https://hdl.handle.net/1884/76243 Sat, 15 Aug 2026 07:44:59 GMT 2026-08-15T07:44:59Z https://hdl.handle.net/1884/95865 Estratégias de biomonitoramento ambiental com base na biologia populacional de uma espécie-chave da ictiofauna da Bacia de Santos, Atlântico Sudoeste Resumo: Os problemas com a contaminação e degradação dos ecossistemas aquáticos têm crescido constantemente à medida que o desenvolvimento econômico toma espaços cada vez maiores. Dentro desse aspecto, biomonitoramento ambiental se faz necessário. Micropogonias furnieri importante recursos pesqueiro da região Sudeste e Sul do Brasil tem sofrido com a ação antrópica, refletindo a situação ambiental no decorrer de sua história de vida. Neste estudo, baseado em acompanhamento do ciclo de vida da Micropogonias furnieri, foi possível determinar condições ambientais e níveis de exploração antrópica. Foram analisados 519 exemplares, com comprimentos totais de 185-694 mm (média de 394,61±100,45 mm). Estes indivíduos foram provenientes de capturas realizadas na Bacia de Santos, entre agosto de 2021 a setembro de 2022.Com base na leitura de otólito, as corvinas observadas apresentaram idades anuais de 0 a 32 anos. Caracterizando-se como uma espécie de ciclo de vida longo e crescimento lento na fase adulta, que está sofrendo com o processo de sobrexplotação, no entanto, apresenta grande capacidade adaptativa e alta resiliência. Para a avaliação da ingestão de material plástico, os indivíduos consumiram um total de 239 partículas plásticas que puderam ser identificadas como Poliamida, Polietileno, Poliestireno, Polimetilmetacrilato, Politereftalato de etileno, Polipropileno e Policloreto de vinila, materiais base da produção dos principais utensílios domésticos e oriundos de grandes processos industriais, o que aponta contaminação da dieta da corvina e de outros organismos por itens plásticos da indústria doméstica principalmente. Situação que aponta um grande problema de contaminação ambiental, implicando na necessidade medidas mitigatórias direcionadas ao processo de exploração pesqueira e poluição dos ecossistemas costeiros. Em relação a estratégia reprodutiva os indivíduos com capacidade de desova ocorreram principalmente durante a primavera austral e inverno, enquanto os indivíduos em regeneração ocorreram principalmente durante o final do verão e início do outono, indicando que a espécie desenvolve seu ciclo reprodutivo na região. Para as fêmeas, o tamanho estimado na primeira maturidade sexual foi L50 = 297 mm e para os machos, os parâmetros obtidos foram L50 = 203 mm. A redução do tamanho de primeira maturação ao longo do tempo pode indicar uma resposta adaptativa para a manutenção do estoque perante a exploração pesqueira e condições ambientais adversas, já o aumento pode indicar uma recuperação dos estoques perante a períodos de exploração anteriores associada a uma certa adequação ambiental com condições favoráveis suplementares. Dentro desse contexto a Micropogonias furnieri tem se apresentado como uma espécie resistente face a exploração pesqueira e as condições ambientais. No entanto é necessário que sejam mantidos programas de capturas e preservação ambiental mais sustentáveis de forma que o estoque Sudeste não atinja o colapso; Abstract: TThe problems of contamination of aquatic ecosystems have grown more and more as economic development occupies ever larger spaces. Within this aspect, environmental monitoring is necessary. The Micropogonias furnieri, an important fishing resource in the Southeast and South of Brazil, has suffered from anthropic action, reflecting the environmental situation throughout its life history. In this study, based on monitoring the population biology of Micropogonias furnieri, it was possible to determine environmental conditions and levels of anthropic exploitation. A total of 519 specimens were analyzed, with total lengths ranging from 185 to 694 mm (mean of 394.61±100.45 mm). A total of 520 individuals (245 females and 264 males) were used, with total length ranging from 196 to 690 mm for females and 215 to 690 mm for males. These individuals came from captures carried out in the Santos Basin, between August 2021 and September 2022. Based on the reading of the otolith, the observed croaker