La première partie de ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la dépollution des eaux contaminées par les polluants organiques persistants et plus en particulier par les résidus pharmaceutiques. Des techniques alternatives telles que les procédés d'oxydation avancée (POA) qui utilisent comme agent oxydant les radicaux OH, ont été appliquées à la dégradation et/ou à la minéralisation d'un polluant médicamenteux, l'Ibuprofène, en milieu aqueux. Il a été choisi comme molécule modèle en raison de son grand volume de prescription et de sa présence prouvée dans les effluents des stations d'épuration et dans les eaux naturelles. Notre étude a consisté notamment à la recherche d'optimisation des paramètres opératoires tels que la concentration de H2O2 et de Fe2+ ainsi que leur rapport pour générer les radicaux hydroxyles par le procédé photo-Fenton, et la concentration (et nature) de l'électrolyte de support et l'intensité du courant appliqué pour les procédés électrochimiques électro-Fenton et oxydation anodique. En outre, l'évolution de la toxicité de cette molécule a été suivie par la méthode Microtox au cours du traitement par le procédé d'oxydation anodique. La cinétique d'oxydation et de minéralisation de l'ibuprofène a été étudiée. La constante de réaction d'oxydation de l'ibuprofène avec les radicaux hydroxyles a été déterminée par la méthode de cinétique de compétition comme 3,84 109 M-1 s-1. Nos résultats montrent que l'application de ces procédés est efficace pour éliminer ce produit pharmaceutique de l'eau. On atteint la dégradation complète du polluant, et une minéralisation quasi-totale de la matière organique. La deuxième partie englobe une étude expérimentale sur les propriétés physiques (à différentes échelles) et le comportement mécanique des Basaltes. On a étudié le comportement mécanique et les modes de rupture d'un basalte poreux des Açores. Les résultats sont obtenus lors d'essais en contrainte triaxiale, en conditions totalement drainées et à température ambiante. Ce basalte présente deux modes de déformation. À faible pression de confinement, les échantillons présentent un comportement mécanique fragile et une déformation localisée (bande de cisaillement). Pour des pressions de confinement plus élevées, le basalte présente un comportement ductile et des compactions localisées (bandes de compaction). Les données mécaniques ont permis de déterminer l'enveloppe complète du domaine élastique. La quantification des propriétés physiques de deux types de basaltes des Galápagos a été effectuée à pression et température ambiante. Dans le but d'étudier l'effet de la fissuration sur les propriétés physiques, les échantillons on été soumis à des traitements thermiques. Enfin, pour étudier la réponse de la roche aux conditions de pression auxquelles elle est soumise en profondeur, des mesures de vitesses des ondes sous pression ont été acquises. Les résultats obtenus et l'utilisation de modèles théoriques ont permis de quantifier la densité de fissures initiales et de celles induites par les traitements thermiques, ainsi que le facteur de forme de celles-ci. L'ensemble des propriétés physiques ont permis de mieux comprendre le rôle du réseau poreux de la roche sur les propriétés physiques. Cette étude de laboratoire a été nécessaire pour l'interprétation des données recueillies in situ par sismique réfraction / The first part of this thesis is focused on the remediation of waters contaminated with persistent organic pollutants, in particular pharmaceutical products. Alternative technologies such as the advanced oxidation processes (AOPs), which based on the generation of hydroxyl radicals OH, were applied to the degradation and/or mineralization of a pollutant drug, ibuprofen, in aqueous medium. We chose this pollutant as a model molecule to study due to its large volume of prescription and to its proved presence in the effluents of sewage plants and natural waters. The main objective of this work was the optimization of operational parameters of the applied AOPs. The concentration of H2O2 and Fe2+ reagents ratio to generate hydroxyl radicals for photo-Fenton process, and supporting electrolyte concentration (and the nature) and the applied current for both electro-Fenton and anodic oxidation processes. The oxidation and mineralization kinetics of the ibuprofen were studied and the absolute rate constant for the oxidative degradation of ibuprofen was determined by the competition kinetic method, being 3,84 109 M-1s-1. Toxicity tests of the drug solutions during the anodic oxidation process were carried out by the Microtox method. Our results show that these methods are effective for the degradation of this pharmaceutical product from water. Ibuprofen was completely degraded and the organic matter was almost completely mineralized after the application of these processes. The second part of the thesis includes an experimental study of the physical properties (at different scales) and the mechanical behavior of basaltic rocks. We studied the mechanical behavior and the failure modes of a porous basalt from Azores. Results were acquired under triaxial compression experiments on water saturated samples at room temperature. This basalt presented two modes of deformation. At low confining pressure, the samples exhibited a brittle mechanical behavior and a localized deformation (shear band). For higher confining pressure, this basalt showed a ductile behavior and localized compactions (compaction bands). The mechanical data allows us to plot the full yield surface for the porous basalt. The quantification of the physical properties of two types of basalts from the Galapagos was performed at room temperature and pressure. In order to study the effect of cracking on the physical properties of these basalts, samples were subjected to thermal treatments to induce thermal crack damage. Finally for the less porous basalt, measures of wave velocities under the pressure at which it is subjected in depth were acquired. The obtained results and the following application of models with them allow quantifying the density of initial cracks and of those induced by thermal treatments, as well as quantifying the aspect ratio of cracks. The studied physical properties led to better understand the role of the pore network of the rock in these physical properties. This laboratory study was necessary for the interpretation of data collected in situ by seismic refraction method

