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Open-access Revista Ambiente & Água

Publication of: Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas
Area: Agricultural Sciences, Biological Sciences ISSN online version: 1980-993X

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Revista Ambiente & Água, Volume: 16, Issue: 3, Published: 2021

Revista Ambiente & Água, Volume: 16, Issue: 3, Published: 2021

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ARTICLES
Water balance for determination of excess water in soybean cultivated in lowland soils Bortoluzzi, Mateus Possebon Gubiani, Paulo Ivonir Heldwein, Arno Bernardo Trentin, Roberto Silva, Jocélia Rosa da Nied, Astor Henrique Zanon, Alencar Junior

Abstract in Portuguese:

Resumo O objetivo deste trabalho foi obter uma metodologia de cálculo do balanço hídrico sequencial que estime com acurácia a ocorrência de excesso hídrico na soja em terras baixas. Foram testadas quatro estratégias de cálculo do balanço hídrico associadas à simulação do desenvolvimento da soja, as quais se diferenciaram em função da forma de cômputo da chuva e do tempo de drenagem da água dos macroporos do solo. Como referência foram utilizados os dados de umidade volumétrica monitorada em três camadas de solo ao longo do ciclo da soja no ano agrícola 2014/15. A microporosidade foi utilizada como limite inferior da ocorrência de excesso hídrico na área. Assim, o excesso hídrico foi considerado sempre que a umidade volumétrica diária do solo na camada 0-100 mm foi maior que 0,39 mm³ mm-3. Ao longo dos 111 dias de medição, a umidade do solo indicou a presença de excesso hídrico em 38 dias. A estratégia de cálculo tradicional do balanço hídrico subestimou a ocorrência de excesso hídrico, assim como as demais estratégias que consideraram a precipitação efetiva na sua metodologia. A estratégia de cálculo que considera que toda a chuva infiltra no solo e que a água dos macroporos é removida somente pela evapotranspiração da cultura apresentou bom desempenho e indicou 35 dias de excesso hídrico, sendo a mais adequada e recomendada para a determinação do excesso hídrico na soja em terras baixas.

Abstract in English:

Abstract The aim of this study was to derive a methodology for calculating a sequential water balance that accurately estimates the occurrence of excess water in soybeans cultivated in lowlands. We tested four calculation strategies of water balance associated with the simulation of soybean development, which differed on the calculation of rainfall and time of water drainage from the soil macropores. Data of volumetric moisture monitored in three soil layers throughout the soybean cycle in the 2014/15 agricultural year were used as a reference. Microporosity was used as a lower limit for the occurrence of excess water in the area. Excess water was considered to be whenever the daily volumetric soil moisture in the 0-100 mm layer was greater than 0.39 mm3 mm-3. Over the 111 days of measurement, soil moisture indicated the presence of excess water in 38 days. The traditional calculation strategy of water balance underestimated the occurrence of excess water, as well as the other strategies that considered effective precipitation in their formulas. The calculation strategy that considers that all the rainfall infiltrates in the soil and that the water from macropores is removed only by crop evapotranspiration exhibited good performance and indicated 35 days of excess water, being the most appropriate and recommended for determining excess water in lowland soybeans.
ARTICLES
Low-cost flow photoreactor for degradation of Reactive Black 5 dye by UV/H2O2, Fenton and photo-Fenton processes: a performance comparison Silva, Andrea Maria da Santos, Tainá Natália dos Santos, Raiane dos Pessoa, Thiago Sabino Anjos, Luiz Carlos Araújo dos Silva Sobrinho, Nelson Alves da Sales, Paula Barone da Paz

Abstract in Portuguese:

Resumo Neste trabalho, um fotorreator contínuo foi projetado e montado, usando peças recicláveis e de baixo custo, para desenvolver tratamentos químicos, baseados em processos oxidativos avançados (AOP), de efluentes têxteis altamente coloridos por azo-compostos. A fim de avaliar a eficiência deste sistema reacional sustentável, foi investigada a performance de três tratamentos destrutivos (UV/H2O2, Fenton e foto-Fenton) sobre a remoção de cor de soluções aquosas do corante denominado Reactive Black 5 (RB5). O efeito da concentração de oxidante (H2O2) e da carga inicial de corante sobre a taxa de remoção de cor foi também analisado. Os resultados mostraram que, independentemente das condições operacionais iniciais, o processo foto-Fenton alcançou as taxas mais elevadas de degradação, especialmente quando a maior razão entre as concentrações do oxidante e do corante foi empregada ([H2O2]: [RB5] = 24.5 mg L-1: 25 mg L-1), com a completa remoção de cor em apenas 10 minutos de experimento. Usando-se as mesmas condições iniciais, os processos Fenton e UV/H2O2 foram também capazes de descolorir completamente o poluente têxtil, entretanto precisando de 25 minutos e 45 minutos de reação, respectivamente. O efeito do pH sobre a descoloração pelo processo foto-Fenton foi também investigado, mostrando a mesma elevada performance nos pHs 3 e 4. O perfil de degradação obtido no tratamento foto-Fenton foi devidamente modelado pela cinética de pseudo-primeira ordem. O fotorreator contínuo de baixo custo mostrou-se bastante útil na degradação do corante RB5, principalmente quando o processo foto-Fenton foi empregado.

