ABSTRACT: One of the most relevant processes in potable and wastewater treatment plants is coagulation-flocculation,which gives rise to the destabilization of dissolving solids, for the subsequent generation of flocs using a coagulating agent. Aluminum sulfate (Al2(SO4)3) is the most used coagulant internationally, due to its efficiency and low cost. However, its utilization can leave a residue of aluminum in water and bring with it a variety of health problems due to its bioaccumu- lative characteristics, implying both the deterioration of ecosystems and problems for human health. In this regard, it is necessary to establish alternatives that avoid the permanence of this heavy metal in water, so that the mucilage of Opuntia ficus-indica becomes a natural coagulant of great interest. Likewise, it is a sustainable alternative for water treatment, given its characteristics of biodegradability, low toxicity, commercial cost, relative abundance, renewability, and high efficiency, allowing a low generation of sludge, which can be degraded through a fair treatment with a high valuation spectrum. | RESUMEN: Uno de los procesos de gran relevancia en las plantas de tratamiento de aguas potables y residuales es la coagulación-floculación, donde se da la desestabilización de los sólidos disueltos, para la posterior generación de flóculos mediante el uso de un agente coagulante. El sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) es el coagulante más utilizado a nivel internacional, debido a su eficiencia y bajo costo. Sin embargo, su uso puede dejar un remanente de aluminio en el agua y traer consigo una variedad de problemas sanitarios debido a sus características bioacumulativas, implicando tanto el deterioro de los ecosistemas, como problemas para la salud del ser humano. En este sentido, se hace necesario establecer alternativas que eviten la permanencia de este metal pesado en el agua, de modo que el mucílago de Opuntia ficus-indica se convierte en un coagulante natural de gran interés. De igual manera, es una alternativa sostenible de tratamiento de las aguas, dadas sus características de biodegradabilidad, baja toxicidad, costo comercial, abundancia relativa, renovabilidad y alta eficiencia, permitiendo una baja generación de lodos, los cuales pueden ser biodegradados a través de un tratamiento asequible con un alto espectro de valorización. | RESUM: Un dels processos més rellevants a les depuradores d’aigües potables i residuals és la coagulació-floculació, que dóna lloc a la desestabilització de sòlids en dissolució, per a la posterior generació de flocs mitjançant l’ús d’un agent coagulant. El sulfat d’alumini (Al2(SO4)3) és el coagulant més utilitzat a nivell internacional, per la seva eficiència i baix cost. No obstant això, el seu ús pot deixar una resta d’alumini a l’aigua i comportar una varietat de problemes de salut a causa de les seves característiques bioacumulables, que implica tant el deteriorament dels ecosistemes com problemes per a la salut humana. En aquest sentit, cal establir alternatives que evitin la permanència d’aquest metall pesat a l’ai-gua, de manera que el mucílag d’Opuntia ficus-indica esdevingui un coagulant natural de gran interès. Així mateix, és una alternativa sostenible per al tractament de l’aigua, donades les seves característiques de bio-degradabilitat, baixa toxicitat, cost comercial, relativa abundància, renovabilitat i alta eficiència, permetent una baixa generació de fangs, que poden ser biode-gradats mitjançant un tractament just i amb una alta valoració. espectre. | COL0008058

The objective of the present work is to study the stability of the relationship between N absorbed and water transpired in order to explore new tools for predicting nitrogen fertilization needs based on the prediction of N demand by this route. If this tool is reliable and can be extrapolated to different environments, it would be very useful for rational and efficient use of N in scenarios of different water availability. | El objetivo del presente trabajo es estudiar la estabilidad de la relación entre el N absorbido y el agua transpirada para luego explorar nuevas herramientas de predicción de necesidades de fertilización nitrogenada basadas en la predicción de la demanda de N por esta vía. De ser una herramienta confiable y extrapolable a diferentes ambientes, sería de gran utilidad para utilizar de forma racional y eficiente del N ante escenarios de diferente disponibilidad hídrica.