had annual ages ranging from 0 to 32 years, characterizing itself as a species with a long life cycle and slow growth in adulthood, which has been suffering from the process of overexploitation, however, it has great adaptive capacity and high resilience. As for the evaluation of the ingestion of plastic material, the individuals consumed a total of 239 plastic particles that could be identified as Polyamide, Polyethylene, Polystyrene, Polymethylmethacrylate, Polyethylene terephthalate, Polypropylene and Polyvinyl chloride, base materials for the production of the main domestic utensils and derived from of large industrial processes, which points to contamination of the diet of croaker and other organisms by plastic items from the domestic industry, mainly. This situation points to a major problem of environmental contamination, implying the need for mitigating measures aimed at the process of fishing exploitation and pollution of coastal ecosystems. In terms of reproductive strategy, individuals capable of spawning were observed mainly during the austral spring and winter, while regenerating individuals were observed predominantly in late summer and early fall, indicating that the species develops its reproductive cycle in the region. For females, the estimated size at first sexual maturity was L50 = 297 mm, and for males, the parameters obtained were L50 = 203 mm. A reduction in size at first maturity over time may indicate an adaptive response to maintain the stock in the face of fishing pressure and adverse environmental conditions, while an increase may suggest the recovery of the stock after periods of exploitation, associated with additional favorable environmental conditions. In this context, Micropogonias furnieri has demonstrated resilience to fishing pressure and environmental conditions. However, it is essential to implement more sustainable fishing programs and environmental preservation to ensure that the Southeast stock does not collapse Orientadora: Prof(a). Dr(a). Lilian Dena dos Santos; Coorientadores: Prof. Dr. André Martins Vaz dos-Santos e Prof. Dr. Antônio Olinto Ávila-da-Silva; Banca: Lilian Dena dos Santos (Presidente da Banca), Lilian Carolina Rosa da Silva, Acacio Ribeiro Gomes Tomas, Alexandre Leandro Pereira, Mariele Pasuch de Camargo; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental. Defesa : Palotina, 26/02/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/95865 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/95847 Codigestão anaeróbia com resíduos da produção animal e cultura energética para produção de biogás Resumo: A digestão anaeróbia apresenta-se como uma alternativa sustentável para a conversão de resíduos agroindustriais em biogás, contribuindo para a geração de energia renovável e a mitigação de impactos ambientais. No entanto, a eficiência desse processo está diretamente relacionada à composição do substrato, especialmente ao teor de sólidos voláteis (SV). O dejeto suíno, amplamente utilizado na digestão anaeróbia, apresenta baixa concentração de SV, limitando sua eficiência energética. Para superar essa limitação, a codigestão com substratos ricos em SV, como o capim-elefante (Cenchrus purpureus (Schumach.) Morrone) Cenchrus purpureus cv. BRS Capiaçu, surge como uma estratégia promissora para potencializar a produção de biogás e metano. Essa cultivar se destaca por sua elevada produtividade de biomassa, alta concentração de carboidratos fermentáveis e possibilidade de armazenamento na forma de silagem, garantindo o fornecimento contínuo de substrato. No entanto, a sua monodigestão pode resultar na acidificação do meio e instabilidade do processo devido ao desbalanceamento da relação C/N. A codigestão com dejeto suíno permite mitigar esses desafios, proporcionando um efeito sinérgico que melhora a estabilidade do sistema, ajusta os desequilíbrios nutricionais e reforça a capacidade de tamponamento, apoiando a produção de biogás. Os reatores CSTR são amplamente utilizados para a digestão anaeróbia, pois permitem o processamento de substratos com alta concentração de SV com uma mistura eficiente dos substratos. A introdução de tecnologias avançadas pode otimizar ainda mais a conversão da matéria orgânica em biogás. Este estudo