Abstract in English:

Abstract In this work, a flow photoreactor was designed and set up using low-cost and recyclable parts to develop chemical treatments based on advanced oxidation processes (AOP) of highly colored textile wastewater. To evaluate this sustainable system´s efficiency, we investigated and compared the performance of three types of destructive methods (UV/H2O2, Fenton, and photo-Fenton) on the decolorization of aqueous solutions of Reactive Black 5 dye (RB5). We also analyzed the effect of the oxidant and dye concentrations on the rate of color removal in each one of the three methods. The results showed that, regardless of the initial operating conditions, the photo-Fenton process achieved the highest degradation rates, particularly when the highest ratio between the oxidant and dye concentrations was used ([H2O2]: [RB5] = 24.5 mg L-1: 25 mg L-1), leading to complete color removal within only 10 minutes of reaction. With the same initial condition, the Fenton and UV/H2O2 processes were also capable of removing the color entirely, even though they demanded more extended runs of 25 min. and 45 min., respectively. The effect of pH on the decolorization by the photo-Fenton process was also investigated, showing the same high performance at pHs 3 and 4. The degradation profile achieved by the photo-Fenton treatment was appropriately fitted by a pseudo-first-order kinetic. The non-expensive photoreactor proved to be quite useful for the degradation of the RB5, mainly when this azo dye underwent the photo-Fenton process.
ARTICLES
Removal of nutrients due to biomass harvest of Eucalyptus urograndis in different soils: macronutrients Salvador, Simone Martini Ludvichak, Aline Aparecida Momolli, Dione Richer Santos, Kristiana Fiorentin dos Consensa, Catarine Barcellos Schumacher, Mauro Valdir Stahl, James

Abstract in Portuguese:

Resumo O manejo intensivo de povoamentos florestais pode aumentar a produção de biomassa, bem como aumentar a remoção de nutrientes do local. Assim, o objetivo deste estudo foi simular diferentes intensidades de colheita e calcular a eficiência de utilização de nutrientes para Eucalyptus urograndis em diferentes tipos de solo. O estudo foi realizado em um plantio do híbrido E. urograndis de sete anos de idade, no município de Telêmaco Borba, Paraná, Brasil. O local de estudo incluiu duas subáreas com solo arenoso e solo argiloso (Cambissolo Háplico e Latossolo Vermelho, respectivamente). Com os dados de estoque de biomassa e nutrientes foi simulada a remoção de nutrientes em cinco cenários de colheita diferentes. A eficiência de utilização de nutrientes foi obtida a partir da relação entre a quantidade de biomassa e os nutrientes de cada componente da árvore. A colheita da árvore inteira resultou na retirada de aproximadamente 61% dos nutrientes do local em solo arenoso, enquanto em solo argiloso, 57% dos nutrientes foram removidos. Com a colheita apenas da madeira do fuste comercial, apenas 22% dos nutrientes foram retirados do solo arenoso e 21% do solo argiloso. A madeira do caule foi o componente que apresentou os maiores valores da eficiência de utilização de nutrientes para todos os nutrientes analisados. Para alcançar a sustentabilidade nutricional dos povoamentos de E. urograndis, o melhor sistema de colheita envolve a remoção apenas da madeira do tronco comercial. Para a produção de madeira, os solos arenosos apresentam maior eficiência biológica de cálcio e magnésio quando comparados aos solos argilosos.

Abstract in English:

Abstract Intensive management of forest stands can increase biomass production, as well as increase the removal of nutrients from the site. This study therefore sought to simulate different harvest intensities and to calculate the nutrient-use efficiency of Eucalyptus urograndis in different types of soil. The study was carried out in a plantation of seven-year-old hybrid E. urograndis in the city of Telêmaco Borba, Paraná, Brazil. The study site included two sub areas with sandy soil and clayey soil (Cambisols Inceptisol and Ferralsols Oxisols, respectively). Using biomass and nutrients stock data, nutrient removal was simulated under five different harvest scenarios. Nutrient-use efficiency was obtained from the relation between the amount of biomass and nutrients of each tree component. Harvesting the whole tree resulted in the removal of approximately 61% of the nutrients from the site in sandy soil, while in clayey soil 57% of the nutrients were removed. With harvesting of only the commercial stemwood, only 22% of the nutrients were removed from the sandy soil, and 21% from the clayey soil. Stemwood was the component that had the highest nutrient-use efficiency values for all the analyzed nutrients. In conclusion, to achieve nutritional sustainability of E. urograndis stands, the best harvesting system involves the removal of only commercial stemwood. For the production of stemwood, sandy soils have a greater biological efficiency of calcium and magnesium when compared to clayey soil.
ARTICLES
Dynamics of natural regeneration after disturbance in a remnant of Mixed Ombrophilous Forest in southern Brazil Ruggiero, Alyne Regina Schorn, Lauri Amândio Santos, Kristiana Fiorentin dos Fenilli, Tatiele Anete Bergamo

Abstract in Portuguese:

