago, in the two seasons. The area of Saint Peter and Saint Paul archipelago went to that presented the samllest salinity values, in the two seasons. A maximum of sub-surface salinity was present in the approached depth of the I begin of the termoclina, being more accentuated in the lowest latitudes, so much in the summer as in the fall. The diagrams T-S indicates the presence of three characteristic masses of water of the area: The Equatorial Surface Water, with salinity of 35,5 to 36,5 UPS and temperature >26°C, that occupies a strip very it narrows in the area; the Subtropical Salinity Maximum, with temperature between 20° and 5°C and salinity between 36,0 and 37,0 UPS, occupying a strip between the 50 and 200 m; South Atlantic Central Water, with temperatures between 20° and 5°C and salinity 36,00 to 34,34 UPS, placed below the Subtropical Salinity Maximum. Upwelling was observed, in the stations located in the close Oceanic area to the Saint Peter and Saint Paul archipelago, based on the elevations of the isotherms, low oxygen and high superficial concentration of the nutrients, in the two perios of the year. The concentration of the dissolved oxygen was close of the saturation in the superficial and sub-superficial layers and conditions anaerobic they were not observed in the column of water. The pH was always in the alkaline strip and with values more elevated in the area of Saint Peter and Saint Paul archipelago. The most abundant form of the nitrogen was the nitrate, mainly in the summer where the obtained values, in the layer eufotic, they were larger than in the fall. the same vertical distribution was obtained for the nitrate, phosphate and silicate, along the column of water, so much in the summer as in the fall and the vertical distribution of the nitrite is associated with the nitracline, in both studied periods. The statistical analysis of the results showed that the temperature didn't present seasonal influence, while the salinity and the nutrients, mainly the silicate, varied its distribution with them researched season. The area that showed larger variability with the periods of the studied year, in the tests of contrasts, went the one of to North Chain of Brazil, suggesting a seasonal influence with the discharge of the Amazonas River. For the obtained results it was verified that three areas statistical different exist: (the) Area of the banks of the North Chain of Brazil, (b) Area of Fernando of Noronha chain and (c) Area now denominated East of Sain Peter and Saint Paul archipelago, that includes the area of oceanic domain and Saint Peter and Saint Paul archipelago. / Este trabalho tem como objetivos fornecer dados sobre a temperatura, salinidade, oxigênio dissolvido, pH e nutrientes (nitrito, nitrato, fosfato e silício), das regiões dos bancos e ilhas oceânicas da Zona Econômica Exclusiva nordestina, descrever sazonalmente a variação horizontal e vertical destes parâmetros e sistematizar os dados obtidos, através da elaboração de um banco de dados, com vistas a facilitar e possibilitar uma posterior análise, integrada com as demais áreas do conhecimento, de regiões reconhecidamente importantes do ponto de vista econômico e carentes, do ponto de vista científico, deste tipo de informação, para que possa ser estabelecida a relação entre os sais nutrientes e os elementos responsáveis pela produtividade do meio aquático. A área pesquisada está inserida na subárea II / setor 1 e 2 do Programa REVIZEE e delimitada pelas seguintes coordenadas geográficas: 1oN e 5oS de latitude e entre 29o e 40oW de longitude, incluindo a Cadeia Norte do Brasil, arquipélago de Fernando de Noronha, Atol das Rocas e arquipélago de São Pedro e São Paulo, abrangendo 67 estações e 443 amostras no verão de 1997 e 66 estações e 418 amostras no outono de 1998, perfazendo um total de 133 estações e 861 amostras e uma área pesquisada de 600.000 km2. A região estudada apresentou uma marcada termoclina permanente, tanto no verão como no outono, com a profundidade variando com a latitude e com as estações do ano, sendo mais superficial e com maior gradiente no outono, de acordo com o padrão típico das regiões equatoriais e tropicais. A camada de mistura foi mais homogênea no verão, de menor espessura no outono e diminuindo em latitudes mais altas. A distribuição horizontal superficial da temperatura do mar apresentou maior grau de homogeneidade no verão e maior amplitude de variação térmica no outono. As menores temperaturas foram registradas na área do arquipélago de São Pedro e São Paulo e região Oceânica próxima a este arquipélago, nas duas estações do ano. Horizontalmente, a área do arquipélago de São Pedro e São Paulo foi a que apresentou os menores valores de salinidade, nas duas estações do ano. Um máximo de salinidade sub-superficial esteve presente na profundidade aproximada do início da termoclina, sendo mais acentuado nas latitudes mais baixas, tanto no verão como no outono. Os diagramas T-S indicam a presença de três massas d'água características da região: A Água Superficial Tropical, com salinidade de 35,5 a 36,5 UPS e temperatura