avaliou o desempenho da codigestão anaeróbia de dejeto suíno e BRS Capiaçu, em um reator do tipo CSTR (reator com tanque de agitação contínua), investigando o equilíbrio dos substratos e seus efeitos sobre a produção e qualidade de biogás e metano. A codigestão apresentou resultados satisfatórios com produtividade e rendimento de biogás e metano, respectivamente, em 1,092 m3Nbiogás.m-3 reator.d-1 e 502 LNbiogás.kg-1SVadic, e 0,648 m3NCH4.m-3 reator.d-1 e 298 LNCH4.kg-1SVadic, enquanto a monodigestão de capim elefante foi de 0,651 m3Nbiogás.m-3 reator.d-1 e 324 LNbiogás.kg-1SVadic, e 0,335 m3NCH4.m 3 reator.d-1 e 165 LNCH4.kg-1SVadic. A codigestão anaeróbia potencializou a geração de metano com um incremento de 48% em sua produtividade, comparado à monodigestão, e mostrou eficiência de recuperação de metano no CSTR acima de 92%. Esse estudo demonstrou uma abordagem atrativa para integrar um arranjo tecnológico de alto potencial, a fim de garantir a geração de energia a partir da disponibilidade do substrato ensilado e assegurar a estabilidade do processo, além de agregar valor aos resíduos da suinocultura e consolidar o uso de culturas energéticas como alternativa viável para otimização do processo e ampliação da sustentabilidade energética; Abstract: Anaerobic digestion is a sustainable alternative for converting agroindustrial waste into biogas, contributing to the production of renewable energy and reducing environmental impact. However, the efficiency of this process is directly related to the composition of the substrate, in particular the volatile solids (VS) content. Swine manure, which is widely used in anaerobic digestion, has a low VS concentration, which limits its energy efficiency. To overcome this limitation, codigestion with substrates rich in VS, such as elephant grass (Cenchrus purpureus (Schumach.) Morrone) Cenchrus purpureus cv. BRS Capiaçu, has emerged as a promising strategy to increase biogas and methane production. BRS Capiaçu is characterised by its high biomass productivity, high concentration of fermentable carbohydrates and the possibility of storing it as silage, which guarantees a continuous supply of substrate. However, its monodigestion can lead to acidification of the medium and instability of the process due to an unbalanced C/N ratio. Codigestion with swine manure can mitigate these challenges, providing a synergistic effect that improves system stability, compensates for nutrient imbalances and enhances buffering capacity to support biogas production. CSTR reactors are widely used for anaerobic digestion because they allow substrates with a high SV concentration to be processed with efficient mixing of the substrates. The introduction of advanced technologies can further optimise the conversion of organic matter to biogas. This study evaluated the performance of anaerobic codigestion of swine manure and BRS Capiaçu in a CSTR reactor (Continuous Stirred Tank Reactor), investigating the balance of substrates and their effects on the production and quality of biogas and methane. The codigestion showed satisfactory results, with biogas and methane productivity and yield of 1.092 m3Nbiogas.m-3 reactor.d-1 and 502 LNbiogas.kg-1VSadic, and 0.648 m3NCH4.m-3 reactor.d-1 and 298 LNCH4.kg-1VSadic, respectively, while the monodigestion of elephant grass was 0.651 m3Nbiogas.m-3 reactor.d-1 and 324 LNbiogas.kg-1VSadic, and 0.335 m3NCH4.m-3 reactor.d-1 and 165 LNCH4.kg-1VSadic. The anaerobic codigestion enhanced methane production with a 48% increase in productivity compared to monodigestion and showed a methane recovery efficiency in the CSTR of over 92%. This study demonstrated an attractive approach to integrate a high potential technological arrangement to ensure energy production from the availability of ensiled substrate and process stability, to add value to pig waste and to consolidate the use of energy crops as a viable alternative to optimise the process and increase energy sustainability Orientador: Prof. Dr. Airton Kunz; Coorientador: Dr. Ricardo Luís Radis Steinmetz; Banca: Airton Kunz (Presidente da Banca), Monica Sarolli Silva de Mendonca Costa, Marcelo Henrique Otenio; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Palotina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental. Defesa : Palotina, 24/02/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/95847 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/96280 Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural Resumo: A geração de energia elétrica a partir de fontes alternativas tem ganhado crescente relevância, impulsionada pela necessidade de diversificar o fornecimento energético e mitigar os impactos ambientais. Neste contexto, este estudo investigou cinco diferentes arranjos de sistemas de geração de energia elétrica (SGE) em propriedades rurais do Oeste do Paraná, Brasil. Esses sistemas operam no modelo de geração distribuída (GD) e utilizam biogás proveniente da biodigestão de resíduos da suinocultura e da avicultura de postura como matéria-prima. A pesquisa foi estruturada em duas etapas. Na primeira, realizou-se o balanço energético das plantas, com base nas metodologias propostas por Berglund & Börjesson (2006), Havukainen et al. (2014) e Pöschl et al. (2010). Na segunda, analisaram-se os parâmetros econômicos dos sistemas, conforme modelos propostos por Santos et al. (2019), Govender et al. (2019) e Branker et al. (2011), considerando três taxas de juros, de 13% para BNDES Finem – Geração de energia, 8,5% para RenovAgro e 3,5% com subsídio RenovaPR, e cinco diferentes tarifas de energia, variando de R$ 0,40 a R$ 0,80. Os resultados revelaram que a planta que possui um reator CSTR (Planta D) apresentou o melhor desempenho energético, com 87% de eficiência no subsistema de biodigestão e 16% no subsistema completo, fator de energia gerada por sólidos voláteis bruto de 2.798 e líquido de 2.319 kJ.kgsv-1, eficiência de geração de eletricidade bruta de 22% e líquida de 20%, destacando-se tanto na eficiência do biodigestor quanto no motor-gerador. As demais plantas obtiveram eficiências entre 33 e 44% no subsistema biodigestor e entre 4 e 8% no subsistema completo, com com fator de energia gerada por sólidos voláteis bruto entre 693 e 1.250 kJ.kgsv-1 e líquido entre 484 e 1.131 kJ.kgsv-1, e eficiências de geração de eletricidade bruta entre 15 e 21% e líquida entre 10 e 19%. Todas as plantas apresentaram 100% de eficiência de energia renovável, com a exceção da planta com reator CSTR, que utiliza óleo diesel no transporte do dejeto de aves e obteve 93%. Em termos de viabilidade econômica, a Planta B, que utiliza um biodigestor de lagoa coberta adaptado num reator plug flow, mostrou-se a melhor opção para projetos de menor custo e retorno mais rápido, com um valor presente líquido de R$ 556.925, taxa interna de retorno de 21% e payback de 6 anos e 9 meses, considerando a tarifa e taxa de juros intermediárias (R$ 0,60 e 8,5%). Por outro lado, a planta com reator CSTR, apesar do investimento inicial elevado, é recomendada para produtores que desejam maximizar a geração de energia em longo prazo, especialmente em cenários de tarifas de energia mais altas. O custo nivelado de energia variou conforme a dimensão e a eficiência de cada sistema, demonstrando competitividade em relação a outras fontes, com destaque para a Planta B, que obteve o menor custo por unidade de energia gerada, com R$ 0,32 para a taxa de juros de 8,5%. A Planta D atingiu o custo mais alto entre as plantas, com R$ 0,80, na mesma taxa de juros. Esses resultados podem orientar produtores rurais e outros interessados na escolha do melhor arranjo de geração de energia elétrica, adaptando-o à sua realidade para possíveis replicações; Abstract: The generation of electricity from alternative sources has gained increasing relevance, driven by the need to diversify energy supply and mitigate environmental impacts. In this context, this study investigated five different configurations of electricity generation systems (EGS) in rural properties in western Paraná, Brazil. These systems operate under the distributed generation (DG) model and use biogas from the biodigestion of swine farming and layer poultry farming waste as raw material. The research was structured in two stages. In the first stage, an energy balance of the plants was conducted based on the methodologies proposed by Berglund & Börjesson (2006), Havukainen et al. (2014), and Pöschl et al. (2010). In the second stage, the economic parameters of the systems were analyzed, following models proposed by Santos et al. (2019), Govender et al. (2019), and Branker et al. (2011), considering three interest rates: 13% for BNDES Finem – Energy Generation, 8.5% for RenovAgro, and 3.5% with RenovaPR subsidy, along with five different energy tariffs, ranging from R$ 0.40 to R$ 0.80. The results revealed that the plant with a CSTR reactor (Plant D) demonstrated the best energy performance, with 87% efficiency in the biodigestion subsystem and 16% in the complete subsystem, a gross volatile solids energy generation factor of 2,798 kJ.kgsv?