Ce travail est consacré à l’étude d’un procédé d’oxydation avancée (POA) basé sur la génération de radicaux sulfates (SO4•-) pour l’élimination de substances pharmaceutiques dans le cadre du traitement d’effluents urbains. Quatre substances pharmaceutiques azotées (carbamazépine, diclofénac, sulfaméthoxazole et ciprofloxacine) appartenant à des familles thérapeutiques différentes ont été choisies en tant que contaminants modèles. L’évaluation de la performance cinétique des procédés basés sur la génération de HO• (H2O2/Fe(II) et UV-C/H2O2) et de SO4•- (HSO5-/Co2+, UV-C/S2O82- et UV-C/HSO5-) a été conduite dans des effluents de stations d'épuration traités biologiquement. La comparaison des procédés non photochimiques et photochimiques a été conduite dans les mêmes conditions optimales et montre que les procédés générant des SO4•- sont moins inhibés par la matrice environnementale que les procédés produisant HO•. La réaction de transfert électronique est mise en évidence par l’identification de produits de transformation des contaminants d’étude par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse à haute résolution. Le début d’oxydation démarre par un transfert d’un électron sur les groupements azotés générant ainsi un radical cation qui réagit avec l’eau ou l’O2. La dégradation du sulfaméthoxazole est le cas le plus évident grâce à sa fonction amine primaire (aniline) qui se transforme en fonction nitro. On peut par conséquent envisager des nouvelles stratégies de traitement des eaux usées urbaines par la génération de SO4•-. / This work is devoted to the study of an alternative advanced oxidation process (AOP) generating sulfate radical (SO4•-) for the removal of pharmaceuticals in municipal wastewater effluents. Four nitrogen containing pharmaceuticals (carbamazepine, diclofenac, sulfamethoxazole and ciprofloxacin) belonging to different therapeutic classes were chosen as model contaminants. The evaluation of the kinetic performance of processes based on the generation of HO• (H2O2/Fe(II) and UV-C/H2O2 ) and SO4•- (HSO5-/Co2+, UV-C/S2O82- and UV-C/HSO5- ) was conducted in biologically treated effluent. Comparison of photochemical and non- photochemical processes performed under the same optimal conditions showed that the processes generating SO4•- are less inhibited by the environmental matrix than processes producing HO•. This electron transfer reaction is demonstrated by the identification of transformation products using liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometer. Oxidation of parent compounds starts by an electron transfer reaction on the nitrogen groups thereby generating a cation radical which further reacts with water or O2. The sulfamethoxazole degradation pathway gives more insights into this mechanism due to the primary amine moiety (aniline) which is converted into nitro function. This treatment system can be regarded as a new strategy for the treatment of urban wastewater contaminated by pharmaceutical residues through the generation of SO4•-.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-06T19:15:18Z No. of bitstreams: 1 Marina Medtler Seewald.pdf: 3415895 bytes, checksum: a88885e13dc4a2b54ba496bc5a0fd0b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-06T19:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marina Medtler Seewald.pdf: 3415895 bytes, checksum: a88885e13dc4a2b54ba496bc5a0fd0b7 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / Ministério da Ciência e Tecnologia / A degradação de resíduos dispostos em aterro sanitário gera um líquido com alto potencial poluidor caracterizado por sua coloração escura, alto teor de matéria orgânica e de nitrogênio amoniacal. O lixiviado de aterro sanitário pode ainda conter micro-organismos patogênicos provenientes de resíduos contaminados com excreções humanas, representando risco à saúde. Para o tratamento de lixiviado de aterro sanitário, processos biológicos tem mostrado eficiência, especialmente na remoção de matéria orgânica. No entanto, para que se atinja eficiência de remoção desejada para atendimento à legislação, especialmente em lixiviados antigos, um pós-tratamento se faz necessário. O emprego de processos oxidativos avançados (POAs) tem mostrado boa eficiência na remoção de cor, destruição de organismos patogênicos e aumento de biodegradabilidade em efluentes recalcitrantes. O objetivo deste trabalho foi avaliar a remoção de cor e desinfecção de lixiviado de aterro sanitário através do emprego de ozônio e peróxido de hidrogênio como agentes oxidantes. Para tanto, foram realizados doze ensaios no sistema POA instalado para tratar lixiviado bruto e tratado por sistema de lagoas. Seis ensaios foram realizados somente com ozônio e os outros seis com ozônio combinado com peróxido de hidrogênio. O sistema POA possuía volume útil de 460L e os ensaios tiveram a duraçãode 96h. A concentração de ozônio (gás) foi de 29 mg/L e a de peróxido de hidrogênio (adicionado em solução líquida) foi de 1000 mg/L no lixiviado. Com a caracterização do lixiviado, verificou-se alta variabilidade das características dos lixiviados gerados no aterro sanitário de São Leopoldo. Portanto, para a discussão dos resultados de remoção de cor, optou-se por dividir os ensaios realizados por grupos, utilizando como critério para a divisão a concentração inicial de cor verdadeira no lixiviado estudado. Embora inicialmente os