Artificial Neural Networks for Filling Missing Streamflow Data in Rio do Carmo Basin, Minas Gerais, Brazil

Abstract Adequate availability of data directly influences the quality of hydrological studies. In this sense, procedures for filling gaps of observations are often applied in order to improve the length of hydrological series. One technique that can be used is the Artificial Neural Network (ANN), which process information from input data creating an output. This study aims to evaluate the application of ANN to fill missing data from monthly average streamflow series at Rio do Carmo Basin in the state of Minas Gerais, Brazil. A 26-years series (from 1989 to 2012) was used for ANN modelling while the two proceeding years, 2013 and 2014, were used to simulate failures pursuant to evaluating the performance of the ANN. The ANN construction was performed by the software WEKA that uses the multilayer perceptron model with sigmoidal activation functions. Four types of ANN were generated: five attributes and two (MLP1) or five (MLP2) neurons; and with three attributes and one (MLP3) or three (MLP4) neurons. The best-fit model to ANN was the MLP1, verified by Pearson correlation coefficients (0.9824), and coefficient of determination r² (0.9646). The model used five attributes, four input data (year, month, streamflow data from Acaiaca and Fazenda Paraíso stations) and one output data (streamflow from Fazenda Oriente station), that considered the temporal variation of streamflow. Hence, the utilization of the ANN generated by the WEKA was adequate and can be considered a simple approach, not requiring great computational programming knowledge.

Use of Coffee Capsules as Support Material in Upflow Anaerobic Fixed Bed Reactors

Abstract The aim of this work is to evaluate the performance of upflow anaerobic fixed bed reactors filled with espresso coffee capsules to treat sanitary sewage. Three reactors (R1, R2 and R3) were constructed in blue PVC pipes measuring 30 cm height and 150 mm diameter and filled with coffee capsules made of aluminum and plastic. The sewage from the pre-treatment phase of the wastewater treatment plant of the Federal University of Lavras fed the system. Temperature, pH, alkalinity and volatile acids concentration, COD, TS, TVS and TSS of the influent and effluent were analyzed to evaluate the reactors performances. Statistics tests were run in the software Statistica 10. Changes occurred in the organic loading rates caused two different operating phases, one at an OLR of 2.1 kg COD m-3d-1 and another at 4.0 kg COD m-3d-1. The average temperature during the monitoring period was 18°C. In spite of the operating conditions variations, the reactors showed satisfactory performances, presenting COD efficiency removals up to 80% in both phases. The capsules characteristics were similar to other materials used as support. Hence, it is possible to utilize coffee capsules as support material in anaerobic reactors, providing satisfactory pollutants removal efficiencies.

Coagulação com semente de moringa oleifera preparada por diferentes métodos em águas com turbidez de 20 a 100 UNT / Coagulation with moringa oleifera seed prepared by different methods in water turbity of 20 to 100 UNT

RESUMO A semente de Moringa oleifera é composta por proteínas catiônicas, podendo ser aplicada como eficiente coagulante na clarificação de águas para consumo humano. Objetivou-se identificar o melhor método de preparação de Moringa oleifera, o melhor tempo para sedimentação e a concentração ótima para diferentes valores de turbidez bruta. Para concentrações de 100 a 500 mg L-1, a semente foi descascada, triturada, peneirada e diluída (método 1); secada, triturada, peneirada, diluída e filtrada (método 2); triturada, peneirada, diluída e filtrada (método 3). Os ensaios de Jartest foram realizados em triplicata para cada método, em águas com turbidez de 20, 40, 60, 80 e 100 UNT e a cinética de sedimentação para 30, 60, 90 e 150 min. Não houve diferenças significativas na remoção de turbidez entre os métodos de preparo pelos testes F e t de Student. No entanto, a filtração pode evitar incrustrações e incremento de matéria orgânica à água tratada (método 3). A adição de Moringa oleifera produz eficiente remoção de turbidez em águas acima de 40 UNT. O tempo máximo para sedimentação foi de 129,6 min, para remoção de turbidez em 90,5%.