superiores a 26°C, que ocupa uma faixa muito estreita na região; a Água de Máxima Salinidade, com temperatura entre 20° e 26°C e salinidade entre 36,0 e 37,0 UPS ocupando uma faixa entre os 50 e 200 m; a Água Central do Atlântico Sul, com temperaturas entre 20° e 5°C e salinidade 36,00 a 34,34 UPS, situada abaixo da Água de Salinidade Máxima. Ressurgência foi observada, nas estações localizadas na região Oceânica próximas ao arquipélago São Pedro e São Paulo, baseada nas elevações das isotermas, baixo oxigênio e alta concentração superficial dos nutrientes, nos dois períodos do ano. A concentração do oxigênio dissolvido esteve próximo da saturação nas camadas superficial e subsuperficial e condições anaérobicas não foram observadas na coluna d'água. Na camada superficial, o pH esteve sempre na faixa alcalina e com valores mais elevados na região do arquipélago de São Pedro e São Paulo. A forma mais abundante do nitrogênio foi o nitrato, principalmente no verão onde os valores obtidos, na camada eufótica, foram maiores do que no outono. A mesma distribuição vertical foi obtida para o nitrato, fosfato e silício, ao longo da coluna d'água, tanto no verão como no outono e a distribuição vertical do nitrito está associada com a nitraclina, em ambos os períodos estudados. A análise estatística dos resultados mostrou que a temperatura não apresentou influência sazonal, enquanto que a salinidade e os nutrientes, principalmente o silício, variaram sua distribuição com as estações do ano pesquisadas. A região que mostrou maior variabilidade, para os períodos estudados, nos testes de contrastes, foi a da Cadeia Norte do Brasil, sugerindo uma influência sazonal com a descarga do rio Amazonas. Pelos resultados obtidos verificou-se que existem, física e quimicamente, três regiões estatisticamente diferentes: (a) Região dos bancos da Cadeia Norte do Brasil, (b) Região da cadeia de Fernando de Noronha e (c) Região agora denominada Leste de São Pedro e São Paulo, que engloba a área de domínio oceânico leste do arquipélago de São Pedro e São Paulo e o arquipélago de São Pedro e São Paulo.

Este trabalho apresenta a calibração e o desenvolvimento de um tanque de reaeração, equipamento que gera turbulência com intensidade controlável por meio de grade oscilante. Foram realizadas adequações ao projeto inicial de construção do tanque, idealizado por ROMA, onde se buscou o equilíbrio e as limitações de funcionamento para que, em futuros trabalhos, o tanque possa ser utilizado sob condições adequadas sem a presença de \"ruídos\" que venham a interferir nos resultados. A calibração do tanque foi realizada levantando-se o coeficiente de reaeração \'K IND.2\' para dois tipos de grades, 256 malhas/\'M POT.2\' e 1024 malhas/\'M POT.2\' constituídas por barras de seção medindo 10 x 10 mm, em diversas freqüências de oscilações sob condições controladas de temperatura e umidade relativa do ar. Com auxílio de um medidor eletroquímico de oxigênio dissolvido e de um contador de rotação, pôde-se acompanhar a reoxigenação da água e avaliar a freqüência de oscilação das grades. A desaeração da massa de água, necessária para a calibração do tanque, foi promovida por Stripping provocado por cavitação forçada à temperatura ambiente com injeção de nitrogênio. A taxa de reaeração \'K IND.2\' foi calculada por medidas da variação do oxigênio dissolvido em função do tempo provocada por agitação mecânica para determinada freqüência de oscilação da grade. Os resultados obtidos forneceram as curvas de reaeração em função da freqüência de oscilação e do tipo de grade utilizada em cada ensaio que, através do uso de planilha eletrônica, determinaram-se os valores de concentração de saturação (Cs) e coeficiente de reoxigenação (\'K IND.2\') com o uso de regressão não linear. / This work presents a reaeration tank development and its calibration, equipment that generates controlled intensity turbulence produced by oscillating grid. An adaptation on the original design idealized by Roma was made improving the equilibrium of the oscillating grid mechanism and defining the limits of functionality of the device. These are important aspects for future research on experimental turbulence generation since that the use of equipment free of undesirable disturbing noise are of fundamental importance. Tank calibration was obtained through the evaluation of the reaeration coefficient \'K IND.2\' using two types of oscillating grids, 256 and 1024 meshes/\'M POT.2\', constructed with 10 x 10 \'MM POT.2\' square section bars. Experimental runs were conducted under controlled conditions of air temperature and humidity, for several oscillating frequencies for each grid. The necessary water mass desaeration was obtained by ambient temperature stripping, induced by forced cavitation and nitrogen injection. Reaeration coefficients were calculated from data obtained from dissolved oxygen concentration measurements as function of time for each grid size and oscillating frequency combination. As results, reaeration curves with reaeration coefficients as function of oscillating frequency and grid type are presented.