resultados indiquem uma similiaridade entre os oxidantes testados a análise de variância de dois fatores realizada com medidas repetidas comprovou que houve diferença entre os agentes os oxidantes utilizados na remoção de cor, sendo observado que o peróxido de hidrogênio apresentou melhor desempenho. Foi observado que quanto menor a concentração inicial de cor verdadeira, mais rápida foi sua remoção. Na desinfecção do lixiviado, os ensaios utilizando ozônio e peróxido de hidrogênio apresentaram maiores taxas de inativação de coliformes termotolerantes, sugerindo que o acréscimo do segundo oxidante foi adequada. A turbidez e matéria orgânica presentes no lixiviado não impediram que a desinfecção ocorresse. Todos os ensaios realizados alcançaram mais de 90% de eficiência na remoção de cor verdadeira em 96h de ensaio e mais de 92% de eficiência na eliminação de coliformes termotolerantes em 24h. / Degradation of grounded waste in landfill generates a liquid with high pollution potential characterized by its dark color, high concentration of organic matter and ammonia nitrogen. Landfill leachate may still contain pathogenic microorganisms from wastes contaminated by human excreta, presenting health risk. For treating landfill leachate, biological processes have shown good performance, especially in organic matter removal. However, in order for the removal efficiency to attain local legislation, particularly in older leachate, a post treatment is necessary. Use of advanced oxidation processes has shown efficiency in color removal, destruction of pathogens and increased biodegradability of recalcitrant effluents. The purpose of this study is to evaluate color removal and disinfection of landfill leachate using ozone and hydrogen peroxide as oxidizing agents. Therefore, twelve experiments were performed in AOP system treating raw and treated leachate by pond system. Six tests were conducted with ozone only and six combining ozone and hydrogen peroxide. The POA was operated with volume of 460L and tests were carried out for 96h. The ozone (gas) concentration was 29 mg/L and hydrogen peroxide (liquid solution added) was 1000 mg/L in the leachate. Characterization of landfill leachate generated in São Leopoldo showed high variability. Therefore, to discuss results of color removal, groups of tests were created using like criteria true color concentration. Although attained results indicated similarity between tested oxidants, performed ANOVA two factors with repeated measures showed difference between oxidizing agents used in color removal. Hydrogen peroxide outperformed ozone alone. True color removal occured faster with smaller true color concentrations. The disinfection of the leachate, using ozone combined with hydrogen peroxide showed higher inactivation rates of fecal coliforms. Turbidity and organic matter in the leachate did not prevent the disinfection. All tests reached over 90% efficiency in true color removal at 96h and over 92% efficiency in disinfection within 24h.

O Fenol e compostos fenolicos foram classificados como poluentes primarios pela Environmental Protection Agency (EPA USA). Eles sao geralmente encontrados em efluentes industriais como: poupa e papel; madeireiras; plasticos e polimeros sinteticos; farmaceuticos, pesticidas, oleo e petroquimicas. Os tratamentos de agua convencionais tem mostrado ineficiencia em altas concentracoes de fenol. Este trabalho visa o tratamento de solucao aquosa de fenol via Processos Oxidativos Avancados (POAs) com o objetivo de aumentar a biodegradabilidade possibilitando a aplicacao de um processo convencional (lodos ativados) como pos-tratamento. O pre-tratamento e usado para modificar a estrutura do fenol levando-o a seus subprodutos como substancias aromaticas e acidos carboxilicos. Os experimentos mostraram a eficiencia do pre-tratamento atraves do parametro de biodegradabilidade (DBO5/DQO) apresentando 0,19 em 30 min de reacao foto- Fenton, com concentracao inicial de fenol de 1000 mg.L-1 de Carbono Organico Total (TOC), 1 mmol.L-1 de FeSO4 e 100 mmol.L-1 de H2O2, dosado durante 2 horas de reacao. Apos pre-tratada fotoquimicamente, esta mesma solucao foi utilizada como fonte de carbono em um sistema continuo de lodos ativados para remocao da materia organica residual, apresentando reducao de 92% do TOC inicial. Estes resultados evidenciam a eficiencia da integracao entre os processos foto-Fenton e lodo ativado no tratamento de efluentes contendo compostos recalcitrantes. / Phenol and phenolic compounds have been listed as priority-pollutants by the Environmental Protection Agency (EPA USA). They are often found in industrial effluents such as from pulp and paper, timber, plastics and synthetic polymer, pharmaceutical, pesticide, oil and petrochemical industries. Most of the traditional wastewater treatments have shown inefficiency against high phenol concentrations. This work aims to treat phenol solution via Advanced Oxidation Processes (AOP´s) to enhance medium biodegradability and using it as an effluent in a continuous activated sludge process. The purpose of the pre treatment is to modify the phenol structure leading it to its byproducts such as aromatics compounds and carboxylic acids. The experiments have shown the effectiveness of the pre-treatment by the biodegradability parameter BOD5/COD which was achieved 0,19 at 30 min of photo- Fenton reaction with a initial phenol concentration of 1000 mg.L-1 of TOC, 1 mmol.L-1 of FeSO4 and 100 mmol.L-1 of H2O2, added with a peristaltic pump along 2 hours of reaction. After the photochemical pre treatment, the same solution was used as a carbon source in a continuous activated sludge system for removing residual organic matter, with a reduction of 92% of the TOC initial. Those results have shown the efficiency when integrating photo-Fenton and activated sludge processes on the treatment of effluents containing recalcitrant organic compounds.