Resumo O presente estudo teve como objetivo avaliar as alterações ocorridas, no período de 2012 a 2016, na estrutura da regeneração natural de um remanescente de Floresta Ombrófila Mista, sem intervenções há mais de 40 anos. Em relação a dinâmica da composição florística da regeneração natural, houve a saída de 18 espécies (23,38% do total) e a entrada de 27 novas espécies (35,06% do total). Os maiores acréscimos foram observados para Allophylus edulis, Myrsine umbellata e Miconia cinerascens. Analisando a dinâmica da regeneração em grupos ecológicos, observou-se que as espécies pioneiras tiveram um valor similar em ambos os levantamentos (29,4 a 29,6%). As espécies secundárias decresceram de 56,6% para 52,8%. E as espécies de sucessão tardia aumentaram de 0,2 a 6,0%. Logo, o remanescente estudado encontra-se em fase de cicatrização de distúrbio, caracterizada pelo aumento da regeneração de espécies pioneiras, uma vez que há quantidade suficiente de luminosidade incidindo no interior da floresta.

Abstract in English:

Abstract This study evaluated changes in the structure for remnant Mixed Ombrophilous Forest recovering from logging, which ceased over 40 years ago. Regarding the dynamics of the floristic composition of natural regeneration, 18 species remained (23.38% of the total) and 27 new species entered (35.06% of the total). The greatest increases were observed for Allophylus edulis, Myrsine umbellata, and Miconia cinerascens. When analyzing the dynamics of regeneration in ecological groups, it was observed that pioneer species had a similar value in both surveys (29.4% and 29.6%); secondary species decreased from 56.6% to 52.8%, and late-successional species increased from 0.2% to 6.0%. Therefore, the forest fragment studied is in a healing phase after disturbance, characterized by the increased regeneration of pioneer species as a result of sufficient light entering the interior of the forest.
ARTICLES
Freshwater mollusks as proxies for assessing agrochemicals hazards in Volta Grande Reservoir, Brazil Sene, Andressa Mendes Rosa, Daniel Melo Gutierre, Silvia Maria Millan Pompeu, Paulo Santos

Abstract in Portuguese:

Resumo O Brasil tem vivenciado um aumento no uso de agroquímicos nos últimos anos, representando uma ameaça potencial aos ecossistemas. O reservatório de Volta Grande (Minas Gerais/São Paulo, Brasil) tem cerca de 87% de sua área cercada por sistemas agrícolas, e muitos compostos usados na agricultura acabam sendo transportados para corpos d'água próximos. Dado o potencial risco ecológico, nosso objetivo foi avaliar a presença de pesticidas utilizando moluscos de água doce como bioindicadores no reservatório de Volta Grande. Coletamos espécimes de dois bivalves e três gastrópodes usando dragas de fundo e sondagem visual, em três locais diferentes dentro do reservatório. Todos os pontos de amostragem foram classificados de acordo com suas distâncias da barragem, e todos estavam próximos a terras agrícolas. As amostras foram processadas e congeladas para análise toxicológica qualitativa por espectrofotometria de massa. Oito pesticidas foram identificados, incluindo quatro organoclorados (Aldrin, p,p’-DDE, Heptacloro epóxido e Endrin) e organofosforados (Disulfato, Malation, Paration-metil e Paration-etil). Todas as cinco espécies estudadas (Limnoperna fortunei, Corbicula fluminea, Melanoides tuberculata, Aylacostoma tenuilabris e Pomacea aff. canaliculata) apresentaram vestígios de pesticidas nos tecidos. Dos oito agrotóxicos encontrados em nossa análise, seis são ilegais no Brasil, reforçando a preocupação sobre o uso contínuo de agrotóxicos proibidos e também o risco ecológico na área do reservatório de Volta Grande. De acordo com os nossos resultados sugere-se um controle ambiental mais rigoroso por parte dos órgãos ambientais em relação ao uso e comercialização desses compostos tóxicos ilegais.

Abstract in English:

Abstract Brazil has experienced a rise in the use of agrochemicals in recent years, representing a potential threat to nearby ecosystems. The Volta Grande Reservoir (Minas Gerais/São Paulo, Brazil) has about 87% of its area surrounded by agricultural systems, and many compounds used in agriculture end up being carried into nearby water bodies. Given the potential ecological risk, our purpose was to assess pesticides in the reservoir. We collected specimens of two bivalves and three gastropods using bottom dredging and visual investigation in three different sites within the reservoir. The sampling sites were classified according to their distance from the dam, and all were close to agricultural lands. The samples were processed and frozen for qualitative toxicological analysis using mass spectrophotometry. Eight pesticides were identified, including four organochlorines (Aldrin, p,p’-DDE, Heptachlor epoxide, and Endrin) and organophosphates (Disulfoton, Malathion, Parathion- methyl, and Parathion-ethyl). All five studied species (Limnoperna fortunei, Corbicula fluminea, Melanoides tuberculata, Aylacostoma tenuilabris, and Pomacea aff. canaliculata) presented traces of pesticides in their bodies. Of the eight pesticides found in our analysis, six are illegal in Brazil, raising awareness about the continuous use of forbidden pesticides, and also the ecological risk in the Volta Grande Reservoir area. Our results suggest stricter control by environmental agencies regarding the use and commercialization of these illegal toxic compounds.
ARTICLES
Evaluation of the environmental life cycle of an STP that employs a low-rate trickling filter as post-treatment of a UASB reactor and different sludge-management alternatives Amaral, Karina Guedes Cubas do Rietow, Julio Cezar Aisse, Miguel Mansur