A importância do monitoramento de parâmetros físico-químicos e biológicos no meio ambiente torna-se cada vez mais evidenciada quando se busca o entendimento dos processos que ocorrem na natureza, sejam eles decorrentes de ações antrópicas ou naturais, ou ainda, como efetivo auxilio na gestão de ecossistemas aquáticos. Entre os parâmetros de interesse no monitoramento do meio aquático, o oxigênio dissolvido (OD) é, indubitavelmente, uma das variáveis fundamentais na caracterização de ecossistemas, pois este elemento está intimamente ligado à capacidade de respiração de peixes, plantas e de micro-organismos. Assim como o OD, o Potencial de Oxido- Redução (POR) assume papel importante no monitoramento de ambientes aquáticos, pois se relaciona com reações químicas óxido-redutoras e bioquímicas. Ainda, nesse contexto, a temperatura interfere significativamente nas taxas em que ocorrem as reações químicas e bioquímicas. Devido à importância desses parâmetros para o monitoramento ambiental, o presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de microssensores eletroquímicos amperométricos para medição de oxigênio dissolvido (OD) tipo Clark, potenciométricos para medição de POR e de temperatura, bem como, sistemas eletrônicos compactos para leitura e software para visualização e armazenamento de dados de maneira autônoma, por meio de notebook ou PC. O sistema de aquisição conta com um módulo GPS para registro das coordenadas dos pontos de aquisição e módulo GPRS para transmissão de dados via celular. Foram desenvolvidos eletrodos com base na tecnologia de microssensores utilizados em estudos de biofilmes; recentemente introduzidos no Brasil e desenvolvidos no Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo desde 2007, mediante apoio da Universidade de Montana EUA e FAPESP. O método proposto para sua fabricação visa produção com custos minimizados, podendo atingir 50% dos custos de sistemas convencionais para o mesmo propósito; isso decorre da miniaturização de componentes internos, pois assim como nos macro eletrodos, são empregados metais nobres como ouro, platina e prata. Os microssensores, sistemas eletrônicos e software foram validados através de testes de desempenho em laboratório. Em campo, foram avaliados por meio de medições realizadas no reservatório do Lobo (Itirapina - SP), para obtenção de dados limnológicos do reservatório, onde foram aquisicionados perfis de OD, POR e temperatura por meio de um traçado longitudinal com embarcação de pequeno porte e os pontos de medição foram vinculados às coordenadas GPS ao longo do trajeto do levantamento. Na foz dos principais afluentes do reservatório, foram coletadas amostras para análises complementares, buscando identificar alterações antrópicas e os níveis de trofia do reservatório para Fósforo Total e Profundidade (Secchi ZDS). Foi também observada a distribuição espaciais da comunidade fitoplanctônica. / The importance of the physicochemical and biological monitoring parameters in the environment becomes more and more evidenced when the understanding of the processes is looked at what happens in nature, whether they are from anthropic or natural actions. Among the parameters of interest in the aquatic mean monitoring, dissolved oxygen (DO) is undoubtedly, one of the fundamental items in the characterization of aquatic ecosystems, because this element is intimately linked to the breathing capacity of fish, plants and microorganisms of oxidizing substances present on that media. As well as DO, the ORP assumes an important role in aquatic monitoring, acting in the levels of oxide reduction and biochemical reactions that happen. Still, in that context, the temperature represents effective interference in the rates where chemical and biochemical reactions take place in the environment, even in the ones that concern DO and ORP. Due to the importance of these parameters for the environmental monitoring to better know the appropriate conditions and to plan solutions the present work seeks the development of amperometric electrochemistry micro electrodes for dissolved oxygen (DO) measurement Clark type, potentiometric for ORP measurement and temperature with the LM35component, as well as, compact electronic systems for reading and software for visualization and storage of data in an autonomous way, through notebook or PC. Yet, the data acquisition system foresees the application of a GPS module for data acquisition recordings of the coordinates points and a GPRS module for data transmission from cellular. The electrodes were developed based on the microsensors technology used in biofilms studies; recently introduced in Brazil and developed at the Hydraulics and Sanitation Department at School of Engineering of São Carlos at the São Paulo State University since 2007, through the support of the Montana State University USA and FAPESP. The proposed method for construction seeks production with minimized costs, it could reach 50% of the conventional systems costs for the same purpose, due to the internal components miniaturization, because as well as for macro electrodes, noble metals are used as gold, platinum and silver. The microsensors, electronic systems and software were validated through the tests carried out at the laboratory and through comparison with commercially found electrodes. In the field, they will be evaluated through acting tests in measurements carried out at the Lobo Reservoir (Itirapina SP Brazil), throughout the whole reservoir by using a small boat and the data acquisitions points were indexed to the GPS coordinate along the trajectory. Samples were collected at the main affuents of the reservoir for additional analysis, seeking identification of anthropic changes as well as the trophic level of the reservoir for Phosphorus and depth of the Secchi disk (ZDS). It was also observed the spatial distribution of phytoplankton community.