AbstractLes polluants émergents que sont les résidus de produits pharmaceutiques sont devenus une problématique majeure de par leur persistance et leur accumulation continue dans les différents compartiments de l’environnement. Leur élimination est un des challenges majeurs de ce siècle. Les procédés électrochimiques d’oxydation avancée (PEOA) tel que l’oxydation anodique (AO) et l’électro-Fenton (EF) ont démontré leur efficacité pour la dégradation et la minéralisation complète de cette classe de polluant. Un oxyde de titane sous-stœchiométrique déposé par plasma sur un alliage de titane a été étudié comme anode alternative peu coûteuse, stable et efficace au cours des procédés d’OA et d’EF pour la dégradation et la minéralisation de deux pharmaceutiques, l’amoxicilline (AMX) et le propanolol (PPN). Une excellente minéralisation de ces deux composés a été atteinte avec l’anode Ti4O7 comparé à l’utilisation d’une anode dimensionnellement stable (ADS) et d’une anode de platine (Pt) avec des conditions expérimentales similaires, mais une plus faible efficacité a été observé par comparaison à une anode de diamant dopé au bore (DDB) au cours du procédé d’OA. Une quasi-total minéralisation (96%) du PPN a été atteinte avec l’anode Ti4O7 au cours du procédé EF après 8 h d’électrolyse à 120 mA. Plusieurs intermédiaires aromatiques, bicycliques et autres ont été identifiés et quantifiés au cours du traitement électrochimique des deux composés pharmaceutiques, ainsi que des acides carboxyliques à chaîne courte et des ions inorganique comme produits finaux de dégradation. Des voies plausibles de dégradation ont été proposées à partir des intermédiaires identifiés, des ions inorganiques libérés ainsi que des données obtenues sur les acides carboxyliques et le COT. La solution initiale d’AMX a mené à une relativement forte inhibition de la bactérie V. fisheri, qui a ensuite augmenté au cours des premiers stades de l’électro-oxydation de par la formation d’intermédiaires cycliques plus toxiques que la molécule mère, avant de diminuer nettement au cours des étapes suivantes de l’électrolyse. Puisque le Ti4O7 est produit principalement à partir du TiO2, un matériau bon marché et abondant, ce matériau d’anode pourrait être une alternative intéressante pour le traitement des eaux usées industrielles par oxydation électrochimique. Par ailleurs, une cathode de feutre de carbone modifiée par des composés hydroxydes à double couche CoFe (CoFe-LDH/CF) et synthétisée par un procédé solvothermique a été étudiée come catalyseur/électrode pour la dégradation du polluant organique Acide Orange II (AO7) par le procédé EF sur une gamme large de pH. Une excellente minéralisation de ce colorant a été atteinte pour des pH allant de 2 à 7.1, avec une élimination du COT largement supérieure à celle atteinte en utilisant le procédé EF avec une cathode de feutre de carbone brut, quel que soit le pH étudié. La cathode préparée a montré une bonne capacité de réutilisation et peut constituer une alternative pour le traitement des eaux usées à des valeurs de pH naturel / Pharmaceuticals residues as emerging pollutants have become a major concern due to their persistence and continuous accumulation in various environmental compartments and their removal is one the major challenges of this century. Electrochemical advanced oxidation processes (EAOPs) such as anodic oxidation (AO) and electro-Fenton (EF) have shown to be efficient techniques for complete degradation and mineralization of this class of pollutants. A substoichiometric titanium oxide (Ti4O7) deposited on titanium alloy by plasma elaboration was investigated as an alternative stable and efficient low cost anode materials for application in AO and EF for degradation of pharmaceuticals amoxicillin (AMX) and propranolol (PPN) and mineralization of their aqueous solutions. Excellent mineralization of both pharmaceuticals was achieved with Ti4O7 anode compared to dimensional stable anode (DSA) and platinum (Pt) anodes at similar experimental conditions, but less efficient when compared with boron doped diamond (BDD) anode during AO treatment. Almost complete mineralization (96%) was attained with Ti4O7 anode in EF degradation of PPN at 120 mA after 8 h of electrolysis. Several aromatic, bicyclic and other intermediate byproducts were identified and quantified during the electrochemical treatment of both pharmaceuticals, with the final end products in the treated solutions being short-chain carboxylic acids and inorganic ions. Plausible mineralization pathways for both pharmaceuticals were proposed based on the identified intermediates, released inorganic ions and carboxylic acids as well as TOC data. Initial AMX solution shows relatively high inhibition to V. fischeri bacteria, which further increased at the early stage of electrooxidation due to formation of cyclic intermediates more toxic than mother molecules but sharply decreased at the later stage of electrolysis. Since the Ti4O7 is produced mainly from TiO2 which is very cheap and highly abundant material, this anode material could be an interesting alternative electrode in industrial wastewater treatment by electrochemical oxidation. On the other hand, CoFe-layer double hydroxide modified carbon-felt (CoFe-LDH/CF) cathode synthesized by solvothermal process was studied as a heterogeneous catalyst/electrode for degradation of organic pollutant Acid Orange II (AO7) over a wide pH range. Excellent mineralization of this azo dye solution was achieved in pH range 2 – 7.1, with TOC removal much higher than corresponding homogeneous EF with raw carbon-felt (CF) at all pH studied. The prepared cathode exhibited good reusability and can constitute an alternative for the treatment wastewater effluents at neutral pH values