Las actividades realizadas en la empresa Filtra H2O tuvieron la finalidad de desarrollar un manual de mantenimiento y operación para plantas de tratamiento de agua residual y potable compactas, se definieron las unidades de tratamiento a las cuales se llevaría a cabo el instructivo; la información suministrada por la empresa se comparó con la bibliografía existente con el propósito de que existiera una coherencia con los sistemas de tratamientos ofrecidos por la entidad atendiendo a sus particularidades de operación y mantenimiento. Se generó una explicación del principio de funcionamiento, con base en ilustraciones y/o esquemas de elaboración propia, asimismo, se estableció la correcta operación y mantenimiento de estas unidades sustentado en diferentes referentes bibliográficos presentando la información de manera gráfica. Se obtuvo una guía que describe de manera sencilla cada parte del funcionamiento de estas unidades especificando la periodicidad de estos procedimientos, brindando información sintética y organizada de los procesos que engloban a un sistema compacto de tratamiento de aguas con el objeto de, un operario pueda ejecutar estas actividades de manera pertinente evitando el deterioro de las plantas de tratamiento compactas. | The activities carried out in the Filtra H2O company had the purpose of developing a maintenance and operation manual for compact residual and potable water treatment plants, defining the treatment units to which the instructions would be carried out; The information provided by the company was compared with the existing bibliography in order to ensure consistency with the treatment systems offered by the entity, taking into account their operation and maintenance particularities. An explanation of the operating principle was generated, based on illustrations and/or self-made diagrams, likewise, the correct operation and maintenance of these units was established based on different bibliographic references, presenting the information graphically. A guide was obtained that describes in a simple way each part of the operation of these units, specifying the periodicity of these procedures, providing synthetic and organized information of the processes that encompass a compact water treatment system in order for an operator to be able to execute these activities in a pertinent manner avoiding the deterioration of the compact treatment plants. | FiltraH20

A vitamina C é altamente solúvel em água e é facilmente oxidada na forma solubilizada. Desta forma, emulsões do tipo água em óleo podem ser utilizadas para promover a sua proteção. Dentre os óleos vegetais, fontes alternativas como o baru tem ganhado atenção por sua composição, principalmente pela presença de compostos bioativos. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar a estabilidade cinética, bem como a capacidade antioxidante (CA), retenção do ácido ascórbico e composição química de emulsões água em óleo (A/O) na proporção 35:65, contendo na fase aquosa 1 % (m/m) de gelatina, 1 % de sulfato de sódio (m/m) com diferentes concentrações de ácido ascórbico (AA - 0, 10, 20 e 30 % m/m). A fase contínua continha óleo de baru e 3,5 % de surfactante (PGPR). As amostras foram preparadas em um homogeneizador de alta velocidade, à 7500 rpm por 7 min e posteriormente armazenadas à 25 °C e à 4 °C, durante 7 dias. O tamanho médio das gotículas dispersas foram analisados por meio de imagens microscópicas e determinado usando o software Carl Zeiss Vision AxioVision Viewer 4.8. A composição química foi determinada pela técnica de FTIR. O tamanho médio das gotículas foi influenciado pelo tempo de armazenamento (p < 0,05), variando de (3,0 μm - 4,3 μm). O tempo de armazenamento reduziu a estabilidade cinética das emulsões (A/O) que apresentaram maior tamanho das gotículas, favorecendo fenômenos de desestabilizações coloidais, como floculação, que foram observadas nas imagens microscópicas. Entretanto, para as análises macroscópicas de cremeação das emulsões, a estabilidade cinética não foi influenciada pela concentração de AA e pelo tempo de armazenamento (p > 0,05), não sendo observado separação de fases. As emulsões foram caracterizadas como fluidos newtonianos e a viscosidade variou de 0,22 a 1,60 mPa. As emulsões armazenadas a 4 °C apresentaram maior viscosidade do que àquelas a 25 °C (p < 0,05). Para as amostras à temperatura de 25 °C, houve o efeito do tempo de armazenamento na reologia. Independente da temperatura estudada, as emulsões contendo até 20 % AA, analisadas no mesmo tempo, não apresentaram diferenças significativas (p > 0,05) entre si em relação a CA. As