Abstract in Portuguese:

Resumo O presente estudo teve por objetivo realizar a avaliação de ciclo de vida (ACV) ambiental de uma estação de tratamento de esgoto (ETE), dotada de filtros biológicos percoladores (FBPs) de baixa taxa, como pós-tratamento de reatores anaeróbios - UASB. A ETE está localizada no sul do Brasil e emprega como alternativas de destinação do lodo o aterro sanitário e o uso agrícola. Para realizar a avaliação, utilizou-se a técnica de ACV, empregando o software SimaPro® 9. Os resultados evidenciaram que os gases metano (CH4) e dióxido de enxofre (SO2), emitidos para a atmosfera, após a queima parcial do biogás em queimadores abertos, são os principais responsáveis pelos impactos nas categorias de mudanças climáticas (GW) e acidificação terrestre (TA), respectivamente. Devido à baixa taxa de aplicação hidráulica de esgoto nos FBPs, as emissões de óxido nitroso (N2O) se destacaram pelo elevado impacto na categoria de depleção de ozônio estratosférico (SOD). O emprego do lodo na agricultura obteve um maior potencial de impacto ambiental, em relação ao aterro sanitário, em 5 das 8 categorias avaliadas. Os principais impactos do uso agrícola foram na categoria de toxicidade humana (HT), devido à elevada concentração de zinco presente no lodo, e na categoria de acidificação terrestre (TA), em virtude da emissão de amônia (NH3) durante a higienização do lodo. Por sua vez, os principais aspectos positivos foram os produtos evitados como ureia, fertilizante fosfatado e calcário. Os resultados reportados contribuem para uma maior discussão dos processos de tratamento de esgoto, bem como de alternativas de gerenciamento de lodo, empregados em países em desenvolvimento.

Abstract in English:

Abstract This study aimed to undertake an environmental life cycle assessment (LCA) of a sewage treatment plant (STP) equipped with low-rate trickling filters (TFs) as post-treatment of upflow anaerobic sludge blanket (UASB). The STP is located in South Brazil and uses landfill and agriculture as sludge-disposal alternatives. The evaluation was performed using the LCA technique and SimaPro® 9 software. The results revealed that the gases methane (CH4) and sulfur dioxide (SO2), emitted into the atmosphere after the partial burning of the biogas in flares, are mainly responsible for impacts in the categories of global warming (GW) and terrestrial acidification (TA), respectively. Due to the low rate of hydraulic sewage application in TFs, nitrous oxide (N2O) emissions stood out due to their high impact in the category of stratospheric ozone depletion (SOD). The use of sludge in agriculture obtained a greater potential for environmental impact compared to landfills in five of the eight categories evaluated. The main impacts of agricultural use were in the category of human toxicity (HT), due to the high concentration of zinc present in the sludge, and in the category TA, due to the emission of ammonia (NH3) during hygienization of the sludge. In turn, the main positive aspects were avoided products, such as urea, phosphate fertilizer and limestone. The results contribute to a greater discussion of sewage-treatment processes, as well as sludge-management alternatives used in developing countries.
ARTICLES
Evaluation of anaerobic and anoxic reactors installed in serial to treat fish tank effluent Carra, Maria Lidia Gonçalves, Vitória Teodoro Delforno, Tiago Palladino Oliveira, Valéria Maia de Silva, Ariovaldo José da

Abstract in Portuguese:

Resumo Efluentes de um tanque de peixes de cultivo de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) foram tratados em um sistema de dois reatores anaeróbios de leito fixo paralelos e seguido por um reator agitado suspenso sob ambiente anóxico para remoção de sólidos, matéria orgânica e nitrogênio. A estrutura da comunidade microbiana foi comparada entre os reatores e uma cultura enriquecida de anammox originada de lodo anaeróbio por PCR (Reação em Cadeia de Polimerase) e DGGE (Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante). A análise de DGGE revelou três grandes aglomerados microbianos, a saber, a biomassa do inóculo, a biomassa nos reatores e a cultura de anammox enriquecida. A similaridade entre a comunidade microbiana recuperada dos reatores anaeróbios e a comunidade anammox foi considerada baixa (32,7%), sugerindo diferenciação da comunidade bacteriana em função da seleção de grupos específicos de anammox. Embora o reator anóxico tenha piorado a qualidade do efluente, os resultados indicam o potencial de remoção de matéria orgânica e amônia em um único reator anaeróbio.