ABSTRACT Moringa oleifera seeds comprise cationic proteins and can be used as efficient coagulant in the clarification of water for human consumption. The objective was to identify the best method of preparation of Moringa oleifera, the best time to sedimentation and the optimum concentration for different values of affluent turbidity. For concentrations of 100 to 500 mg L-1, seed was peeled, crushed, sieved and diluted (method 1); dried, crushed, sieved, diluted and filtered (method 2); crushed, sieved, diluted and filtered (method 3). The Jartest assays were performed in triplicate for each method in water with turbidity of 20, 40, 60, 80 and 100 NTU and sedimentation kinetics to 30, 60, 90 and 150 min. There were no significant differences in turbidity between the methods after F test and Student's t-test. However, the filter can prevent fouling and increase of organic matter to treated water. The use of Moringa oleifera produces efficient decrease in turbidity in waters above 40 NTU. The maximum time for sedimentation was 129.6 min, to 90.5% remove of turbidity.

Relação entre padrões de uso e ocupação do solo e qualidade da água em uma bacia hidrográfica urbana / Relationship between patterns of use and occupation of soil and water quality in an urban watershed

RESUMO O uso e a ocupação do solo alteram sensivelmente os processos físico-químicos e biológicos dos sistemas naturais. Dessa forma, os mananciais de superfície são integradores dos fenômenos ocorrentes sobre a área da bacia hidrográfica. Assim, os objetivos do trabalho foram explorar a variabilidade temporal e espacial da qualidade da água e avaliar as possíveis relações entre os padrões de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. Foram coletadas amostras de água em dois períodos (verão e inverno) e em 15 seções ao longo do curso d'água. Verificou-se forte influência temporal e espacial na qualidade das águas, e foram apresentadas no período de inverno as maiores concentrações de nutrientes (Cl-, P, NO3 -), condutividade elétrica e matéria orgânica. Esses valores interferem nos valores do Índice de Qualidade da Água, que varia entre 84 e 9 no período do verão e 66 e 6 no inverno. Quanto à trofia dos mananciais, foram encontrados valores médios de Índice de Estado Trófico de 30 no período chuvoso e de 93 no inverno. No tocante aos padrões de uso do solo, observaram-se fortes relações na qualidade da água nos dois períodos avaliados; a principal fonte de contaminação são as áreas urbanas. O Ribeirão Vermelho e seus afluentes apresentam forte influência das formas de uso e ocupação do solo confirmada pela entrada de matéria orgânica e de nutrientes nos sistemas hídricos por meio do lançamento de esgoto doméstico sem tratamento e pela agropecuária na rede de drenagem da bacia.

ABSTRACT Land use significantly alters the physicochemical and biological processes of natural systems. Thus, surface water sources are integrators of phenomena occurring on the catchment area. In this way, the study aimed to explore the spatial and temporal variability of water quality, and to assess the possible relationships between patterns of land use of the Ribeirão Vermelho basin. Water samples were collected in two periods (summer and winter) and in 15 sections along the watercourse. There has been strong temporal and spatial influence on water quality, and winter period showed the highest nutrient concentrations (Cl-, P, NO3 -), electrical conductivity and organic matter. These values influence the values of the Water Quality Index, ranging from 84 to 9 in the summer period and 66 to 6 in the winter. With respect to trophic conditions of water sources, average values of Trophic State Index of 30 were verified during the rainy season and 93 in winter. Regarding land use patterns, strong relationships in water quality in both periods were observed, the main source of contamination are urban areas. Ribeirão Vermelho and its effluent have shown strong influence of the forms of land use and occupation evidenced by the input organic matter and nutrients in water systems through domestic sewage release untreated and by agriculture in the drainage system of the basin.