amostras contendo 30 % de AA apresentaram significativamente maior atividade antioxidante (p < 0,05), com valores médios entre 216,32 μMOL Trolox/g e 221,45 μMOL Trolox/g no tempo 0, e 138,84 e 184,57 μMOL Trolox/g amostra após 7 dias de armazenamento, a 25 °C e 4 °C, respectivamente. Já a retenção do AA foi significativamente maior para as amostras armazenadas a 4 °C. A partir das análises no FTIR, foi possível observar que não houve degradação do AA no processo de emulsificação. Portanto, emulsões contendo alta concentração de ácido ascórbico (até 30 % m/v disperso na fase aquosa) e óleo de baru possuem potencial para aplicação na indústria de alimentos, atendendo a demanda dos consumidores por produtos mais saudáveis. Palavras-chave: Estabilidade cinética. Capacidade antioxidante. Curva de escoamento. | Vitamin C is highly soluble in water and is easily oxidized in the solubilized form. In this way, water-in-oil emulsions can be used to promote their protection. Among vegetable oils, alternative sources such as baru have gained attention due to their composition, mainly due to the presence of bioactive compounds. In this context, the present study aimed to evaluate the kinetic and thermal stability, as well as the antioxidant capacity (CA), ascorbic acid retention and chemical composition of water-in-oil emulsions (W/O) in the proportion 35:65, containing in aqueous phase 1% (m/m) gelatin, 1% sodium sulfate (m/m) with different concentrations of ascorbic acid (AA- 0, 10, 20 and 30% m/m). The continuous phase contained baru oil and 3.5% surfactant (PGPR). Samples were prepared in a high-speed homogenizer at 7500 rpm for 7 min and then stored at 25 °C and 4 °C for 7 days. The mean size of the dispersed droplets were analyzed using microscopic images and determined using the Carl Zeiss Vision AxioVision Viewer 4.8 software. The chemical composition was determined by the FTIR technique. The mean droplet size was influenced by storage time (p < 0.05), ranging from (3.0 μm - 4.3 μm). The storage time reduced the kinetic stability of the emulsions (W/O) that presented larger droplets, favoring colloidal destabilization phenomena, such as flocculation, which were observed in the microscopic images. However, for the macroscopic analysis of the creamation of the emulsions, the kinetic stability was not influenced by the AA concentration and the storage time (p > 0.05), and no phase separation was observed. The emulsions were characterized as Newtonian fluids and the viscosity ranged from 0.22 to 1.60 mPa. Emulsions stored at 4 °C showed higher viscosity than those at 25 °C (p < 0.05). For samples at 25 °C, there was an effect of storage time on rheology. Regardless of the temperature studied, the emulsions containing up to 20% AA, analyzed at the same time, did not show significant differences (p > 0.05) between them in relation to CA. Samples containing 30% AA showed significantly higher antioxidant activity (p < 0.05), with mean values between 216.32 μMOL Trolox/g and 221.45 μMOL Trolox/g at time 0, and 138.84 and 184.57 μMOL Trolox/g sample after 7 days of storage at 25 °C and 4 °C, respectively. AA retention was significantly higher for samples stored at 4 °C. From the FTIR analysis, it was possible to observe that there was no degradation of AA in the emulsification process. Therefore, emulsions containing a high concentration of ascorbic acid (up to 30% w/v dispersed in the aqueous phase) and baru oil have potential for application in the food industry, meeting consumer demand for healthier products. Keywords: Kinetic stability. Antioxidant capacity. Flow curve. | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPQ

Com o rompimento da barragem de Fundão foram lançados cerca de 44 milhões de metros cúbicos de rejeito de mineração que atingiu diretamente a bacia hidrográfica do rio Doce. Sendo assim, esse trabalho teve com objetivos: estudar a qualidade da água do rio Gualaxo do Norte no trecho atingido pelo rompimento da barragem de Fundão por meio de diferentes técnicas. Apresentar o cenário histórico da qualidade do rio Gualaxo no que tange o parâmetro de Turbidez, antes (1999), após o acidente (2016) e após o início das atividades de recuperação (2017 a 2019). Modelar a turbidez do rio Doce utilizando técnicas de sensoriamento remoto. Predizer variáveis físicas e químicas a partir de valores de turbidez verificadas em campo. Correlacionar a resposta espectral de imagens de satélite do sensor orbital Sentinel-2 com parâmetros de qualidade da água. Levantar melhores modelos de machine learning que possam predizer a qualidade da água dos rios. Para