Questões de aeração forçada ou natural estão intimamente ligadas à capacidade de autodepuração dos corpos hídricos, ou seja, oxidar substâncias agressivas para resultar em baixo teor de toxicidade. Uma das etapas do processamento de efluentes consiste na dissolução de oxigênio em água e, para realizar essa dissolução, utilizam-se aeradores que são unidades (tanques) onde o ar é borbulhado no meio líquido, o qual se desloca em um regime contínuo de escoamento. Esta pesquisa refere-se à obtenção experimental de valores de viscosidade turbulenta para inserção em modelagem fenomenológica da transferência de oxigênio das bolhas de ar para o meio líquido. Tais modelos, se bem realísticos, podem contribuir aos estudos de gestão de recursos hídricos ou em operações nos tratamentos de efluentes líquidos. O método experimental empregado foi a velocimetria por imagem de partículas, no qual foi possível obter velocidades instantâneas do fluido (água). Estas consideram o movimento turbulento, que é o principal responsável pelo transporte de oxigênio da superfície para o seio do corpo hídrico, sendo que essa superfície pode ser livre para o ambiente, ou a superfície de uma bolha. Praticamente, o método consiste em correlacionar posições de partículas traçadoras em suspensão no fluido, as quais são assumidas ter a mesma velocidade do fluido. As posições consecutivas para fornecer a trajetória e a velocidade foram obtidas por imagens capturadas em uma freqüência definida através de uma câmera digital, onde a luz do laser contrastou as partículas em uma área desejada com uma precisão elevada. Então, nessa área (um plano), foi possível correlacionar um perfil de velocidades. Assim, os valores de viscosidade turbulenta foram obtidos para serem usados em modelagem da transferência de oxigênio, os quais poderão contribuir nos estudos de aeração em corpos hídricos. / Problems involving natural or forced aeration are intimately bind to the reaeration of water bodies. Pollutants are oxidized to yield low toxicity conditions. One of the steps of wastewater treatment consists in dissolving oxygen in water. To perform this, aeration tanks are used where bubbling air crosses the continuous liquid flow. This research focuses on the experimental determination of turbulent viscosity values to be used in modeling of oxygen transfer from air bubbles to the bulk liquid. Such models, if realistic enough, may contribute to water resources management studies or in wastewater treatment operations. Particle image velocimetry method was used, by means of which it became possible to obtain instantaneous velocities of the fluid (water). These velocities embody the turbulent flow, which is the main responsible for oxygen transport from the surface to the bulk liquid. This surface may be either facing the atmosphere or the interior of a bubble. In practice, the method consists in correlating tracking particles suspended in the liquid, which are supposed to have the same velocity of the fluid. The successive positions that give path and speed were obtained by images took in predefined intervals by a digital camera. The laser light illuminated the particles in a predefined area with high precision, making possible to determine velocity profiles. Turbulent viscosity values were so determined and may be used in the modeling of oxygen transfer, which may contribute to water body aeration studies.