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho avaliou a viabilidade dos processos biolÃgicos aerÃbios e oxidativos avanÃados (POAs) como pÃs-tratamento de lixiviados antigos provenientes de lagoas de estabilizaÃÃo em sÃrie. Paralelamente, desenvolveu-se uma metodologia analÃtica para detecÃÃo e quantificaÃÃo de compostos aromÃticos, organoclorados, Ãsteres ftalatos e hormÃnios, considerados como compostos recalcitrantes e raramente investigados em lixiviados tratados, principalmente nas ETEs localizadas no estado do CearÃ. Inicialmente foi realizada uma caracterizaÃÃo fÃsico-quÃmica e especiaÃÃo de metais sendo verificado que DQO e amÃnia estavam acima dos limites permitidos pelas normas ambientais, bem como alguns metais. No desenvolvimento da metodologia analÃtica para detecÃÃo e quantificaÃÃo por GC/FID verificou-se que a extraÃÃo em fase sÃlida empregando C-18 foi a melhor tÃcnica para extraÃÃo e prÃ-concentraÃÃo dos compostos recalcitrantes e que os melhores resultados de recuperaÃÃo dos compostos foram obtidos para os compostos aromÃticos e Ãsteres ftalatos. Nos experimentos de pÃs-tratamento empregando os reatores biolÃgicos, reator aerado submerso (RAS) e reator em batelada seqÃencial (RBS), todos foram eficientes na nitrificaÃÃo do lixiviado com percentuais superiores a 90% de remoÃÃo da amÃnia, contudo, nÃo foram eficazes na remoÃÃo de fÃsforo. Em termos de remoÃÃo dos compostos recalcitrantes, o RBS apresentou melhores resultados em relaÃÃo ao RAS para os compostos aromÃticos e Ãsteres ftalatos. No processo de oxidaÃÃo avanÃada UV/H2O2 foi obtida remoÃÃes de DQO, turbidez e descoloraÃÃo da amostra superior a 90%, a partir de 120 minutos de reaÃÃo, em sistema de batelada com recirculaÃÃo. O sistema UV/H2O2 foi eficiente na remoÃÃo dos compostos aromÃticos e, eficaz para os Ãsteres ftalatos benzil-butilftalato (BBP) e dietil-hexilftalato (DEHP) com 100% de remoÃÃo. O processo foto-Fenton com radiaÃÃo solar estudado com o lixiviado de Portugal apresentou-se como uma excelente opÃÃo no pÃs-tratamento do lixiviado em relaÃÃo aos outros sistemas estudados (UV/H2O2 e TiO2/UV) devido a mineralizaÃÃo dos compostos orgÃnicos terem sido de aproximadamente 80% de remoÃÃo do carbono orgÃnico dissolvido (COD), reduÃÃo da aromaticidade e descoloraÃÃo, alÃm de aumentar a biodegradabilidade do lixiviado. A concentraÃÃo Ãtima de ferro para o lixiviado estudado foi de 60 mg L-1 Fe+2, com consumo de H2O2 de 310, 6 mM e aproximadamente 110 kJ L-1 de energia acumulada., mas nÃo foi eficiente na remoÃÃo do Ãster dietil-hexil ftalato (DEHP), um dos principais ftalatos considerado como interferente endÃcrino. Os processos UV/H2O2 e TiO2/UV utilizando energia solar nÃo foram favorÃveis devido a reaÃÃo ser mais lenta em comparaÃÃo com o processo foto-Fenton e terem sido obtidos baixos valores de remoÃÃo de COD, indicando baixa mineralizaÃÃo dos compostos orgÃnicos presentes no lixiviado. / This work assessed the feasibility of using biological and advanced oxidation processes (AOP) as post-treatments for old leachate from stabilization ponds in series. Additionally, an analytical methodology for detection and quantification of aromatic compounds, organochlorides, phthalate esters and hormones, was developed. These compounds are considered as recalcitrant and rarely investigated in treated leachates, mainly in wastewater treatment plants located in the state of CearÃ. Initially, a physico-chemical characterization and a metal speciation was carried out, from which it was verified that COD and ammonia were above the limits permitted by environmental legislation, and also some metals. In the development of the analytical methodology for detection and quantification by GC/FID, the solid phase extraction using C-18 was the best technique for extraction and pre-concentration of the recalcitrant compounds and the best results in terms of recuperation were achieved for the aromatic compounds and phthalate esters. In the post-treatment experiments using biological reactors, aerated submerged reactor (ASR) and sequential batch reactor (SBR), both were efficient in the leachate nitrification reaching ammonia removal efficiencies above 90%. However, they were not efficient on phosphorus removal. In terms of recalcitrant compounds removal, SBR presented better results when compared with ASR for the aromatic compounds and phthalate esters. The advanced oxidation process UV/H2O2 reached turbidity and COD removal and decolourisation efficiencies above 90% from a reaction time of 120 minutes by using recirculation batch mode. The UV/H2O2 system was efficient in the removal of aromatic compounds and the phthalate esters benzyl butyl phthalate (BBP) and diethyl hexyl phthalate (DEHP), achieving 100% removal. The photo-Fenton process with solar radiation assessed with the leachate from Portugal showed to be an excellent option for the leachate post-treatment when compared to the other systems studied (UV/H2O2 and TiO2/UV). Mineralization of organic compounds has reached approximately 80% reduction of dissolved organic carbon (DOC), beside aromaticity and decolourisation reductions and increasing leachate biodegradability. The optimal iron concentration for the leachate studied was 60 mg L-1 Fe+2, with H2O2 consumption of 310.6 mM and approximately 110 kJ L-1 of accumulated energy. However, it was not efficient in the removal the ester DEHP, one of most important phthalates, which is considered an endocrine disruptor. The UV/H2O2 and TiO2/UV processes using solar energy were slower than the photo-Fenton process and low COD removals were achieved, which indicated low mineralization of the organic compounds present in the leachate.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-03-03T14:57:43Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bruna Guimarães Isecke - 2015.pdf: 1944574 bytes, checksum: 66e445d4335fe545fd67e110898abe01 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-03-03T15:34:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bruna Guimarães Isecke - 2015.pdf: 1944574 bytes, checksum: 66e445d4335fe545fd67e110898abe01 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T15:34:17Z (GMT). 