Application of microsensors in the monitoring of dissolved oxygen, redox potential and temperature in limnological studies

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

Characterization of biofilms at household slow filters operated in continuous and intermittent flow by using microsensors

O panorama social e econômico e as características regionais diferenciadas colocam o Brasil em condição distinta no que concerne ao acesso à água potável. No entanto, a Organização Mundial de Saúde alerta que no país, aproximadamente 4 milhões de pessoas não têm acesso à água potável, dos quais 91% estão localizados na região rural. A falta de condições sociais e econômicas impõe barreiras efetivas para a instalação de estações para tratamento de água, fazendo com que a busca por soluções a nível doméstico se torne opção disponível para comunidades localizadas em regiões isoladas do país. Dentro desse prisma, a utilização de filtros de areia em escala familiar (FLDs) é uma tecnologia acessível e perfeitamente adaptável à realidade de famílias que não dispõem de água tratada. O desempenho dos filtros de areia em pequena escala tem sido estudado por inúmeros pesquisadores, entretanto, a participação dos biofilmes que naturalmente se formam nas diferentes camadas filtrantes, ainda necessita de aprofundamento para melhor entendimento de seu funcionamento, no contexto do abastecimento familiar. A qualidade da água produzida por dois filtros lentos em areia, sendo um operado em fluxo contínuo (F1) e outro em fluxo intermitente (F2) durante 8 meses de operação foi avaliada. O filtro em fluxo contínuo apresentou remoção média de turbidez de 75,9% ± 3,99; a remoção de coliformes totais foi de 1,6 ± 0,04 log e para E. coli 2,2 ± 1 log. O filtro em fluxo intermitente removeu 74,8% ± 4,11 de turbidez; a remoção de coliformes totais foi de 1,4 ± 0,06 log e para E.coli 1,6 ± 0,01 log. Não foi constatada diferença significativa na eficiência de remoção da água produzida pelo filtro intermitente (F2) e a produção do mesmo filtro no período de pausa maior (15 h) (F2pp) para os parâmetros de turbidez (p = 0,304); cor aparente (p = 0,216) e cor verdadeira (p = 0,891). Por meio de análises de coupons submetidos à água de diferentes camadas dos filtros lentos em areia, foram constatadas diferenças significativas na espessura dos biofilmes formados em diferentes camadas dos filtros operados em modo contínuo e intermitente, cuja composição essencialmente química, conduziu à formação de gradientes de oxigênio dissolvido em seu interior. Nos coupons instalados nos FLDs também foi evidenciada a presença de micro-organismos como: bactérias, ciliados, rotíferos, flagelados, amebas tecadas e hifas de fungos. Mediante a avaliação da depleção de OD que ocorre nas amostras de manta não tecida dos filtros lentos em areia para uso doméstico, conforme análise de variância; pôde ser observado não haver diferença significativa entre as amostras de F1 e F2 (p = 0,985). No entanto, foi possível se estabelecer uma relação entre o progressivo aumento da depleção de OD que ocorre nas mantas não tecidas durante o tempo de operação dos FLDs e a eficiência de remoção de turbidez dos filtros. O aumento da depleção de OD nas mantas não tecidas foi associado à deposição de material particulado de coloração amarelada.The social and economic outlook and the differentiated regional characteristics put Brazil in a different condition concerning access to quality drinking water. However, the World Health Organization alerts that in the country, approximately 4 million people don\'t have access to drinking water, of which 91% are located in the rural area. The lack of social and economic conditions imposes effective barriers for the installation of treatment plants, and the search for point of use (POU) solutions becomes an available option for communities located in isolated areas of the country. From this point of view, the use of slow sand filters in family scale (SSF) corresponds to the accessible technology and perfectly adaptable to the reality of families that don\'t have access to treated water. The performance of slow sand filters has been studied by countless researchers, however, the functioning of the biofilms that naturally form in the different filtering layers, still needs to be deepened to better understand its functioning, in the context of family supply. The water quality produced by two slow sand filters, one operated in continuous flow (F1) and the other in intermittent flow (F2) during 8 months operation was evaluated. The continuous flow filter showed an average turbidity removal of 75.9% ± 3.99; the total coliforms removal was 1.6 ± 0.04 log and for E. coli 2.2 ± 1 log. The intermittent flow filter removed 74.8% ± 4.11 of turbidity, the total coliforms removal was 1.4 ± 0.06 log and for E. coli 1.6 ± 0.01 log. There was no significant difference in the removal efficiency of the water produced by the intermittent filter (F2) and the production of the same filter in the longest pause period (15 h) (F2pp) for turbidity parameters (p = 0.304); apparent color (p = 0.216) and true color (p = 0.891). By analyzing coupons subjected to water from different layers of the slow sand filters, significant differences were found in the thickness of the biofilms formed in different layers of the filters operated in continuous and intermittent mode, whose essentially chemical composition led to the formation of dissolved oxygen gradients inside. The coupons installed in the SSFs also showed the presence of microorganisms such as: bacteria, ciliate, rotifers, flagellates, woven amoebae and fungus hyphae. For the evaluation of DO depletion that occurs in samples of non-woven blanket from slow sand filters for domestic use, according to analysis of variance; it was observed that there was no significant difference between the F1 and F2 samples (p = 0.985). However, it was possible to establish a relationship between the progressive increase in the DO depletion that occurs in non-woven blankets during the operation time of the SSFs and the turbidity removal efficiency of the filters. The increase in DO depletion in the non-woven blankets was associated with the deposition of yellowish-colored particulate matter

AUTOMAÇÃO DE REATOR DE LEITO EXPANDIDO EM ESCALA PLENA COM ZONAS ANAERÓBIA E AERÓBIA SOBREPOSTAS PARA TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO

O trabalho tem por objetivo principal apresentar a arquitetura de controle desenvolvida para automação do reator de leitoexpandido em escala plena (159 m3), considerando a flexibilidade do sistema em operar sob condições: anaeróbia e aeróbiadistintas ou anaeróbia-aeróbia conjunta. O reator de leito expandido faz parte da estação de tratamento de esgoto (ETE) do campusda Universidade de São Paulo (São Carlos) e, portanto, a abrangência da automação incluiu a estação elevatória e tanque pulmãode esgoto bruto (30 m3). Esta automação está baseada no uso de Controladores Lógicos Programáveis (CLP) que sãoequipamentos eletrônicos utilizados para aplicações em sistemas de acionamentos e de controle. Resultados típicos demonitoramento (físico-químico) foram incluídos visando demonstrar o desempenho e a potencialidade desta configuração dereator no tratamento de esgoto sanitário