This dissertation presents the experimental determination of the two most important coefficients in modeling of dissolved oxygen in water bodies: the reaeration-rate coefficient K2 and the deoxygenation coefficient K1. The deoxygenation coefficient was determined in three representative sections of the considered basin: the first with urban characteristics, the second mixed and the third rural characteristics. Three experiments were conducted, featuring different flows in the Vacacaí Mirim River. K1 was determined by constructing the oxygen depletion versus time curve, in a 20 days period. K1 ranged from 0.15 day-1 to 0.27 day-1. An increase in K1 value was observed due to flow increment, in mixed and rural characteristics areas, reflecting the major contribution of diffuse organic load in those areas. It was not possible to observe a significant variation of flow in the urban feature section, due to damping of the flow by the upstream reservoir. This section is considered to present a decrease in the K1 value as liquid discharge increases, since it is noticeable the sewage contribution. The reaeration-rate coefficient was determined using inert tracer technique, applying propane as gas tracer and Rhodamine WT as dye tracer. Two experiments were conducted in two reaches, both in the highest urbanization areas of the Vacacaí Mirim basin. In the first experiment, K2 value was 30.30 day-1 for the first reach, and 24.77 day-1 for the second. In the second test, K2 obtained was 14.91 day-1 and 12.73 day-1, respectively. An approach was made about alternative methods for experimental determination of the reaeration-rate coefficient and the predictive equations of K2. The results obtained in tests were compared with those predicted by the most important equations in literature. The predictive equations presented large discrepancy between them, and the latest formulas, derived from K2 measurements obtained by the gas tracer methods, presented the lowest variation, ranging from -32.95% to 14.51%. Based on results, an equation was proposed to estimate K2 restricted to the studied sites, adapting from the equations of Melching and Flores. / Esta dissertação apresenta a determinação experimental dos dois coeficientes mais importantes na modelagem do oxigênio dissolvido em corpos d‟água: o coeficiente de reaeração superficial K2, e o coeficiente de desoxigenação K1. O coeficiente de desoxigenação foi determinado em três seções representativas da bacia em estudo, sendo uma com característica urbana, uma mista e uma rural. Três experimentos foram conduzidos, caracterizando diferentes vazões no rio Vacacaí Mirim. O coeficiente K1 foi determinado por meio da construção da curva de decaimento de oxigênio versus tempo, num período total de 20 dias. Os valores de K1 variaram de 0,15 dia-1 a 0,27 dia-1. Observou-se um aumento de K1 com o aumento da vazão, nas seções de característica mista e rural, evidenciando a maior contribuição da carga orgânica de maneira difusa nessas áreas. Não foi possível observar uma variação de vazão significativa na seção de característica urbana, devido ao amortecimento do escoamento pelo reservatório situado a montante da seção. Nesta seção, possivelmente, um aumento na descarga líquida acarreta uma diminuição no valor do coeficiente de desoxigenação, já que é visível a contribuição pontual de esgoto doméstico. O coeficiente de reaeração superficial foi determinado utilizando a metodologia dos traçadores inertes, com o emprego de propano como traçador gasoso e Rodamina WT como traçador de referência. Dois experimentos foram conduzidos em dois trechos, na região de maior urbanização da bacia hidrográfica do rio Vacacaí Mirim. No primeiro experimento, o valor de K2 foi de 30,30 dia-1, para o primeiro trecho, e 24,77 dia-1, para o segundo. No segundo ensaio, o K2 obtido foi de 14,91 dia-1 e 12,73 dia-1, respectivamente. Aborda-se a respeito de outras metodologias de determinação experimental do coeficiente de reaeração, bem como sobre as equações de estimativa de K2. O valor obtido nos ensaios foi comparado com aqueles previstos pelas principais equações presentes na literatura. O valor estimado pelas equações apresentou grande discrepância entre as mesmas, sendo que as equações mais recentes, propostas a partir da regressão de dados de K2 obtidos pela própria metodologia dos traçadores inertes, apresentaram as menores variações, entre -32,95% e 14,51%. Baseado nos resultados propôs-se uma equação para estimativa de K2 exclusiva para os trechos estudados, adaptada a partir das equações de Melching e Flores.