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As these substances are not easily biodegradable and have harmful pharmacological properties when used incorrectly, through contaminated water, there is growing concern about its destination, especially when taking into account the environmental risk assessment. For these reasons, the detection, elimination and investigation of the fate of these estrogens has become priority on environmental chemistry. These products are found in low concentrations (μg.L-1 and ng.L-1), but even so, can be harmful to organisms through bioaccumulation. There are still few ecotoxicological studies related to the exposure of organisms to substances considered endocrine disruptors. The aim of the study was to develop and validate an analytical method for high-performance liquid chromatography (HPLC) to identify and quantify ethinyl estradiol, the study of degradation of the same compound in a photocatalytic reactor and also the calculation of the reaction kinetics for each curve ethinyl estradiol degradation. For analytical validation experiments were performed as set forth in the RE 899 2003 ANVISA. For the degradation experiments were carried application of UV settling and also photocatalysis experiments using titanium dioxide (TiO2) in suspension. By applying a 22 factorial design pH parameters were studied and mass of the catalyst and also its interaction with regard to treatment efficiency. The reactor was operated in batch and in continuous flow, in both cases there optimization. The analytical method was effective for detection and quantification of ethinylestradiol. The photocatalytic degradation test batch procedure presented great efficiency degradation of ethinyl estradiol present in water, obtaining a mean degradation of about 99% in about 120 minutes. The factorial design has shown that the most relevant factor in relation to the degradation efficiency was the pH, although there has been the appearance of a degradation by-product when used a basic pH (8.0). A greater treatment efficiency with smaller mass of TiO2 (0.05 gL-1). The reaction order and constant speed found for the experiments were as between 1 and 2. When the system is operating in continuous flow ethinyl estradiol degradation was approximately about 84% after optimization. The study shows that photocatalysis is very efficient to ethinyl estradiol degradation in water. / Vários estudos realizados apontam a presença de poluentes emergentes em águas superficiais, subterrâneas e de abastecimento público em vários países do mundo. Tais substâncias não são contempladas pela legislação e derivam de lançamentos de efluentes com tratamento inadequado ou inexistente. Nesse contexto, inserem-se os estrogênios sintéticos como o EE2 (etinilestradiol) que são encontrados em forma residual no meio ambiente, o que pode acarretar efeitos adversos tanto em organismos aquáticos quanto em organismos terrestres. Esses hormônios são absorvidos pelo organismo, sofrem reações metabólicas e uma quantidade deles, tanto em sua forma não metabolizada quanto em forma metabolizada, é excretada ao meio ambiente. Como essas substâncias não são facilmente biodegradáveis e possuem propriedades farmacológicas danosas quando utilizadas de forma incorreta, através de águas contaminadas, é crescente a preocupação em relação à sua destinação, principalmente ao se levar em consideração a avaliação de risco ambiental. Por tais motivos, a detecção, a eliminação e investigação do destino desses estrogênios tem se tornado prioridade em relação à química ambiental. Estes produtos são encontrados em baixas concentrações (μg.L-1 e ng.L-1) mas, mesmo assim, podem ser danosos aos organismos por meio de bioacumulação. Ainda existem poucos estudos ecotoxicológicos relacionados à exposição de organismos a substâncias consideradas desreguladoras do sistema endócrino. O objetivo do estudo foi desenvolver e validar um método analítico em cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) para identificação e quantificação de etinilestradiol, o estudo de degradação do mesmo composto em um reator fotocatalítico e também o cálculo da cinética de reação para cada curva de degradação de etinilestradiol. Para a validação analítica foram realizados experimentos conforme estabelecidos na RE 899 de 2003 da ANVISA. Para os experimentos de degradação foram realizados aplicação de radicação UV e também experimentos de fotocatálise com a utilização de dióxido de titânio (TiO2) em suspensão. Através da aplicação de um planejamento fatorial 22 foram estudados os parâmetros pH e massa do catalisador e também sua interação em relação a eficiência de tratamento. O reator foi operado em batelada e em fluxo contínuo, em ambos os casos houve a otimização. O método analítico se mostrou eficiente para detecção e quantificação de etinilestradiol. Os ensaios de degradação fotocatalítica em regime de batelada apresentaram grande eficiência na degradação do etinilestradiol presente em água, obtendo-se degradação média de cerca de 99% em aproximadamente 120 minutos. O planejamento fatorial nos mostrou que o fator mais relevante em relação à eficiência de degradação foi o pH, embora, tenha havido a aparição de um subproduto de degradação quando se utilizou um pH básico (8,0). Houve maior eficiência de tratamento com menor massa de TiO2 (0,05 g.L-1). A ordem de reação e constantes de velocidades encontradas para os experimentos foram de ordem entre 1 e 2. Quando o sistema foi operando em fluxo contínuo houve degradação de etinilestradiol em cerca de aproximadamente 84%, após sua otimização. O estudo nos mostrou que a fotocatálise é bastante eficiente para a degradação de etinilestradiol em água.