Sorção e mobilidade do lítio em solos de áreas de disposição final de resíduos sólidos urbanos / Sorption and mobility of lithium in soil areas of final disposition of municipal solid waste

Um dos grandes problemas da atualidade é a disposição inadequada dos resíduos sólidos urbanos no solo, e seus efeitos recaem, principalmente, na contaminação das águas e do solo. Este trabalho objetivou o estudo da sorção e da mobilidade do Lítio nos solos das áreas de disposição de resíduos sólidos urbanos dos municípios de Lavras, Campo Belo e Pouso Alegre, MG. A partir dos ensaios de sorção em batelada e mobilidade do Li em colunas de solo, ajustaram-se os parâmetros das isotermas de Freundlich e da equação de transporte de solutos no solo. Pelos resultados obtidos verificou-se que, dentre os solos avaliados, o do município de Lavras foi o que apresentou a maior mobilidade do Li seguido dos solos de Pouso Alegre e Campo Belo, sendo, portanto, mais vulnerável à contaminação das águas subterrâneas.

A major problem today is the improper disposal of solid waste in the soil, and its effects fall mainly in the contamination of water and soil. This work aimed to study the sorption and mobility of lithium in soil disposal areas of solid waste from Lavras, Campo Belo and Pouso Alegre, Brazil. From the batch sorption tests and Li mobility in soil columns, set up the parameters of the Freundlich isotherms and the equation of solute transport in soil. The results obtained showed that, among the soils evaluated, the city of Lavras showed the increased mobility of Li followed by Pouso Alegre and Campo Belo soils, and are therefore more vulnerable to groundwater contamination.

Avaliação econômica da produção de alface americana em função de lâminas de irrigação / Economical evaluation of the crisphead lettuce production as a function of irrigation depths

Visando reduzir as dificuldades do produtor no cultivo da alface americana, especificamente quanto à falta de informações técnicas sobre o momento oportuno de irrigar e a quantidade de água a ser aplicada economicamente viável, objetivou-se estudar o efeito de diferentes lâminas de água sobre o comportamento produtivo e econômico da alface americana. O experimento foi realizado na Universidade Federal de Lavras, no período de março a maio de 2008 em casa de vegetação. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos de cinco fatores de evaporação, correspondentes a 0,30, 0,60, 0,90, 1,20 e 1,50 EVm, baseado na lâmina evaporada de um minitanque. Os resultados permitiram concluir que, a máxima produtividade total e comercial, 65.578 e 35.308 kg ha-1, foram estimadas com aplicação de lâminas equivalentes a 203,9 e 204,3 mm, respectivamente, correspondente ao fator de reposição de 101 por cento. Considerando o preço do fator água (R$ 0,67 mm-1) e o preço da alface americana (R$ 0,90 kg-1), a lâmina economicamente ótima foi 203,9 mm, resultando em uma produtividade comercial praticamente igual à máxima física.

With the objective of minimize the difficulties faced by the producers on cultivating the crisphead lettuce, specifically those related with the lack of technical information regarding the ideal moment to irrigate and the amount of water to be applied, a study was performed in order to determine the effect of different water depths on production and economical behavior of crisphead lettuce. The experiment was carried out in a greenhouse of the Universidade Federal de Lavras, between March and May 2008. A randomized block design with five treatments and four replicates was applied. The treatments, consisted of five evaporation factors 0.30, 0.60, 0.90, 1.20 and 1.50 EVm, based on an evaporated depth of a reduced pan. The results showed that the maximum total and commercial yield, 65.578 and 35.308 kg ha-1, were estimated by applying depths equivalent to 203.9 and 204.3 mm, respectively, corresponding to 101 percent replacement factor. Considering the water factor price (R$ 0.67 mm-1) and crisphead lettuce price (R$ 0.90 kg-1), the economically optimum depth was 203.9 mm, which resulted in a commercial yield equal to a physical maximum.