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseVRS.pdf: 5281242 bytes, checksum: 8ae3e0f5731bedd5705926ff0020de41 (MD5) Previous issue date: 2007-08-16 / Universidade Federal de Sao Carlos / Penicillin G acylase (PGA) is an important enzyme for industry, used to produce aminopenicillanic acid, a key intermediate in the synthesis of ampicillin, among other betalatam antibiotics. The production of this enzyme by Bacillus megaterium has been studied by the research group for several years. This work advances this research, aiming not only at the enhancement of the enzyme production, but also at a better understanding of B. megaterium regulatory expression mechanisms for PGA. A systematic study of the inoculum, including conservation strategies for the microorganism, was performed. Different cultivation media and operational conditions for the production of PGA were investigated, especially temperature and dissolved oxygen concentration. Enzyme recovery was also studied, including methodologies for minimizing protein contents in whey. Cheese whey is an important nutrient for enzyme production, but its use implies the presence of contaminant proteins in the culture broth. Finally, the enzyme was kinetically characterized. During the inoculum study, PGA yields of microorganisms conserved using different techniques were compared: endospores in 20%-glycerol, -50oC (cryotubes), endospores in solid medium, in refrigerator ( slants ) and vegetative cells in 5%-glycerol, -50oC ( eppendorffs ). It was observed that cryotubes (frozen spores) preserve the enzyme production levels for 12 months, 521 IU/L ±20 IU/L with great reproducibility. Conservation in slants shows a marked fall of production after one month, with a low reproducibility along months. Freezing vegetative cells leads to the highest patterns of enzyme production, up to 900 IU/L, but preservation is sustained for only five months. Maximum specific growth rates changed according to the conservation method, with µmax eppendofor > cryotube > slant . A study of the effect of the inoculum growth period on enzyme yield has shown that, for the three conservation methods, harvesting between 8 and 12 h leaded to similar cell mass and enzyme concentrations after 24 h of cultivation. The procedure of harvesting the inoculum after 12 h, with 10%-bioreactor inoculum volume, showed to be a good method for inoculum standardization. The effect of temperature on the cultivation of B. megaterium for production of PGA was assessed in the range 24-40oC. Maximum cell concentration and maximum enzyme yield were achieved at 30oC. The effect of the concentration of dissolved oxygen on the production of PGA was studied, using air to feed the bioreactor (culture medium volume: 1.2-2.0 L). A second B. megaterium strain showed a lower growth rate than the original one, demanding 24 h for germination/propagation, while the original one requires 12 h. Thus, different oxygen (air) feeding strategies were tested for both strains. Along the years, enzyme yields in agitated flasks have been higher than in bioreactor, for almost all assays. For the second strain, sustaining the dissolved oxygen at 10% of saturation leaded to the highest enzyme productivity among all tested conditions, with a bioreactor productivity similar to the agitated flasks. For the original strain a similar production was only achieved with an increasing stirring profile, implying a very low dissolved oxygen concentration, equal to zero during long periods of the cultivation. The two strains presented different dissolved oxygen requirements. Changes in the cultivation medium also implied different dissolved oxygen requirements for a maximum enzyme yield. Cheese whey has a still no-identified substance that is an essential nutrient for enzyme production. The use of enzymatically hydrolyzed cheese whey improves the downstream process. Assays in agitated flasks, with the original strain, using hydrolyzed whey, leaded to PGA levels similar to the ones obtained using integral whey. However, in bioreactor the yield of enzyme was always lower than in agitated flasks, no matter the aeration strategy that was used. Three possible explanations for this fact were investigated: 1) microorganism preservation method; 2) changes in the time necessary for attaining and sustaining the metabolic state where enzyme expression occurs, what could be related to the ratio between vegetative cells and spores along time, in flasks and in the bioreactor; 3) increase in the production of proteases in the bioreactor, compared to the flasks. The lower yield using hydrolyzed whey does not seem to be related to none of these hypotheses, and up to now it was not possible to generalize the study of the effect of this variable on the PGA production by B. megaterium. Enzyme purification and concentration, via ultra-diafiltration, in the presence of integral and hydrolyzed whey was another subject for research. The effect of pH and of the number of washing cycles on enzyme recovery was assessed. Results showed that this technique is efficient, provided it is run at low temperatures. Hydrolyzed whey indeed eases the purification of the enzyme using membranes, and great part of the