O grande impacto ambiental causado pelo chorume proveniente de aterros sanitários impulsiona as pesquisas para o seu tratamento, com o objetivo de se obter a máxima degradação possível dos seus contaminantes recalcitrantes e tóxicos, diminuindo-se assim a sua toxicidade. O desenvolvimento de uma tecnologia eficiente e econômica para o tratamento é indispensável devido ao grande volume gerado e à legislação ambiental cada vez mais restritiva. Desta forma, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) são avaliados como uma estratégia para o pré-tratamento, com um alto poder de degradação não seletivo e relação custo-benefício vantajosa. Dos diversos tipos de POAs existentes, aqueles que utilizam semicondutores para a fotocatálise heterogênea e luz solar como fonte de irradiação são os de maior interesse, devido a sua relativa eficiência, estabilidade fotoquímica, natureza não tóxica e baixo custo. Este estudo consistiu em avaliar o nível de degradação do chorume proveniente do aterro sanitário de Cachoeira Paulista - SP, utilizando como catalisador o ZnO irradiado pela luz solar, que possui um vasto espectro de fotoativação aliado ao seu baixo custo. As variáveis de entrada em dois níveis, foram o pH, o tempo de reação, a espessura da camada de ZnO impregnada sobre uma placa metálica e a concentração do efluente. Como variável resposta os valores de concentração expressa em Carbono Orgânico Total (COT) foi a mais adequada. O planejamento de experimentos utilizado foi o fatorial 23 com duplicata no ponto central. Na etapa delineatória, reduções de 28 % de COT foram alcançadas. A utilização da fotocatálise heterogênea utilizando ZnO fotoirradiado com luz solar se mostrou promissora para ser utilizada como um pré-tratamento do chorume. / The major environmental impact of leachate from landfills drives research to treat it, and aims to obtain the maximum degradation of their recalcitrant and toxic contaminants. The development of an efficient and economical treatment technology is indispensable due to the large volume generated and the increasingly restrictive environmental legislation. Thus, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are evaluated as a strategy to pre-treatment with a high power non-selective degradation and advantageous cost-benefit ratio. From various types of POAs, those which use the heterogeneous photocatalytic semiconductor and solar light as the source of irradiation are the most interesting, because of its relative efficiency, photochemical stability, low cost and non-toxic nature. This study have assessed the level of degradation of the leachate from the landfill of Cachoeira Paulista - SP, using ZnO irradiated by sunlight as catalyst, which has a wide spectrum of photoactivation combined with its low cost. The input variables on two levels, were pH, reaction time, the thickness of the ZnO layer impregnated on a metal plate and concentration of the effluent. The most appropriate output variable was concentration, expressed in means of Total Organic Carbon (TOC). For the photocatalytic process, a factorial design (23) was used for the design of experiments. In final stage, reductions of 28% TOC were achieved. The use of heterogeneous photocatalysis using solar photoirradiated ZnO seems to be a great alternative as a pre-treatment of leachate.

O efluente lácteo é caracterizado pelo elevado teor de matéria orgânica. Os principais impactos ambientais causados pelas indústrias de laticínios estão relacionados ao lançamento dos efluentes líquidos, geralmente com ineficiente controle ou tratamento, sendo de fundamental importância a implementação de técnicas de tratamento eficazes e de baixo custo. Dentro desta proposta, os chamados Processos Oxidativos Avançados (POAs) são tecnologias eficientes para a oxidação (parcial ou total) de compostos orgânicos de difícil degradação. O presente trabalho de pesquisa objetivou a avaliação da potencialidade da ozonização catalítica, para a redução da carga orgânica do efluente proveniente da indústria de laticínio Cia de Alimentos Glória da cidade de Guaratinguetá, oriundos do processamento de beneficiamento de leite, utilizando-se Fe2+ como catalisador em processo semi-batelada com reciclo. A caracterização do efluente lácteo in natura foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados de alguns parâmetros elencados nas legislações ambientais, destacando-se: DQO, COT, DBO5, Nitrogênio (orgânico e amoniacal), Fósforo total, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), surfactantes aniônicos, óleos e graxas e elementos metálicos. Através de planejamento fatorial fracionado 24-1, determinaram-se as melhores condições entre as variáveis potência do ozonizador, vazão de O2, concentração de Fe2+ e pH para a etapa de tratamento com POA, tendo como fator de resposta a redução da DQO e COT. Avaliou-se também uma nova configuração de reator em função de uma espuma formada durante o processo de tratamento. Os resultados obtidos para o conjunto de experimentos mostraram-se promissores, sendo que a redução média de COT com 63,95 % e de DQO com 70,50 % para o ensaio com as variáveis da reação otimizada, com o custo no valor de R$ 0,056 / L de efluente. Após o processo de ozonização catalítica, a amostra do melhor experimento: pH 4,0, concentração de Fe2+ 1,0 g L-1, potência 86 W, vazão de O2 0,5 L min-1, tendo como vazão mássica de O3 3,10 mg min-1, foi tratada por um processo biológico - Sistema Lodo Ativado (SLA), a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema conjugado (POA - SLA). Os resultados para o tratamento híbrido apresentou percentuais de reduções para COT de 82,95 %, DQO de 95,60 % e DBO de 93,09 %. / Dairy effluent is characterized by the high content of organic material. The major environmental impacts caused by dairy industries are related to the release of liquid