¹ and a net factor of 2,319 kJ.kgsv?¹, a gross electricity generation efficiency of 22%, and a net efficiency of 20%. This plant stood out in both biodigester and engine-generator efficiency. The other plants achieved efficiencies between 33% and 44% in the biodigester subsystem and between 4% and 8% in the complete subsystem, with a gross volatile solids energy generation factor ranging from 693 to 1,250 kJ.kgsv?¹ and a net factor between 484 and 1,131 kJ.kgsv?¹. Their gross electricity generation efficiencies ranged from 15% to 21%, while net efficiencies were between 10% and 19%. All plants exhibited 100% renewable energy efficiency, except for the plant with a CSTR reactor, which uses diesel fuel for poultry waste transportation and achieved 93%. In terms of economic feasibility, Plant B, which employs a covered lagoon biodigester adapted to a plug-flow reactor, proved to be the best option for lower-cost projects with faster returns, with a net present value of R$ 556,925, an internal rate of return of 21%, and a payback period of 6 years and 9 months, considering the intermediate tariff and interest rate (R$ 0.60 and 8.5%). On the other hand, the plant with a CSTR reactor, despite its high initial investment, is recommended for producers aiming to maximize energy generation in the long term, especially in scenarios with higher energy tariffs. The levelized cost of energy varied depending on the size and efficiency of each system, demonstrating competitiveness compared to other sources. Plant B stood out with the lowest cost per unit of generated energy, at R$ 0.32 for the 8.5% interest rate, whereas Plant D had the highest cost, reaching R$ 0.80 at the same interest rate. These findings can guide rural producers and other stakeholders in selecting the best electricity generation arrangement, adapting it to their specific reality for potential replications Orientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza; Banca: Samuel Nelson Melegari de Souza (Presidente da Banca), Ralpho Rinaldo dos Reis, Yuri Ferruzi, Laercio Mantovani Frare, Doglas Bassegio; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental. Defesa : Palotina, 24/02/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/96280 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/95869 Análise integrada da qualidade e saúde dos ecossistemas aquáticos de três rios do oeste paranaense Resumo: As mudanças na cobertura e uso do solo ao longo do tempo e espaço tem sido o principal impulsionador na degradação da qualidade das águas superficiais, comprometendo a saúde dos diversos organismos que compõem os ecossistemas aquáticos. O objetivo do presente trabalho foi avaliar de modo integral a qualidade das águas e a saúde dos ecossistemas aquáticos dos Rios São Camilo (SC), Santa Fé (SF) e Pioneiro (PIO), localizados no oeste do estado do Paraná. Foram amostrados três pontos em cada um dos rios, sendo: a montante (SC1, SF1 e PIO1), intermediário (SC2, SF2 e PIO2) e jusante (SC3, SF3 e PIO3) da cidade de Palotina, nas estações inverno de 2022 e verão de 2023. A qualidade da água foi determinada por meio dos parâmetros físico e químicos, temperatura, pH, oxigênio dissolvido, sólidos totais, dureza total, DQO, alcalinidade, nitrito, nitrato, amônia, ortofosfato e turbidez, a partir dos quais foi calculado o Índice de Qualidade da Água (IQA), enquanto os efeitos de toxicidade dessas águas foram determinados por meio do biomarcadores de estresse oxidativo no fígado SOD, CAT, LPO, MET e AChE cerebral e muscular, a partir dos quais foi calculado o Índice de Resposta de Biomarcadores (IBR) na espécie H. ancistroides; as condições de