Abstract in English:

Abstract Effluent from a fish tank with Nile tilapia (Oreochromis niloticus) was treated in a system of two parallel fixed-bed anaerobic reactors followed by a suspended stirred, anoxic reactor for solids, organic matter and nitrogen removal. Microbial community structure was compared between the reactors and an enriched anammox culture originated from anaerobic sludge by using the PCR (Polymerase Chain Reaction) and DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) techniques. DGGE analysis revealed three large microbial clusters, namely, the biomass in the inoculum, the biomass growing in the reactors, and the enriched anammox culture. The similarity between the microbial community recovered from the anaerobic reactors and the anammox community was considered low (32.7%), suggesting differentiation of the bacterial community as a function of the selection of specific anammox groups. The last step in the anoxic reactor had worsened the effluent quality. The potential of organic matter and ammonia removal in a single anaerobic reactor was demonstrated.
ARTICLES
Machine-learning methods for hydrological imputation data: analysis of the goodness of fit of the model in hydrographic systems of the Pacific - Ecuador Heras, Diego Matovelle, Carlos

Abstract in Portuguese:

Resumo Métodos computacionais baseados em aprendizado de máquina tiveram amplo desenvolvimento e aplicação em hidrologia, especialmente para modelagem de sistemas que não possuem dados suficientes. Dentro deste problema faltam séries de dados que não devem ser necessariamente descartadas. Isso é feito por meio da imputação das mesmas obtendo-se conjuntos completos. Por este motivo, esta pesquisa propõe uma comparação de técnicas de aprendizagem computacional para identificar aquelas mais adequadas aos sistemas hidrográficos do Pacífico do Equador pelo interesse representado pelo estudo destes sistemas por complementaridade hidrológica. Para a elaboração desta investigação foram utilizados os registros hidrometeorológicos das estações de monitoramento localizadas nas bacias dos rios Esmeraldas, Cañar e Jubones durante 22 anos, compreendidos entre 1990 e 2012. As variáveis imputadas foram precipitação e vazão. Foram utilizadas máquinas de aprendizagem automática do módulo Python Scikit_Learn; esses módulos integram uma ampla gama de algoritmos de aprendizagem automatizados, como Linear Regression e Random Forest. Finalmente, foram obtidos resultados que levaram a um erro quadrático médio útil mínimo para Random Forest como um método de imputação de aprendizado de máquina automático que melhor se ajusta aos sistemas e dados analisados.

Abstract in English:

Abstract Computational methods based on machine learning have had extensive development and application in hydrology, especially for modelling systems that do not have enough data. Within this problem, there are data series that are missing, and that should not necessarily be discarded; this is achieved by means of the imputation of the same ones, obtaining complete sets. For this reason, this research proposes a comparison of computer-learning techniques to identify those best suited for hydrographic systems of the Pacific of Ecuador. For the elaboration of this investigation, the hydro-meteorological records of the monitoring stations located in the watersheds of the Esmeraldas, Cañar and Jubones Rivers were used for 22 years, between 1990 and 2012. The variables that were imputed were precipitation and flow. Automatic learning machines of the Python Scikit_Learn module were used; these modules integrate a wide range of automated learning algorithms, such as Linear Regression and Random Forest. Finally, results were obtained that led to a minimum useful mean square error for Random Forest as an automatic machine-learning imputation method that best fits the systems and data analyzed.
ARTICLES
Analysis of microbial community biodiversity in activated sludge from a petrochemical plant Antunes, Themis Collares Marconatto, Leticia Borges, Luiz Gustavo dos Anjos Giongo, Adriana Sand, Sueli Teresinha Van Der

Abstract in Portuguese:

Resumo O processo de lodo ativo é uma das técnicas mais utilizadas para biodegradação de compostos orgânicos presentes nos efluentes de uma variedade de águas residuais. A estrutura da comunidade bacteriana do lodo ativado de uma indústria de petróleo e sua relação com parâmetros físicos e químicos foram investigadas por meio de sequenciamento de alto rendimento. As amostras foram coletadas durante um período de um ano: outono de 2015 (C1), inverno de 2015 (C2), primavera de 2015 (C3) e verão de 2016 (C4). O DNA total foi extraído e para amplificação foram utilizados primers específicos para região V4 do gene 16S rRNA. A maioria dos microrganismos detectados foi considerada microbiota rara, apresentando abundância relativa abaixo de 1% do total de sequências. Em geral, quase a totalidade das sequências (99,9%) foi classificada em nível de filo, mas apenas algumas ASVs (23,7%) foram associadas a gênero bacteriano conhecido. As proteobactérias foram o filo mais abundante em três das estações, enquanto o filo Armatimonadota dominou em uma estação. O gênero Hyphomicrobium foi o gênero mais abundante no outono, inverno e verão, e uma ASV pertencente à família Fimbriimonadaceae (filo Armatimonadetes) foi o microrganismo mais abundante na primavera. A Análise de Correspondência Canônica (CCA) indica uma diferença consistente da comunidade bacteriana da primavera quando comparada com amostras de outras estações. Os resultados mostram uma correlação entre o filo Armatimonadota e a alta concentração de DQO, NA e sólidos.

Abstract in English:

Abstract The active sludge process is one of the most-used techniques for the biodegradation of organic compounds present in effluents from an assortment of wastewaters. This study investigated the bacterial community structure of a petroleum industry’s activated sludge and its physical and chemical parameters using high-throughput sequencing. Samples were collected over one year: autumn 2015 (C1), winter 2015 (C2), spring 2015 (C3), and summer 2016 (C4). Total DNA was extracted, and the primers targeting the V4 region of the 16S rRNA gene were used for amplicon sequencing. The majority of the detected microorganisms were considered rare microbiota, presenting a relative abundance below 1% of the total sequences. All of the sequences were classified at the phylum level, and up to 55% of the ASVs (Amplicon Sequence Variants) were associated with known bacterial genera. Proteobacteria was the most abundant phylum in three seasons, while the phylum Armatimonadota dominated in one season. The genus Hyphomicrobium was the most abundant in autumn, winter and summer, and an ASV belonging to the family Fimbriimonadaceae was the most abundant in the spring. Canonical Correspondence Analysis showed that physicochemical parameters of SS, SD and TSS are correlated, as well as ammoniacal nitrogen. Sample C3 presented the highest values of COD, AN and solids (SS, SD and TSS). The highest COD, AN, and solids values are correlated to the high frequency of the phylum Armatimonadota in C3.
ARTICLES
Statistical study of growth kinetics and lipid content of microalgae grown in brackish waters for bioenergetic purposes Guimarães, Bruna da Silveira França, Kepler Borges