effluents, generally with an inefficient control or treatment, which makes it essential to implement effective treatment techniques, at a low cost. Within this proposal, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are efficient technologies for oxidation (partial or total) of organic compounds of difficult degradation. This research study aimed at assessing the potential of catalytic ozonation for reduction of the effluent organic load from the dairy industry Cia de Alimentos Glória located in the city of Guaratinguetá, State of São Paulo, Brazil, derived from milk processing, using Fe2+ as catalyst in a semi-batch process with recycle. The characterization of milky effluent in natura was performed by using established and optimized methods of some parameters listed in environmental legislation, among them: COD, TOC, BOD5, Nitrogen (organic and ammoniacal), total Phosphorus, Iron, Solids (TS, FTS, VTS), anionic surfactants, oils and greases and metallic elements. Through fractional factorial design 24-1, the best conditions among the power variables of the power ozonator, O2 flow, Fe2+ concentration and pH were determined for the treatment stage with AOP, with a response factor of COD and TOC reduction. A new configuration of reactor was also assessed due to the presence of foam during the treatment process. The obtained results for the set of experiments were found to be promising, with an average reduction of TOC of 63.95 % and of 70.50 % for COD for the test with optimized reaction variables, with a cost of U$$ 0.02 / L of effluent. After the catalytic ozonation process, the sample of the best experiment was: pH 4.0, concentration of Fe2+ 1.0 g L-1, power of 86 W, flow of O2 0.5 L min-1, with mass flow of O3 3.10 mg min-1, was treated by a biological process in order to verify to verify the efficiency of degradation of the organic matter of the effluent studied through the conjugated (AOP - AS) system.The results for the hybrid treatment showed percentages of reductions for TOC of 82.95 %, COD of 95.60 % and BOD5 of 93.09 %.

A ocorrência de fármacos no meio ambiente tem se tornado um assunto de interesse nos últimos anos. A preocupação com a presença de produtos farmacêuticos decorre de sua persistência química, resistência microbiana, e efeitos sinérgicos, que levam às implicações toxicológicas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento do efluente farmacêutico endoparasiticida. Para isso, os processos Fenton e Foto-Fenton foram usados para se obter a redução da carga orgânica do efluente em questão. Para a caracterização analítica do efluente farmacêutico in natura e tratado foram empregados métodos estabelecidos e otimizados, tais como DQO, COT, DBO5, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), fenol e análise de elementos via absorção atômica. Por meio de dois arranjos ortogonais - Taguchi L9 e Taguchi L16 - os parâmetros de melhor eficiência para o tratamento por Fenton e Foto-Fenton foram determinados. A matriz L9 foi utilizada para estudo exploratório dos fatores mais importantes na redução percentual da DQO. Este estudo mostrou que a condição experimental na qual se observou a maior porcentagem de redução de DQO (da ordem de 86,2 %) no efluente farmacêutico foi o experimento com reagente Fenton igual a 31,7g H2O2 e 2,2 g Fe2+, sem radiação ultravioleta, pH igual a 3,0 e temperatura de 30 °C. Já com a matriz L16 foram determinados os melhores experimentos, tendo como fatores resposta o percentual de redução do COT e percentual de degradação dos princípios ativos Fenbendazol e Triclabendazol. Portanto, a melhor configuração dos fatores foi Temperatura de 20°C, massa de H2O2 igual a 30 g, massa de Fe2+ igual a 2,5 g, pH igual a 3,0 e potência de radiação ultravioleta de 28 W, ou seja, a configuração que apresentou as maiores porcentagens de redução do COT (da ordem de 73,6%), degradação do Fenbendazol (da ordem de 77,8 %) e degradação do Triclabendazol (da ordem de 91,5 %). / The occurence of the drugs in the environment has become a subject of interest in the latest years. The concern with the presence of pharmaceutical products comes from its chemical persistence, microbial resistence and synergistic effects which lead to toxicological implications. The objective of this work was to evaluate of the treatment of endoparasiticide pharmaceutical effluent. For that, the photo-Fenton and Fenton were used for achieving the reduction of the organic load of the effluent in question. For the analytical characterization of pharmaceutical effluent in natura and treated were employed methods established and optimized such as DQO, COT, TOC, DBO5, Iron, Solid ( ST, STV, STF), phenol and element analysis via atomic absorption. By means of two orthogonal arrangements - Taguchi L9 and L16 - parameters of better efficiency in the treatment by Photo-Fenton and Fenton were determined. The L9 matrix was used for exploratory study of the most important factors in reducing the percentage of DQO. This study showed that the experimental condition, in which it was observed the highest percentage reduction of DQO (approximately 86.2%) in the pharmacist effluent, was the experiment with Fenton\'s reagent equal to 31,7g H2O2 e 2,2 g Fe2+, without ultraviolet radiation, pH equal to 3.0 and a temperature of 30 ° C. With the L16 matrix were determined as the best experiment with response factors the percentage reduction of COT and percentage of degradation of the active Fenbendazole and Triclabendazole. Therefore, the best configuration of the factors was 20 º C, H2O2 mass equal to 30g, Fe2 + mass of 2.5 g, and pH equal to 3.0 and power of 28W ultraviolet radiation, in other words the configuration that had the greatest percentage reduction of COT ( the order of 73.6%), Fenbendazole degradation (the order of 77.8%) and degradation Triclabendazole (the order of 91.5%).