contaminant whey proteins can be removed. However, an expressive loss of PGA occurs during the diafiltration stages, which must be minimized. pH did not influence enzyme recovery. The kinetic characterization of the produced enzyme, using the hydrolysis of penicillin G as standard reaction, has showed that maximum PGA activity is at pH 8 and 37oC. Estimated Michelis-Menten parameters were Vmax= 0.0344 mMPenG/min and Km=1.83 mM, with activation energy equal to 27.12 KJ/mol. / Penicilina G acilase (PGA) é uma importante enzima industrial usada para produção do ácido 6-aminopenicilânico, intermediário chave na produção de ampicilina e outros antibióticos β- lactâmicos semi-sintéticos. A produção dessa enzima por Bacillus megaterium vem sendo estudada no grupo há muitos anos. Esta tese dá continuidade a esse estudo visando não só aumento da produção da enzima, mas também um melhor entendimento dos mecanismos regulatórios da expressão de PGA por B. megaterium. Neste trabalho foi realizado um estudo sistemático do inóculo, incluindo estratégias para conservação do microrganismo. Foram investigados diferentes meios de cultura e condições operacionais de cultivo na produção de PGA, em especial temperatura e concentração de oxigênio dissolvido. A recuperação da enzima foi também estudada, incluindo metodologias para minimização do conteúdo de proteínas presentes no soro de queijo, um nutriente importante na produção da enzima, mas cujo uso implica também a presença de proteínas contaminantes no meio de cultivo. Finalmente, a enzima foi caracterizada cineticamente. No estudo do inóculo foram comparados, ao longo do tempo, os desempenhos na produção de PGA de microrganismos conservados como endósporos em glicerol 20% v/v, a -70°C (criotubos), como endósporos conservados em meio sólido a 4ºC ( slants ) e como células vegetativas em glicerol 8% v/v, a -70°C ( eppendorfs ). Verificou-se que sob a forma de esporos congelados (criotubos) há preservação dos níveis de produção da enzima até 12 meses, 521 UI/L ± 20 UI/L, com grande reprodutibilidade. Conservação como slants além de mostrar variabilidade ao longo dos meses, apresenta queda acentuada desde o primeiro mês de conservação. Congelamento de células vegetativas conduz a níveis mais altos de produção da enzima, 900 UI/L, mas preserva atividade apenas durante cinco meses. Velocidades específicas máximas de crescimento dos microrganismos variaram com a forma de conservação, com µmáx eppendorf > criotubo > slant . Estudo do efeito do tempo de crescimento do inóculo na produção da enzima mostrou que, para as três formas de conservação estudada, a colheita do microrganismo entre 8 e 12 horas de cultivo conduzia a produções de enzima e concentração do microrganismo similares após 24 horas de produção. O procedimento de colheita após 12 horas de cultivo, com inoculação de 10% do volume de biorreator, mostrou-se, assim, um bom critério para padronização do inóculo. Foi estudada a influência da temperatura no cultivo de B. megaterium para produção de PGA na faixa entre 25-40°C. Os resultados mostraram que a máxima concentração celular e a máxima produção da enzima ocorrem no cultivo a 30°C. O efeito da concentração de oxigênio dissolvido na produção de PGA foi extensamente estudado, sendo o biorreator (volume de meio: 1,2-2,0 L) alimentado com ar. Uma segunda linhagem de B. megaterium mostrou crescimento mais lento que a original, requerendo 24 horas para a fase de germinação/propagação, enquanto que a original requer 12 horas. Foi, assim, efetuado estudo em biorreator com diferentes estratégias de fornecimento de oxigênio (ar) para as duas linhagens. Ao longo dos anos, a produção de enzima em frascos agitados vem se mostrando maior que a obtida em biorreator em quase todos os ensaios realizados. A segunda linhagem mostrou de forma clara que a manutenção da concentração de oxigênio dissolvido em 10% da saturação conduzia à maior produção da enzima dentre todas as condições testadas, com produção em biorreator similar à obtida em frasco agitado, 450 UI/L. Entretanto, produção em biorreator similar à obtida em frasco agitado, 550-600UI/L, só foi obtida com a linhagem original usando-se um perfil crescente de agitação, que implicava concentração de oxigênio dissolvido muito baixa, permanecendo em zero por vários períodos ao longo do cultivo. As duas linhagens apresentaram, portanto, requerimentos diferenciados para o oxigênio dissolvido. Alterações no meio de cultivo também alteram o requerimento de oxigênio dissolvido para obtenção da máxima produção da enzima. Soro de queijo possui um fator que ainda não foi possível identificar que é nutriente essencial para a produção da enzima. O uso de soro hidrolisado permite melhor recuperação da enzima. Ensaios em frascos agitados, com a linhagem original, na presença de soro hidrolisado, conduziram a níveis de PGA similares aos obtidos com soro integral. Contudo, em