saúde das populações dessas espécies foram determinadas por meio do Índice de Lesão Histopatológica (ILH) e Alterações Morfológicas Nucleares (AMN); foi calculado o índice integrado de saúde e qualidade hídrica por meio do método Analytic Hierarchy Process (AHP); mapas foram produzidos por meio da técnica de interpolação espacial (I), a partir dos quatro índices calculados. As águas dos Rios São Camilo, Santa Fé e Pioneiro apresentaram baixa qualidade, em ambas as estações amostradas. Os biomarcadores de bioquímicos demonstraram que as populações H. ancistroides dos referidos rios encontram-se sob elevado estresse oxidativo hepático e de neurotoxicidade, decorrente da baixa qualidade das águas e da ação misturas complexas de contaminantes. Os biomarcadores histopatológicos e de genotoxicidade demonstraram que as populações de H. ancistroides encontram-se com a saúde debilitada, tendo apresentado uma miríade de alterações hepáticas e branquiais graves, que podem comprometer a sobrevivência desses animais e o equilíbrio desses ecossistemas. O emprego do método AHP possibilitou a agregação dos índices IQA, IBR e ILH de modo satisfatório, tendo como resultado mapas de fácil interpretação de saúde e qualidade hídrica, capazes de embasarem propostas de políticas e programas de recuperação e conservação desses rios e seus respectivos ecossistemas; Abstract: Changes in land cover and use over time and space have been the main drivers of surface water quality degradation, compromising the health of various organisms that make up aquatic ecosystems. The objective of the present study was to comprehensively evaluate water quality and the health of aquatic ecosystems in the São Camilo (SC), Santa Fé (SF), and Pioneiro (PIO) Rivers, located in the western region of Paraná state. Three sampling points were taken in each river: upstream (SC1, SF1, and PIO1), intermediate (SC2, SF2, and PIO2), and downstream (SC3, SF3, and PIO3) of the city of Palotina, during the winter of 2022 and the summer of 2023. Water quality was determined by physical and chemical parameters, including temperature, pH, dissolved oxygen, total solids, total hardness, COD, alkalinity, nitrite, nitrate, ammonia, orthophosphate, and turbidity, from which the Water Quality Index (WQI) was calculated. The toxicity effects of these waters were determined through biomarkers of oxidative stress in the liver (SOD, CAT, LPO, MET) and brain and muscle AChE, from which the Biomarker Response Index (BRI) was calculated in the species H. ancistroides; the health conditions of the populations of these species were determined through the Histopathological Injury Index (HII) and Nuclear Morphological Alterations (NMA); the integrated health and water quality index was calculated using the Analytic Hierarchy Process (AHP) method; maps were produced using the spatial interpolation technique (I), based on the four calculated indices. The waters of the São Camilo, Santa Fé, and Pioneiro Rivers exhibited low quality in both sampling seasons. The biochemical biomarkers showed that H. ancistroides populations in these rivers are under high hepatic oxidative stress and neurotoxicity due to the poor water quality and the action of complex mixtures of contaminants. The histopathological and genotoxicity biomarkers demonstrated that H. ancistroides populations are in poor health, showing a myriad of severe hepatic and gill alterations that could compromise the survival of these animals and the balance of these ecosystems. The use of the AHP method allowed for the satisfactory aggregation of the WQI, BRI, and HII indices, resulting in easy-to-interpret health and water quality maps that can support the development of policies and programs for the recovery and conservation of these rivers and their respective ecosystems Orientadora: Profª. Drª. Lilian Dena dos Santos; Coorientadora: Profª. Drª. Alessandra Svonka Palmeiro; Banca: Lilian Dena dos Santos (Presidente da Banca), Alexandre Leandro Pereira, Lucíola Thais Baldan, Ivonete Rossi Bautitz, Maritana Mela Prodocimo, Alessandra Svonka Palmeiro; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental. Defesa : Palotina, 28/02/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/95869 2025-01-01T00:00:00Z