Abstract in Portuguese:

Resumo O presente trabalho teve como objetivo comprovar, estatisticamente, a influência da salinidade na cinética de crescimento e acumulação lipídica intracelular em microalgas. Foram estudadas as espécies Chlorella sp., Scenedesmus acuminatus, Nannochloropsis sp., Monoraphidium contortum e Pediastrum tetras, as quais foram isoladas na região semiárida nordestina brasileira e cultivadas em meios sintéticos com adição de NaCl. A partir dos cultivos foram analisados a cinética de crescimento, produção de biomassa seca e teor de lipídeos, utilizando-se como ferramenta o planejamento experimental para um fator, tendo a concentração de NaCl como variável independente. Os parâmetros cinéticos velocidade máxima de crescimento (µmáx) e tempo de geração (tg), bem como concentração lipídica foram as variáveis resposta estudadas. Os resultados mostraram que, nas espécies Scenedesmus acuminatus, Nannochloropsis sp. e Pediastrum tetras, o estresse salino contribuiu para o aumento de µmáx e consequente diminuição de tg. Os maiores níveis de acumulação lipídica foram obtidos na Nannochloropsis sp. (62,04%), no meio com maior salinidade e Pediastrum tetras (54,03%) no de menor. A produção de biomassa seca foi maior nas espécies Scenedesmus acuminatus (1.941,37 mg.L-1) e Nannochloropsis sp. (1237,05 mg.L-1), ambas na concentração de 4,0 g.L-1. Portanto, o estresse salino atuou diretamente no crescimento celular e teor de lipídeos das espécies, podendo este ser utilizado como artifício para potencializar a produção lipídica, com fins de produção de biocombustíveis.

Abstract in English:

Abstract This study aimed to statistically prove the influence of salinity on growth kinetics and intracellular lipid accumulation in microalgae. The species Chlorella sp., Scenedesmus acuminatus, Nannochloropsis sp., Monoraphidium contortum and Pediastrum tetras were studied, which were isolated in the Brazilian semi-arid region and cultivated in synthetic media with the addition of NaCl. From the crops, growth kinetics, dry biomass production and lipid content were analyzed, using the experimental planning for one factor as a tool, with the NaCl concentration as an independent variable. The kinetic parameters maximum growth speed (µmax) and generation time (tg), as well as lipid concentration were the response variables studied. The results showed that, in the species Scenedesmus acuminatus, Nannochloropsis sp. and Pediastrum tetras, salt stress contributed to the increase in µmax and the consequent decrease in tg. The highest levels of lipid accumulation were obtained in Nannochloropsis sp. (62.04%), in the medium with the highest salinity and Pediastrum tetras (54.04%) in the lowest. Dry biomass production was higher in Scenedesmus acuminatus (1,941.37 mg.L-1) and Nannochloropsis sp. (1237.05 mg.L-1), both at a concentration of 4.0 g.L-1. Therefore, saline stress acted directly on the cell growth and lipid content of the species, which can be used as a device to enhance lipid production for the purpose of producing biofuels.
ARTICLES
Surveillance of public water supply fluoridation and municipal indicators: an analysis in the state of Espirito Santo, Brazil Mendonça, Ariane Martinelli, Katrini Guidolini Esposti, Carolina Dutra Degli Belotti, Lorrayne Pacheco, Karina Tonini dos Santos

Abstract in Portuguese:

Resumo O objetivo foi investigar os indicadores demográficos, socioeconômicos e de saúde municipais relacionados à qualidade da fluoretação da água. Estudo ecológico que abrangeu municípios do estado do Espirito Santo (ES), com base em dados Sistema de Informação de Vigilância da Qualidade da Água para Consumo Humano, no período de 2014 a 2017. Foram aplicados testes não paramétricos de Mann-Whitney e Spearman para comparar indicadores municipais com a disponibilidade de informação e a qualidade da fluoretação, respectivamente. A qualidade da fluoretação foi calculada para definir o percentual de valores de concentração de flúor dentro da faixa do nível ótimo correspondente ao máximo benefício e baixo risco para ocorrência de fluorose dentária. A proporção de 80% ou mais amostras foi definida como critério de conformidade. Em 2014, 62,8% dos municípios possuíam informações disponíveis no sistema, e 16,7% realizaram análises de concentração de flúor. O percentual de dados disponíveis aumentou cerca de 30%, em 2017, sendo que 3,8% foram referentes ao fluoreto. A qualidade da fluoretação manteve-se elevada (>80%) no ES em quase todos os anos, exceto em 2014. Os municípios com maior população, maior PIB per capita e menor cobertura de equipe de saúde bucal apresentaram maior disponibilidade de informações sobre o fluoreto (p<0,05). A taxa de mortalidade infantil apresentou forte correlação negativa com a qualidade da fluoretação. Os resultados encontrados reforçam a importância do direcionamento de políticas públicas que garantam a correta execução das atividades de monitoramento e manutenção da qualidade da fluoretação.