compor esse trabalho foram utilizados os dados da qualidade da água dos rios Gualaxo do Norte e Carmo durante o inverno de 1999 e verão de 2000, do inverno de 2016, um ano após o rompimento da barragem de Fundão e de coletas de amostras de água realizadas ao longo dos anos 2017 a 2019, após a consolidação das atividades de recuperação. No total foram realizadas 25 coletas nos trechos dos rios Gualaxo e Carmo. Foram utilizados dados de monitoramento do rio Doce em 13 estações automáticas, no total de 78 amostras de turbidez. A Turbidez no rio Gualaxo do Norte, mesmo com as atividades de recuperação teve picos de 300 e 400 NTU em 2017 e 2019. O modelo gerado para Turbidez para o rio Doce mostra que essa variável pode ser mensurada a partir de dados de sensores remotos com precisão de 0,6, podendo ser apresentada de forma contínua em todo o trecho do rio Doce. A regressão linear do SST e do Fe total foram superiores a 0,80 de R2 mostrando a correlação linear entre as variáveis. As relações de bandas desenvolvidas neste trabalho tiveram boa correlação com as variáveis Turbidez e Cor. Os modelos de árvore de decisão como Ranger, cubist e Random Forest, em geral obtiveram melhores resultados na modelagem de variáveis onde não possui pontos de monitoramento. Palavras-chave: Análise de Componentes Principais. Turbidez. Legislação Ambiental. Sensoriamento Remoto. Machine Learning. | With the collapse of the Fundão dam, approximately 44 million cubic meters of mining waste were launched, which directly hit the Doce River hydrographic basin. This work had the following objectives: to study the water quality of the Gualaxo do Norte river in the stretch reached by the Fundão dam rupture through different techniques. To present the historical scenario of the quality of the Gualaxo River with respect to the parameter of Turbidity, before (1999), after the accident (2016) and after the start of recovery activities (2017 to 2019). Model the turbidity of the Doce River using remote sensing techniques. Predict physical and chemical variables from turbidity values verified in the field. Correlate the spectral response of satellite images from the Sentinel-2 orbital sensor with water quality parameters. To raise better models of machine learning that can predict the water quality of rivers. To compose this work, water quality data from the Gualaxo do Norte and Carmo rivers were used during the winter of 1999 and summer of 2000, of the winter of 2016, one year after the Fundão dam burst and collections of water samples carried out over the years 2017 to 2019, after the consolidation of the recovery activities. In total, 25 collections were made on the stretches of the Gualaxo and Carmo rivers. Monitoring data from the Doce River were used in 13 automatic stations, in a total of 78 turbidity samples. Turbidity in the Gulaxo do Norte River, even with recovery activities, peaked at 300 and 400 NTU in 2017 and 2019. The use of hierarchical grouping and principal component analysis is an analysis that can be used to visualize the quality behavior of river water. The model generated for Turbidity for the Doce River shows that this variable can be measured from remote sensor data with a precision of 0.6, and can be presented continuously throughout the stretch of the Doce River. The linear regression of SST and total Fe were greater than 0.80 of R2 showing the linear correlation between the variables. The relationship of bands developed in this work had a good correlation with the variables Turbidity and Color. The decision tree models such as Ranger, cubist and Random Forest, in general obtained better results in the modeling of physical and chemical variables in water courses. Continuous modeling of variables can be used to assess quality and quantity throughout the watercourse, especially in areas where there are no monitoring points. Keywords: Principal Component Analysis. Turbidity. Environmental Legislation. Remote Sensing. Machine Learning. | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais

A infiltração é um processo fundamental para o ciclo hidrológico por determinar o armazenamento da água no solo e garantir a perenização e regularidade de nascentes e cursos d’água. Para sua a determinação não existe um consenso sobre a melhor metodologia a ser usada. Estudos de campo são frequentemente realizados com infiltrômetro de anel e simuladores de chuva, mas com complexidade em sua execução. Além disso, o papel da declividade do terreno na taxa de infiltração de água no solo ainda é pouco claro, e poucos são os dados para regiões com relevo movimentado, como é o caso dos Mares de Morros do Brasil, onde destaca-se a classe de relevo fortemente ondulada e onde mais de 70 % da cobertura do solo é formada por pastagens. Nesse contexto, o presente estudo objetivou avaliar a infiltração da água no solo e a erodibilidade em áreas de pastagem em diferentes declividades do terreno e coberturas do solo. O estudo foi dividido em capítulos. No Capítulo I, o objetivo foi propor funções de pedotransferência para a estimativa da taxa de infiltração estável de água para os solos brasileiros com base na mineração de dados (data mining), e a partir de modelos de regressão linear e modelos de aprendizado de máquina (machine learning). No segundo capítulo, objetivou-se avaliar o efeito da declividade e da cobertura do solo sobre a estimativa da infiltração de água no solo em áreas de pastagem. No terceiro capítulo buscou-se avaliar a erodibilidade de um Latossolo em diferentes condições de umidade inicial, declividades e cobertura do solo, como estimadas pelo método tradicional de campo e com o ensaio de Inderbitzen. Os resultados obtidos indicaram que funções de pedotransferência são capazes de estimar a taxa de infiltração estável da água no solo quando essa é determinada com o uso do simulador de chuvas. A mesma capacidade preditiva foi obtida com modelos de aprendizado de máquina, em especial com o Random Forest, tanto para estimativas da variável determinada com simulador de chuvas, assim como com infiltrômetro de anel. Os dados de campo indicaram que a declividade do terreno não afetou a taxa de infiltração de água no solo, infiltração acumulada e o escoamento superficial acumulado. Por outro lado, a cobertura vegetal exerce papel fundamental na taxa de infiltração, sendo capaz de aumentá-la de 30 a 60 %. A mesma cobertura é capaz de reduzir a erodibilidade do solo a quase a metade do valor obtido para osolo descoberto. O ensaio de Inderbitzen apresenta potencial a ser explorado em estudos de perdas de solo e proporciona resultados com relação aparentemente direta com os obtidos em ensaios de campo. Com o propósito orientativo e de se construir um futuro banco de dados, o presente estudo sugere a indicação da relação Fator K (campo) = 10 x Fator K (Ensaio de Inderbitzen) para uso em Latossolos. Palavras-chave: Simulador de chuvas Perda de solo. Escoamento superficial. | Infiltration is a fundamental process for the hydrological cycle to determine water storage in the soil and ensure perenniality and the regularity of springs and watercourses. There is no consensus on the best methodology to be used for the infiltration determination. Field studies are often carried out with ring infiltrometer and rain simulators, but both techniques are complex in their execution. Moreover, the role of slope in the water infiltration rate is still unclear, and there are little data for mountains regions, such as the Mares de Morros domain in Brazil, where most of the relief is heavily undulating, and pastures cover more than 70% of the lands. In this scenario, the present study aimed to evaluate soil water infiltration and erodibility in pasture areas in different terrain slopes and land cover. The study was divided into chapters. Chapter I aimed to propose pedotransfer functions to estimate the stable infiltration rate for Brazilian soils based on data mining and from linear regression models and machine learning models. In the second chapter, the objective was to evaluate the effect of slope and soil cover on estimating water infiltration in the soil in pasture areas. The third chapter aimed to evaluate the erodibility of an Oxisol under different conditions of initial soil moisture, slope and soil cover, as estimated by a traditional field method and with the Inderbitzen test. The results obtained indicated that pedotransfer functions can estimate the stable infiltration rate in the soil when this is determined using the rainfall simulator. The same predictive capacity was obtained with machine learning models, especially with Random Forest, using the rainfall simulator and the ring infiltrometer. Field data indicated that the slope did not affect the infiltration rate, accumulated infiltration and accumulated surface runoff. On the other hand, the cover plays a fundamental role in the infiltration rate, increasing this estimate from 30 to 60%. The same cover can reduce soil erodibility to almost half the value obtained for bare soil. The Inderbitzen test presents a potential for soil losses studies and provides results that are apparently and directly related to those obtained in field tests. To guide and build a future database for soil