biorreator, para todas as condições de oxigênio dissolvido testadas a produção da enzima era inferior à obtida em frascos agitados, qualquer que fosse a estratégia de aeração usada. Foram investigadas três possíveis explicações para esse fato: 1) forma de preservação do microrganismo; 2) alteração no tempo para se atingir e/ou manter o estágio metabólico onde ocorre expressão da enzima, o que poderia estar relacionado com a proporção entre células vegetativas/esporos ao longo do tempo em frascos agitados e biorreator; 3) aumento na produção de proteases no ensaio em biorreator em relação ao ensaio em frasco agitado. A menor produção com soro hidrolisado não parece estar relacionada com nenhuma dessas hipóteses, não tendo sido possível, portanto, até o momento, generalizar o estudo do efeito dessa variável na produção de PGA por B. megaterium. Foi efetuado estudo da concentração e purificação da enzima produzida na presença de soro integral e hidrolisado, através de ultra-diafiltração. Foi estudado o efeito do pH e do número de lavagens na recuperação da enzima. Resultados obtidos mostraram eficiência da técnica para concentração da enzima, se realizada a baixa temperatura. Mostraram também que soro hidrolisado realmente facilita a purificação da enzima através da filtração em membrana, permitindo remoção de grande parte das proteínas contaminantes introduzidas no meio com o soro de queijo. Contudo, ocorre expressiva perda de PGA durante as etapas de diafiltração, que devem ser minimizadas. O pH não influenciou na recuperação da enzima. Caracterização cinética da enzima produzida para a hidrólise de penicilina G mostrou que a máxima atividade de PGA ocorre a pH 8 e temperatura de 37°C. Os valores estimados para os parâmetros cinéticos de Michaelis-Menten foram de Vmáx e Km de 0,0344 mMPenG/min e 1,83 mM, respectivamente, com energia de ativação de 27,12 KJ/mol.

Este trabalho apresenta a calibração e o desenvolvimento de um tanque de reaeração, equipamento que gera turbulência com intensidade controlável por meio de grade oscilante. Foram realizadas adequações ao projeto inicial de construção do tanque, idealizado por ROMA, onde se buscou o equilíbrio e as limitações de funcionamento para que, em futuros trabalhos, o tanque possa ser utilizado sob condições adequadas sem a presença de \"ruídos\" que venham a interferir nos resultados. A calibração do tanque foi realizada levantando-se o coeficiente de reaeração \'K IND.2\' para dois tipos de grades, 256 malhas/\'M POT.2\' e 1024 malhas/\'M POT.2\' constituídas por barras de seção medindo 10 x 10 mm, em diversas freqüências de oscilações sob condições controladas de temperatura e umidade relativa do ar. Com auxílio de um medidor eletroquímico de oxigênio dissolvido e de um contador de rotação, pôde-se acompanhar a reoxigenação da água e avaliar a freqüência de oscilação das grades. A desaeração da massa de água, necessária para a calibração do tanque, foi promovida por Stripping provocado por cavitação forçada à temperatura ambiente com injeção de nitrogênio. A taxa de reaeração \'K IND.2\' foi calculada por medidas da variação do oxigênio dissolvido em função do tempo provocada por agitação mecânica para determinada freqüência de oscilação da grade. Os resultados obtidos forneceram as curvas de reaeração em função da freqüência de oscilação e do tipo de grade utilizada em cada ensaio que, através do uso de planilha eletrônica, determinaram-se os valores de concentração de saturação (Cs) e coeficiente de reoxigenação (\'K IND.2\') com o uso de regressão não linear. / This work presents a reaeration tank development and its calibration, equipment that generates controlled intensity turbulence produced by oscillating grid. An adaptation on the original design idealized by Roma was made improving the equilibrium of the oscillating grid mechanism and defining the limits of functionality of the device. These are important aspects for future research on experimental turbulence generation since that the use of equipment free of undesirable disturbing noise are of fundamental importance. Tank calibration was obtained through the evaluation of the reaeration coefficient \'K IND.2\' using two types of oscillating grids, 256 and 1024 meshes/\'M POT.2\', constructed with 10 x 10 \'MM POT.2\' square section bars. Experimental runs were conducted under controlled conditions of air temperature and humidity, for several oscillating frequencies for each grid. The necessary water mass desaeration was obtained by ambient temperature stripping, induced by forced cavitation and nitrogen injection. Reaeration coefficients were calculated from data obtained from dissolved oxygen concentration measurements as function of time for each grid size and oscillating frequency combination. As results, reaeration curves with reaeration coefficients as function of oscillating frequency and grid type are presented.