Abstract in English:

Abstract This study investigated the demographic, socioeconomic, and municipal health indicators related to the quality of water fluoridation. An ecological study was carried out in Espirito Santo state (ES), based on data from the Drinking Water Quality Surveillance Information, from 2014 to 2017. The non-parametric Mann-Whitney and Spearman tests were applied to compare municipal indicators with the availability of information and the quality of fluoridation, respectively. Fluoridation quality was calculated to define the percentage of fluoride concentration values in each municipality within the range of the optimal level corresponding to the maximum benefit for preventing dental caries and minimum risk for the occurrence of dental fluorosis. The proportion of 80% or more samples were defined as a compliance criterion. In 2014, 62.8% of the municipalities had information available, and 16.7% performed analyses of fluoride concentration. The percentage of available data increased about 30%, in 2017, with 3.8% referring to fluoride. The quality of fluoridation remained high (> 80%) in ES in almost every year, except in 2014. The municipalities with the largest population, the highest GDP per capita, and the lowest coverage of the oral health team exhibited a greater availability of information about fluoride (p <0.05). The child mortality rate showed a strong negative correlation with the quality of fluoridation. The findings reinforce the importance of directing public policies that ensure the correct practices for monitoring and maintaining the quality of fluoridation.
ARTICLES
Application of the SWAT hydrological model in flow and solid discharge simulation as a management tool of the Indaia River Basin, Alto São Francisco, Minas Gerais Simões, Kauem Condé, Rita de Cássia Cerqueira Roig, Henrique Llacer Cicerelli, Rejane Ennes

Abstract in Portuguese:

Resumo A mensuração e avaliação da erosão do solo e, consequentemente, da produção de sedimentos são fundamentais no planejamento e gestão de bacias hidrográficas, pois permitem a identificação de áreas críticas susceptíveis aos processos erosivos. Assim, o objetivo deste estudo foi analisar a produção de sedimentos gerada por erosão hídrica na bacia do rio Indaiá, Alto São Francisco, Minas Gerais, aplicando o modelo hidrológico SWAT. De posse de uma base de dados (espaciais e alfanuméricos), realizou-se a simulação inicial das variáveis (vazão e descarga sólida) em escala mensal no período de 1988 a 2017. Em seguida, executou-se a análise de sensibilidade dos parâmetros, a calibração e a verificação do modelo. Na calibração mensal (1988 a 2007), o desempenho das simulações para vazão foi R2=0,92 e NSE=0,91, e para descarga sólida total R2=0,51 e NSE=0,50. Já na verificação mensal (2008 a 2017) para vazão foi obtido R2=0,85 e NSE=0,82, e para descarga sólida total R2=0,19 e NSE=0,16. Apesar deste resultado insatisfatório na etapa de validação, foi possível analisar a distribuição da produção de sedimentos por sub-bacias ou mesmo por Unidade de Resposta Hidrológica. Dessa forma, gerou-se um mapa de produção de sedimentos que indicou, de forma qualitativa, uma tendência de ocorrência de maiores processos erosivos na porção central da bacia. Espera-se que os resultados gerados apoiem às políticas públicas mitigadoras da degradação ambiental da bacia do rio Indaiá.

Abstract in English:

Abstract Measurement and evaluation of soil erosion and consequent sediment yield are fundamental in the planning and management of watersheds, as they allow the identification of critical areas susceptible to erosive processes. This study analyzed the sediment yield generated by water erosion in the Indaia River Basin, Alto São Francisco, Minas Gerais, by using the SWAT hydrological model. From a regional/local scale, the initial simulation of the variables (flow and solid discharge) was performed on a monthly scale from 1988 to 2017. Then, parameter-sensitivity analysis, calibration, and validation of the model were executed. In the monthly calibration (1988 to 2007), the performance of the simulations for flow was R2=0.92 and NSE=0.91 and for total solid discharge R2=0.51 and NSE=0.50. In the monthly validation (2008 to 2017) for flow, R2=0.85 and NSE=0.82 was obtained and for total solid discharge R2=0.19 and NSE=0.16. Despite the unsatisfactory result in the validation stage, the model was able to analyze the distribution of sediment production by sub-basins or even by the Hydrologic Response Unit (HRU). Therefore, a sediment-yield map was generated which qualitatively indicated a tendency for greater erosive processes in the central portion of the basin. The results will support public policies mitigating environmental degradation of the Indaia River Basin.
ARTICLES
Use of natural mucilage extracted from the Stenocereus griseus (Cardón Guajiro) plant as a coagulant in the treatment of domestic wastewater Dunoyer, Arnulfo Antonio Tarón Cuello, Rafael Emilio González Castillo, Fredy Colpas

Abstract in Portuguese:

Resumo Os coagulantes podem ser extraídos de matéria vegetal e aplicados no tratamento de efluentes. Esses coagulantes são derivados de sementes, folhas, cascas, raízes e frutos. Este estudo enfoca o uso do extrato mucilaginoso de Stenocereus griseus (conhecido como Cardón Guajiro) para a remoção da demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), demanda química de oxigênio (COD), sólidos totais, turbidez e cor em águas residuais domésticas de uma estação de bombeamento na cidade de Cartagena (Colômbia). A dose ideal de extrato de S. griseus foi determinada por um teste de jarro empregando um floculador digital E & Q F6-300. Todas as determinações físico-químicas foram realizadas seguindo as especificações dos métodos padrão para efluentes da APHA (Standard Methods for Water and Wastewater). Quando foram utilizados 1400 mgL-1 de coagulante natural no tratamento de esgoto, a turbidez obtida foi de 29,57 TNU, representando remoção de 67,24% considerando a turbidez inicial. Este parâmetro diminui até 68,61 PCU para uma remoção de 72,12% na mesma dosagem de coagulante em relação à cor. Deve-se notar que diferenças estatísticas significativas foram encontradas entre todas as doses testadas do coagulante. O extrato mucilaginoso de S. griseus, teve propriedades valiosas no tratamento primário de águas residuais domésticas.

Abstract in English:

Abstract Coagulants can be extracted from vegetal material and applied in the treatment of wastewater. These coagulants are derived from seeds, leaves, bark, roots and fruits. This study focuses on the use of the mucilaginous extract ofStenocereus griseus(known as Cardón Guajiro) for removal of biochemical oxygen demand (BOD5), chemical oxygen demand (COD), total solids, turbidity and color in domestic wastewater from a pumping station in the city of Cartagena (Colombia). The optimal dose ofS. griseusextract was determined by a pitcher test employing an E&Q F6-300 digital flocculator. All physicochemical tests were carried out following the specifications of the standard methods for wastewater (APHA). When 1400 mgL-1 of natural coagulants were used in the sewage treatment, the turbidity obtained was 29.57 TNU, representing removal of 67.24%, considering the initial turbidity. This parameter decreases until 68.61 PCU, for a 72.12% removal at the same coagulant dosage regarding the color. It must be noted that significant statistical differences were found between all tested doses of the coagulant. The mucilaginous extract of S. griseus exhibited useful properties in the primary treatment of domestic wastewater.
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Analysis of fire risk in the Amazon: a systematic review Lemos, Natasha Sousa Araujo Cunha, José Mauricio

Abstract in Portuguese:

Resumo Incêndios como os ocorridos no ano de 2019 na Amazônia representam um exemplo da intensificação destes eventos nos últimos anos e contradizem a afirmação de que incêndios florestais só atingem grandes proporções em anos de seca extrema. Este é um cenário preocupante, uma vez que a Floresta Amazônica executa um importante papel na regulação climática regional e global. Assim, este estudo tem por objetivo identificar quais são as metodologias utilizadas para descrever e prever os eventos de incêndios na Amazônia brasileira. Para isso, realizou-se uma revisão sistemática de literatura nas bases de dados de acesso aberto Scientific Eletronic Library Online (SciELO) e Directory of Open Access Journals (DOAJ) utilizando-se os descritores fire risk e Amazon, suas variantes em Língua Portuguesa e o operador lógico AND na busca. Do material resultante da busca, identificou-se o uso de modelos preditivos baseados nas projeções para as mudanças climáticas desenvolvidas pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), os quais indicam aumento substancial na probabilidade de incêndios. Outra técnica utilizada é o cruzamento dos dados de focos de calor com as formas de uso do solo, evidenciando as áreas que mais queimam e quando, como também as áreas mais suscetíveis. Houve ainda, estudos analisando o desempenho de índices de risco de incêndio, demonstrando aqueles que poderiam ser utilizados após adequações às características locais. Tais resultados permitem uma compreensão sobre o comportamento do fogo na Amazônia, visto fornecer uma visão ampla sobre como os estudos sobre incêndios vem sendo conduzidos e quais técnicas têm sido utilizadas.

Abstract in English:

Abstract Fires such as those that occurred in 2019 in the Amazon are examples of the intensification of these events in recent years and contradict the claim that forest fires only reach great proportions in years of extreme drought. This is a worrying scenario, as the Amazon Rainforest plays an important role in regional and global climate regulation. This study therefore sought to identify the methodologies used to describe and predict fire events in the Brazilian Amazon. For this, a systematic literature review was carried out in the open access databases Scientific Electronic Library Online (SciELO) and Directory of Open Access Journals (DOAJ) using the descriptors “fire risk” and “Amazon”, and their variants in the Portuguese language and the logical operator “AND” in the search. From the resulting search materia we identified the use of predictive models based on projections for climate change developed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), which indicate a substantial increase in the probability of fires. Another technique used is the crossing of heat foci data with the forms of land use, evidencing the areas that burn the most and when, as well as the most susceptible areas. There were also studies analyzing the performance of fire risk indexes, demonstrating those that could be used after adaptations to local characteristics. These results allow an understanding of the behavior of fire in the Amazon, since they provide a broad view of how studies on fires have been conducted and what techniques have been used.
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Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas (IPABHi), Estrada Mun. Dr. José Luis Cembranelli, 5000, Taubaté, SP, Brasil, CEP 12081-010 - Taubaté - SP - Brazil
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