losses studies, we propose using the K Factor (field) = 10 x K Factor (Inderbitzen Test) relation for Oxisols.Keywords: Rain simulator. Soil loss. Surface runoff. | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Stream water quality is controlled by the interaction of natural and anthropogenic factors over a range of temporal and spatial scales. Among these anthropogenic factors, land cover changes at catchment scale can affect stream water quality. This work aims to evaluate the influence of land use and seasonality on stream water quality in a representative tropical headwater catchment named as Córrego Água Limpa (Sao Paulo, Brasil), which is highly influenced by intensive agricultural activities and urban areas. Two systematic sampling approach campaigns were implemented with six sampling points along the stream of the headwater catchment to evaluate water quality during the rainy and dry seasons. Three replicates were collected at each sampling point in 2011. Electrical conductivity, nitrates, nitrites, sodium superoxide, Chemical Oxygen Demand (DQO), colour, turbidity, suspended solids, soluble solids and total solids were measured. Water quality parameters differed among sampling points, being lower at the headwater sampling point (0m above sea level), and then progressively higher until the last downstream sampling point (2500m above sea level). For the dry season, the mean discharge was 39.5ls⁻¹ (from April to September) whereas 113.0ls⁻¹ were averaged during the rainy season (from October to March). In addition, significant temporal and spatial differences were observed (P<0.05) for the fourteen parameters during the rainy and dry period. The study enhance significant relationships among land use and water quality and its temporal effect, showing seasonal differences between the land use and water quality connection, highlighting the importance of multiple spatial and temporal scales for understanding the impacts of human activities on catchment ecosystem services.

Since the costs of the water management companies cover the costs of the operations of the water distribution system, it is, therefore, necessary to adapt the water consumption of the consumers with the best price negotiated by the companies. The calibration of nodal demands of a water distribution system is a process of approximation of the predicted values calculated through a hydraulic model to the observed values. Two methods for calibration of nodal demands were analyzed: i) Classical Inverse method and ii) Inverse model method. The Inverse model method incorporates the Gradient method developed by Todini. This method is known for solving the system of mass and energy balance equations. The inverse model presents itself as more efficient and is constituted by the separation of known and unknown variables from the continuity and energy equations of the water supply network. Nodal demands with similar characteristics are aggregated to make the model determined. The Gauss-Newton method is then applied to solve the model. Both methods were analyzed through a case study of a simple hydraulic network for a transient and permanent regime. | Uma vez que as despesas das empresas de gestão de água abrangem os gastos das operações do sistema de distribuição de água, é então necessário adequar o sistema à variabilidade do consumo de água dos consumidores atendendo ao custo do bombeamento. A calibração de consumos nodais de um sistema de distribuição de água é um processo de aproximação de valores previstos calculados através de um modelo hidráulico para com os valores observados. Para este caso é considerado um sistema de abastecimento em baixa. Foram analisados dois métodos incluídos no processo de calibração dos consumos nodais: i) método inverso clássico e o ii) método do modelo inverso. O método do modelo inverso incorpora o método de Gradiente desenvolvido por Todini. Este método é conhecido pela resolução de um sistema de equações de balanço de massa e energia. O modelo inverso apresenta-se como o mais eficiente e é constituído pelo processo de separação de variáveis conhecidas e desconhecidas das equações de continuidade e energia da rede de abastecimento de água. Os consumos nodais com características similares são agregados para tornar o modelo determinado. O método de Gauss-Newton é então aplicado para resolver o modelo. Ambos os métodos foram analisados através de um caso de estudo constituído por uma rede hidráulica simples, com o propósito de simular condições iniciais segundo um regime permanente e transiente. | Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis