Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-11T12:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_JacquelineFiuzados_D.pdf: 944991 bytes, checksum: be9d470f417d964bcd97a0494f5f0412 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar o desempenho de um flotador utilizando uma pedra porosa inserida na garganta de um Venturi modificado para formação de bolhas de ar, utilizadas para flotar partículas suspensas de leite após ajuste do pH a aproximadamente 4,6, no qual ocorre o ponto isoelétrico das proteínas do leite implicando na precipitação das mesmas. O uso do Venturi dispensa o uso de compressores e válvulas de redução de pressão para formação das bolhas de ar, essenciais na operação de flotação. Foram realizados ensaios em sistema descontínuo e contínuo para diferentes tempos de flotação, diferentes vazões de reciclo de água residuária (QL) e de ar (Qar). A eficiência do sistema foi avaliada através da determinação da concentração de sólidos suspensos de leite floculado no afluente e no efluente do equipamento. Os resultados encontrados demonstraram que o flotador foi eficiente para remoção de partículas sólidas floculadas de água residuária láctea sintética tanto em sistema descontínuo quanto em contínuo, apresentando, respectivamente, eficiências máximas de separação de sólidos em torno de 100% e 70%. Portanto, os experimentos realizados em sistema descontínuo apresentaram melhores eficiências de separação de sólidos / Abstract: The objective of this work was to develop and evaluate the performance of a flotator with a porous stone inserted in the modified Venturi throat for bubbles air formation, used to float suspended particles of milk after settlement of the pH to approximately 4.6, in which occurs the milk proteins isoeletric point implying in the proteins precipitation. The use of the Venturi excuses the use of steam and pressure reduction valves for bubbles air formation, essential in the flotation. It was carried out experiments in batch and continuous system for different flotation times, different wastewater recycle flow rates (QL) and air flow rates (Qar). The system efficiency was evaluated through the determination of the suspended solids concentration of the flocculated milk in the affluent and effluent of the equipment. The results found showed that the flotation equipment was efficient for flocculated solid particles removal from synthetic milky wastewater in batch and continuous system, with maximum solids separation efficiencies around 100% and 70%, respectively. Therefore the experiments carried out in batch system presented better solids removal efficiencies / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Edson Aparecido Abdul Nour / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-25T02:32:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_GuilhermeAugustoda_M.pdf: 2678513 bytes, checksum: 34afef846ff5c1c96bb5c9b85443853c (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O presente estudo monitorou um sistema combinado anaeróbio-aeróbio com o objetivo de caracterizar a microfauna contida na biomassa aderida do reator aeróbio e determinar sua correlação com variáveis físicas e químicas, além de avaliar a redução da toxicidade do afluente do sistema para as espécies Vibrio fischeri e Girardia tigrina. O tratamento de esgoto com características sanitárias foi realizado por sistema em escala piloto constituído por filtro anaeróbio (FA), com volume de 300 L, seguido de biofiltro aeróbio submerso (BAS), com volume de 150 L, ambos preenchidos com meio suporte, seguidos de um decantador (DEC) com volume de 50 L. O sistema está instalado nas dependências do Laboratório de Protótipos de Tratamento de Águas e Efluentes (LABPRO) da FEC/UNICAMP. A pesquisa foi dividida em 4 etapas que se diferenciaram pela razão de recirculação entre efluente tratado e o efluente bruto que alimentava o sistema. Na etapa 1 (E1) não houve recirculação, ou seja, razão 0, na etapa 2 (E2) a razão foi de 1,5, na etapa 3 (E3) de 3,0 e na etapa 4 (E4) de 4,0. Foram monitorados 5 pontos de coleta no sistema: P1-esgoto bruto, P4- altura de 40 cm no BAS, P6-altura de 140 cm no BAS, P7-altura de 200 cm no BAS e P8-esgoto tratado. Foram coletadas amostras semanalmente para caracterização da microfauna e determinação das variáveis físicas e químicas, enquanto que os testes de toxicidade foram realizados 3 vezes em cada etapa sendo um no início, um no meio e outro no fim da etapa. A correlação foi estabelecida entre os grupos componentes da microfauna ¿ ciliados predadores de flocos (CPF), ciliados livre natantes (CLN), ciliados fixos (CF), amebas (AMB), flagelados (F) e micrometazoários (MTZ) ¿ e variáveis físicas e químicas tais como pH, temperatura, oxigênio dissolvido, nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato, demanda química de oxigênio (DQO), dentre outras. Na E1 foi encontrada correlação negativa entre o grupo F e as variáveis pH, alcalinidade parcial, alcalinidade total e nitrogênio amoniacal em P4. Em P7 foi determinada correlação positiva entre o grupo CF e pH, alcalinidade parcial, alcalinidade total, NTK e nitrogênio amoniacal, e correlação negativa com nitrato. Na E2 no ponto P4 foi possível correlacionar positivamente o grupo MTZ com nitrato, e negativamente com alcalinidade parcial. O grupo CLN foi correlacionado positivamente com nitrogênio amoniacal, NTK e DBO, e negativamente com nitrito e nitrato em P7. Na E3 o grupo CLN do P7 apresentou correlação positiva com pH, alcalinidade parcial e DBO, e negativa com oxigênio dissolvido e nitrato. Na E4 não foram obtidas correlações significantes para os pontos P4 e P6. Já em P7, o grupo AMB foi correlacionado positivamente com NTK. O esgoto bruto que alimentou o sistema apresentou toxicidade em todas amostras coletadas tanto para Vibrio fischeri quanto para Girardia tigrina. Para o organismo Vibrio fischeri todos os valores de CE50 determinados para o efluente tratado foram considerados não tóxico em cada etapa. Para Girardia tigrina ocorreu uma redução gradual da toxicidade do esgoto tratado ao longo de E1, E2 e E3, e não foi observada toxicidade em E4. P7 se mostrou como o melhor ponto para caracterização da microfauna devido à maior frequência dos grupos da microfauna, além de gerar maior número de correlações com as variáveis do que os pontos P4 e P6. Além disso, foi possível concluir que o sistema combinado foi considerado eficiente na redução de toxicidade para as espécies utilizadas de acordo com os parâmetros de operação aplicados ao sistema / Abstract: This study monitored an anaerobic-aerobic combined system aiming to characterize the microfauna contained in the aerobic reactor biomass and to determine its correlation to physical and chemical variables; it also aimed to asses the wastewater toxicity reduction of the system to the Vibrio fischeri and Girardia tigrina species. The treatment of wastewater with sanitary characteristics was accomplished by a pilot-scale system using an anaerobic filter (AF - 50 L) followed by a submerged aerobic biofilter (SAB - 150 L), both filled with support media, and a clarifier (50 ¿ L). The system is installed at the Laboratório de Protótipos de Tratamento de Águas e Efluentes (LABPRO) from FEC/UNICAMP. The research was divided into 4 stages that differentiate from each other by the recirculation ratio of treated effluent over affluent in the system. In stage 1 (S1), there was no recirculation, so the recirculation ratio was 0. In stage 2 (S2), the ratio was 1,5; in stage 3 (S3), the ratio was 3,0 and in stage 4 (S4), the ratio was 4,0. Five sample points were monitored in the system: P1 ¿ raw wastewater, P4 ¿ 40 cm height in SAB, P6 ¿ 140 cm height in SAB, P7 ¿ 200 cm height in SAB, and P8 ¿ treated wastewater. Samples were collected weekly for microfauna characterization and determination of physical and chemical variables, while toxicity essays were conducted 3 times at each stage: one at the start of the stage, one in the middle of the stage, and the last one at the end of the stage. The correlation was established between the groups that constitute microfauna ¿ crawling ciliates (CC), free swimming ciliates (FSC), sessile ciliates (SC), testae amobae (TA), flagellates (F) and micrometazoa (MTZ), as well as physical and chemical variables, such as pH, temperature, dissolved oxygen, chemical oxygen demand (COD), and others. In S1, negative correlation was established between group F and the variables pH, partial alkalinity, total alkalinity and ammonia nitrogen for P4. In P7, positive correlation was determined between group SC and ph, partial alkalinity, total alkalinity, TKN and ammonia nitrogen, and negative correlation to nitrate. In S2 for P4, it was possible to positively correlate the group MTZ to nitrate, and negatively to partial alkalinity. The group FSC correlated positively to ammonia nitrogen, TKN and BOD, and negatively to nitrite and nitrate in P7. In S3, the FSC group of P7 correlated positively to pH, partial alkalinity and BOD, and negatively to dissolved oxygen and nitrate. In S4, no significant correlation was found for P4 and P6. For P7, the TA group showed positive correlation to TKN. The raw wastewater that fed the system was determined as toxic to all samples collected to Vibrio fischeri and Girardia tigrina. For the organism Vibrio fischeri, all CE50 values determined for treated wastewater were considered nontoxic in every stage. For Girardia tigrina, a gradual toxicity reduction occurred for treated wastewater during S1, S2, and S3, but in S4, all samples were nontoxic. From the results, P7 showed to be the best point for microfauna characterization due to the bigger frequency of microfauna groups in this point and because it generated more significant coefficients that correlated to variables than points P4 and P6. In addition, the combined system is considered efficient when it comes to reducing toxicity for the species used according to the operation parameters applied in the system / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Abstract The objective of this study is to demonstrate an ecological and economic recovery process, which was developed and implemented at Stora Enso Oyj Fine Paper Oulu mill during the period 2000 to 2002. The ECO plant recovers the material called ECO pigment from the effluent treatment sludge and it can be used as a filler in multicoated fine paper production for art printing purposes. The ECO plant process consists of the following process stages. First, there is a separating phase for the recoverable material from fibres and other rejects, which is done with a wire washer. Then the fractionating of the recoverable material is performed with two-stage centrifugal cleaners. Chemical treatment with peracetic acid is used as a preservative and to increase the brightness of the ECO pigment a little. Then the recoverable material is stored in the pigment storage area and dosed to the paper machines as a filler. The rejects from the ECO plant are thickened in belt filter presses and then transferred to the bark storage area, where they are mixed with bark and combusted in a solid fuel boiler. The majority of the particles of the recovered ECO pigment were less than 45 μm; this size of particle accounted for 96.4% (on average) according to the studies made between June and December 2002. The use of ECO pigment is not found to cause more web defect problems on the base paper than before, according to the studies of the number of total web defects with the achieved particle size distribution and because the microbe content has been controlled. There are three sources from which the ash content of the base paper is composed after the start-up of the ECO plant, i.e. the broke, the virgin filler and ECO pigment. Therefore the use of ECO pigment partly decreases the need to use virgin filler. The ECO pigment was tested in the coating colour in pilot tests, and based on these results it could be used in the coating colour. The dry solid content of the ECO pigment has to be increased from the present level for the coating application.

A passive treatment alternative for the removal of metal and organic contaminants from runoff and effluent in CDFs was evaluated in this study. Activated carbon impregnated curtains have been used for different remediation projects; however, very little research has been conducted to understand its sorption behavior, breakthrough time, and exhaustion time of contaminants under high flow rates characteristic of CDF runoff and effluent. The major objectives of this study were to evaluate the efficiency of the curtain in removing contaminants from a synthetic effluent in a flow through regime and estimate the expected life of the curtains. Equilibrium tests, batch sorption tests and column tests were conducted to evaluate the feasibility of this alternative. The copper column tests showed that the curtain is not efficient in the removal of metals; whereas, the Aroclor1016 column tests showed that the curtains could potentially be used as a treatment alternative for organic contaminants.

Treatment of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) Raceway Effluent Using Baffled Sedimentation and Artificial Substrates. The treatment performance of a 6 m wide by 67 m long by 0.8 m deep, baffled sedimentation basin receiving rainbow trout <i>(Oncorhynchus mykiss)</i> raceway effluent was evaluated with and without the installation of artificial substrates (Aquamats®). Treatment efficiency was also determined using normal rearing condition effluent loading versus cleaning and harvesting events. Total suspended solids (TSS) removal for the total basin averaged 79% and 71% during normal rearing conditions, as compared to 92% and 79% during cleaning and harvesting operations, when the Aquamats® were installed versus removed, respectively. Total phosphorus (TP) removal by the total basin, with and without Aquamats®, was 20% and 23% during normal rearing conditions as compared to 55% and 65% under cleaning and harvesting conditions, respectively. Higher TP removal during cleaning operations was attributed to sedimentation of particulate fractions. Dissolved nutrient removal (ortho-phosphate (OP), total ammonia nitrogen (TAN), nitrate, nitrite, and total organic carbon (TOC)) was not consistent throughout the basin and did not improve when the Aquamats® were installed. A short contact time and periphyton grazing by isopods may have limited the capacity of the Aquamats®. Calculated retention times with and without Aquamats® for the first half and total basin were 37% and 32% and 27% and 17% less than theoretical values, respectively based on a rhodamine WT dye study. Average surface overflow rates were adjusted accordingly and measured 19.1 m³/m²-day when the Aquamats® were installed, versus 14.8 m³/m²-day when the Aquamats® were removed for the overall basin. These rates are lower than previous recommendations for treating aquaculture effluents, but resulted in with high solids removal and consistently low TSS effluent (average < 2 mg/L) which may be necessary for strict discharge permits. Use of the overall basin minimized the occurrence of TSS measurements > 2 mg/L by 50%. For the first half of the sedimentation basin, the overflow rate averaged 44.1 m³/m²-day with Aquamats® versus 35.8 m³/m²-day without Aquamats®. The majority of effluent treatment occurred within the first half of the basin, which was responsible for 84% and 94% of total TSS removal, 42% and 100% and 61% and 80% of total TP removal during normal and cleaning/harvesting conditions, respectively.> Characterization of Nutrient Leaching Rates from Settled Rainbow Trout <i>(Oncorhynchus mykiss)</i> Sledge The leaching of nutrients from settled rainbow trout <i>(Oncorhynchus mykiss)</i> sludge into overlying water was evaluated over a 7 day period. Nutrient leaching was assessed in a stagnant reaction tank and one agitated by aeration to simulate turbulent conditions in stocked production raceways. Leaching of total phosphorus (TP), ortho-phosphate (OP), total Kjeldahl nitrogen (TKN), total ammonia nitrogen (TAN), and total organic carbon (TOC) occurred rapidly during the first 24 h in both stagnant and agitated conditions. The highest 24 h leaching occurred in the agitated tank, and power regression equations accurately described the varying rates of increasing TP, OP, TAN and TKN. In the stagnant tank, linear increases of TP, OP, TKN and TAN concentrations occurred during the first 24 h. These linear increases continued from day 2-7, but at slower rates than occurred during the first 24 h. Average nutrient leaching rates (mg leached/g sludge-h);(dry weight basis) were calculated based on linear concentration increases. In the agitated tank, nutrient concentrations decreased after 60 h, as aerobic bacterial uptake and/or chemical precipitation was suspected. Therefore, average leaching rates could not be determined. These findings reveal that daily cleanout of settling areas could eliminate the release of TP, OP, TAN, TKN, and TOC from settled solids by 66%, 65%, 39%, 76% and 51%, respectively, as compared to weekly cleanout schedules. Sustained leaching rates indicate nutrient release will likely continue beyond 7 days. This information suggests aggressive and continuous sludge management is most beneficial for maintaining high water quality and regulatory discharge compliance in fish production. / Master of Science

[pt] A presente pesquisa foi direcionada à degradação de amônia em efluentes industriais pela oxidação com Ácido de Caro. A amônia é considerada um poluente por ter efeitos ecotoxicológicos em corpos hídricos. A abordagem selecionada para remoção de amônia por oxidação levou à escolha do Ácido de Caro por este apresentar características de ser um poderoso agente oxidante e por ser este adequado a uma tecnologia limpa.Utilizou-se uma amostra de efluente sintético, com uma concentração de amônia de 100 mg/L para o estudo cinético experimental conduzido em regime de batelada em escala de laboratório para determinar as variáveis de influência mais significativas e seus níveis, em um planejamento fatorial 2 elevado à 3, levando em conta as três variáveis, catalisador [Cu2+] em mg/L, pH e razão molar H2SO5:NH3. Foram calculados como variáveis resposta a velocidade inicial de degradação em mg/L.min e a porcentagem de remoção da amônia. Mediante análise estatística demonstrou-se que as variáveis mais influentes foram o pH e a razão molar H2SO5:NH3, e em menor grau a presença de catalisador Cu2+. O Ácido de Caro mostrou ser mais eficiente em condições alcalinas do que em condições ácidas, e mostrou-se um sistema efetivo nas seguintes condições: [Cu2+]=1mg/L, pH=9, H2SO5:NH3 = 48:1 adicionado em forma estagiada, o que levou a atingir uma concentração de amônia a valores menores de 20 mg/L em 150 min, a 25ºC. / [en] The aim of this work is the degradation of ammonia present in industrial effluents by Caro`s Acid. Ammonia is considered a polluntant because of its toxicological effects in aquatic resources. Caro´s acid has been selected in the present study for the removal of ammonia because of its powerful oxidant characteristics and for it being used as a clean reagent. A sample with synthetic effluent with ammonia concentration grade of 100 mg/L was used for the experimental kinetic study conduced in batch reactor and laboratory scale for determination of the most significant variables and levels to develop a factorial design 2[3], with three variables: catalyst [Cu2+] mg/L, pH and molar ratio H2SO5:NH3. The considered response variables were the initial velocity of degradation and the ammonia removal percentage. Through statistic analysis, it was demonstrated that the most significant variables were pH and molar ratio H2SO5:NH3, and, in lower importance, the presence of the catalyst Cu2+. Caro´s acid has appeared as a possible oxidative in alkaline conditions, and was shown as an effective system in the following conditions: [Cu2+] =1mg/L; pH=9; H2SO5:NH3 = 48:1 in the staged addition, leading to residual ammonia concentration values of less than 20 mg/L in 150 min, at room temperature.

[pt] Efluentes contendo cianeto estão presentes em indústrias de importância como a minero-metalúrgica, siderúrgica, entre outras, constituindo estes potenciais riscos para os ecossistemas, devido à elevada toxicidade do cianeto. O alvo do presente trabalho foi estudar a cinética de degradação do cianeto com ácido de Caro (H2SO5), um poderoso oxidante produto da reação entre o H2SO4 e H2O2, e desenvolver um modelo matemático que envolvesse a oxidação de CN - e a decomposição simultânea do H2SO5. Os ensaios foram realizados em regime de batelada, e as amostras utilizadas na degradação foram soluções sintéticas de CN - livre. A metodologia experimental envolveu um desenho fatorial 24, levando em conta 4 variáveis: [CN-] mg/L, razão molar [H2SO5]:[CN-], pH e tipo de ácido de Caro, com a finalidade de avaliar o efeito de cada variável na cinética da degradação. A análise estatística mostrou que as variáveis mais preponderantes na cinética de degradação foram [CN-] mg/L e [H2SO5]:[CN-]. Uma avaliação físicoquímica mostrou também uma maior velocidade de degradação a um pH 9 em relação a um pH 11, enquanto que um tipo de [H2SO5] de razão molar H2SO4//H2O2 igual a 3:1 teve uma maior eficiência que utilizando um [H2SO5] de razão estequiométrica 1:1. O ácido de Caro mostrou-se efetivo na degradação de cianeto, permitindo que em condições de: [CN-]o = 400 mg/L, , pH = 9, razão molar [H2SO5]/[CN-] = 3:1, e tipo de [H2SO5] = 3:1, atingi-se uma concentração final de [CN-] < 0,2 mg/L em um t = 10 min. / [en] Effluents containing cyanides are generated in important industrial áreas such as mining-metallurgical, steelmaking, petrochemical, amongst others, carrying potential risks to the environment due to the high toxicity of cyanide. The aim of the present work is to study the kinetics of cyanide degradation with Caro s Acid (H2SO5), a powerful oxidant generated by the reaction between concentrated grades of H2SO4 and H2O2, and to develop a mathematical model involving CN - oxidation and simultaneous self-decomposition of H2SO5. The experiments were conducted in batches using synthetic solutions of free cyanide. The experimental methodology employed involved a 24 factorial design with the four factors: initial [CN-] mg/L, molar rate [H2SO5]:[CN-], pH e type of Caro s acid, with the aim to evaluate the effect of these factors in the process reaction kinetics. The statistical analyses showed that the most affecting variables were initial [CN-] mg/L and [H2SO5]:[CN-] molar ratio. Nevertheless a physicalchemical evaluation showed that also pH and type of Caro s Acid made of 1 or 3 moles of H2SO4 with 1 mole of H2O2, had effect on the kinetics. The highest observed reaction rate was obtained in the following conditions: initial [CN-] = 400 mg/L, molar ratio [H2SO5]/[CN-]= 3:1, pH = 9 and type of Caro s acid = 3 moles H2SO4 to 1 mole H2O2, achieving a value of [CN-] < 0,2 mg/L in t = 10 min.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar quanti/qualitativamente a água residuária do efluente suinícola no sistema de produção, no sistema de tratamento, e ainda, a reutilização do efluente em cultivo de pastagem do gênero Brachiária decumbens. A pesquisa desenvolveu-se em quatro etapas onde a primeira etapa foi um levantamento das propriedades suinícolas do Estado de São Paulo e suas condições de operacionalidade. Em seguida, escolheu-se uma determinada propriedade a fim de que as próximas etapas pudessem ser conduzidas. Sendo assim, analisou-se a água residuária de todas as fases do sistema criatório de suínos considerando os parâmetros químicos (pH, Al, B, Ba, B, Ca, Cd, Co, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Sr e Zn), físicos (sólidos totais, dureza, turbidez e condutividade elétrica), bioquímicos (DBO e DQO) e microbiológicos (coliformes totais e E.coli). Logo após esta etapa, considerouse as mesmas análises para o sistema de tratamento presente na propriedade escolhida. Dos resultados obtidos pode-se concluir a existência de uma situação agravante ao qual se encontra as propriedades suinícolas do Estado de São Paulo frente ao descaso pelo problema ambiental provocada pelo efluente animal. Pelos parâmetros analisados, conclui-se pela segunda etapa desta pesquisa que, pelo elevado fator poluente do efluente de suínos, a aplicação deste na agricultura de forma bruta fica completamente comprometida. Como observado na fase III, há eficiência de remoção dos elementos tóxicos no decorrer do sistema de tratamento, podendo este efluente ser aplicável ao solo e a planta com o devido cuidado de manejo. Para a produtividade, resultados da fase IV comprovam o elevado incremento de massa verde e massa seca obtido nas amostras irrigadas com efluente das lagoas de tratamento, com destaque para a lagoa 2 que apresentaram maior produtividade. / This work aimed to evaluate quantitative and qualitative traits of residual water of swine effluents from pork production system and in treatment system, and also, the effluent reutilization in Brachiaria decumbens pasture. This investigation can be sheared in four steps. First, the management conditions of swine farms in São Paulo State were registered. Following, one farm was chosen in order to carry out the further steps. Thus, residual water from all phases of swine breeding system was analyzed considering chemical (pH, Al, B, Ba, B, Ca, Cd, Co, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Sr e Zn); physicals (total solids, hardness, electrical conductivity); biochemical (DBO and DQO) and microbiological parameters (total coliforms and E. coli). Our results showed the worsening situation of swine farms in São Paulo State as a consequence of lacking attention to the environmental problem caused by hog pollution. Throughout the results found in second step of our study, we conclude that the high pollution potential of swine effluents prejudices its agricultural application in large scale. In the third step, we found the efficiency of removing toxic elements from treatment system, which become possible to use (with management cares) this cleaned effluent on soil and plants. For the productivity, in phase IV proved the increase in growth of green matter and dry matter in sample that were irrigated mainly with effluents from lagoon 2 did have increase of productivity.

Dentre as atividades realizadas pelas indústrias metalúrgicas, destaca-se o forjamento, onde o aço é processado em prensas sob altas temperaturas, resultando na conformação do mesmo no formato desejado. Durante o forjamento, é necessária a aplicação de um lubrificante sobre a peça a fim de reduzir o atrito metal-metal, possibilitando a remoção da peça forjada do interior da matriz. O lubrificante também tem a função de arrefecer, proteger e prolongar a vida útil das matrizes. O lubrificante à base de grafite, por possuir baixo custo, é o mais comum, sendo empregado em cerca de 80% das forjarias. Esses lubrificantes são, historicamente, produzidos em base óleo e, atualmente, também em base água. Após alguns ciclos no processo de conformação, esses lubrificantes são descartados e se juntam à água de lavagem de máquinas, matrizes, pisos e demais águas residuais, gerando um efluente de considerável complexidade que precisa ser tratado a fim de que sejam atendidos os parâmetros de emissões estabelecidos pela legislação. Neste contexto, o objetivo geral desta pesquisa foi desenvolver um tratamento para efluente oriundo da forjaria empregando lubrificantes grafíticos em base água. Amostras de efluentes foram coletadas e caracterizadas em relação aos parâmetros previstos na licença de operação (LO) - pH, sólidos suspensos, sulfetos, DQO, DBO, P, N, Al, B, Pb, Cu, Fe, Ni, Zn e óleos e graxas. Estudos mais detalhados foram realizados em uma amostra, onde se mediram a tensão superficial, a distribuição granulométrica, o potencial zeta e o ângulo de contato entre as fases grafite/água/ar. Essa amostra foi submetida a estudos de tratamento de efluentes por coagulação-floculação seguido de sedimentação ou flotação por ar dissolvido para a remoção dos sólidos suspensos. O lodo gerado foi caracterizado em termos do teor de água e a fase sólida em relação a análise imediata, composição elementar, composição cristalina e poder calorífico. Os resultados demonstraram que o efluente de forjaria base água apresenta uma alta concentração de sólidos suspensos, basicamente partículas de grafite na faixa granulométrica de 1,9 a 13,6 μm. O processo de tratamento do efluente deve iniciar pela remoção do material suspenso, que pode ser realizado por coagulação-floculação. A coagulação foi realizada com sucesso empregando uma concentração de 360 mg Al/L na forma de PAC e 25 mg/L de polímero floculante (poliacrilamida catiônica). Testes com coagulantes a base de ferro também foram realizados com resultados satisfatórios, mas apresentando coloração ao final do tratamento. A separação dos flocos pode ser realizada tanto por sedimentação como por FAD, entretanto a alta concentração de sólidos exige deste último uma alta taxa de reciclo e uma pressão de saturação elevada. O lodo gerado do tratamento em laboratório, tanto PAC quanto cloreto férrico, apresenta teores de carbono acima de 70%. O material é enriquecido em grafite, o que abre um leque de possibilidades para sua destinação, que pode ser em: lubrificantes, eletrodos, material energético para cimenteiras e termoelétricas e síntese de diamantes. A análise elementar demonstrou um teor de cinzas de 20%, teor de matéria volátil de 8% e carbono fixo de 72%. O poder calorífico é da ordem de 6200 cal/g. Testes em escala industrial comprovaram a eficiência do tratamento por coagulação-floculação com PAC e polímero catiônico, seguido das etapas de sedimentação e filtração, com valores de eficiência de tratamento superiores a 90% para a maioria dos parâmetros previstos na licença de operação. Conclui-se que há benefícios operacionais, ambientais e econômicos na substituição do lubrificante de grafite base óleo pelo lubrificante base água, pois há a redução da carga poluidora, simplificação do processo de tratamento, economia em reagentes e a possibilidade de obtenção de um lodo rico em grafite. / Among the activities performed by metallurgical industries, forging excels, where the steel is processed in presses using high temperatures, resulting in a conformation of the desired format. During forging, it is necessary to apply a lubricant over the part in order to reduce metal-to-metal friction, making it possible to remove the forged part from the inner die. Lubricant also has the function of cooling, protecting and prolonging the life of the dies. Because graphite based lubricant has the lowest cost, it is the most common lubricant, being used in about 80% of the forging. Historically, these lubricants have been produced on an oil-based basis and are now also produced in based water. After a few cycles in the forming process, these lubricants are disposed and are mixed to the water of washing the machines, dies, floors and other waste water. It generates an effluent of considerable complexity that needs to be treated in order to meet the emission parameters established by the agency laws. In this context, the objective of this research was to develop a treatment for the effluent from the forging using graphite water based lubricants. Samples of the effluent were collected and characterized in the parameters of the operating license (LO) - pH, suspended solids, sulfides, COD, BOD, P, N, Al, B, Pb, Cu, Fe, Ni, Zn and oils and greases. More detailed studies were carried out in one sample, where were measured surface tension, particle size distribution, the zeta potential and contact angle between the graphite / water / air phases. This sample was submitted to effluent treatment by coagulation-flocculation followed by sedimentation or flotation by dissolved air for the removal of suspended solids. The sludge generated was characterized in terms of the water content and the solid phase in immediate analysis, elemental composition, crystalline composition and calorific value. The results showed that the water based forging effluent presents a high concentration of suspended solids, basically graphite particles in the size range of 1.9 to 13.6 μm. The treatment of the effluent should begin by the removal of the suspended material, which can be carried out by coagulation-flocculation. Coagulation was successfully performed using a concentration of 360 mg Al / L in PAC (aluminum polychloride) and 25 mg / L of flocculating polymer (cationic polyacrylamide). Tests with iron-based coagulants were also performed with satisfactory results, but presented coloration at the end of treatment. The separation of the suspension can be achieved either by sedimentation or by DAF (Dissolved Air Flotation). However the high concentration of solids requires a high recycle rate and a high saturation pressure. The sludge generated from the laboratory treatment, both PAC and ferric chloride, contained carbon above 70%. The material is enriched in graphite, which opens a range of possibilities for its destination, which can be in: lubricants, electrodes, energy material for cement and thermoelectric and diamond synthesis. The elemental analysis showed an ash content of 20%, volatile material content of 8% and fixed carbon of 72%. The calorific value is of the order of 6200 cal/g. Industrial scale tests proved the efficiency of the coagulation-flocculation treatment with PAC and cationic polymer, followed by sedimentation and filtration steps, with efficiency values above 90% for most of the parameters provided in the operating license. It is concluded that there are operational, environmental and economic benefits in the substitution of oil-based graphite lubricant for water-based lubricant, as there is a reduction of the pollutant load, simplification of the treatment process, savings in reagents and the possibility of obtaining a graphite rich sludge.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:01:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Victor Freitas.pdf: 3096771 bytes, checksum: 9102adbcaf7f7b431124f85eda0a0766 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O desenvolvimento de novos produtos químicos tem melhorado significativamente a qualidade de vida da população. Entretanto esses novos produtos podem ser danosos ao meio ambiente necessitando de meios para sua eliminação ou neutralização. As zeólitas são aluminossilicatos cristalinos que podem atuar como os catalisadores de oxidação/redução (redox) necessários para a formação dos radicais hidroxilas empregadas nos Processos de Oxidação Avançada (POA s), especialmente se algum metal for inserido em sua estrutura cristalina Neste contexto, os POA s têm atraído grande interesse tanto da comunidade científica como industrial por promover a completa mineralização dos contaminantes orgânicos em meio aquoso. Também é apreciável que esses materiais tenho baixo custo para aplicação em grande escala. Dentre os materiais precursores de zeólitas a caulinita apresenta grande potêncial por ser um argilomineral com proporção Si/Al ~ 1 e ter ampla ocorrência natural em todo o território brasileiro. Nesse sentido o presente projeto visa a síntese de zeólita tipo A dopada com ferro, a partir de caulinita amazônica para aplicação em POA s. Foram coletadas duas amostras minerais ricos em caulinita. As amostras foram tratadas química e termicamente antes da síntese zeolítica. Os materiais coletados foram degomados manualmente, passados em peneira de 0,05 mm de malha e seco ao ar. Em seguida os materiais foram misturados a uma solução ácida de HCl 50 % (v/v) na proporção de 1/4 (m/v) por 4 horas. Os produtos foram lavados e filtrados até pH 7. Após o tratamento ácido, os materiais foram aquecidos até 700 oC por 4 horas em forno mufla. A conversão da caulinita em zeólita foi conduzida por três diferentes metodologias e dopada 3 e 5 % (mol/mol) de ferro em relação ao alumínio. A análise química revelou uma razão SiO2/Al2O3 de 2,32 e 1,41 para as amostras A1P e A2P, respectivamente. Também foi verificado um teor de ferro de 7,33 % para A1P e 1,06 % para A2P, esse resultado sugere a presença de outras fases minerais nos materiais coletados. A análise por DRX diagnosticou o argilomineral caulinita como mineral principal e a presença de hematita, quartzo e traços de goethita. Os processos de síntese levaram a formação de cinco fases zeolíticas (FAU, LTA, SOD, CAN e GIS). A fase LTA foi obtida como produto majoritário após a realização da etapa de fusão alcalina (proporção 5/6 (m/m) de matéria-prima/NaOH) seguida de fusão hidrotérmica. A adição de Fe(NO2)3 como fonte de Fe3+ provocou grande perturbação no meio reacional levando a formação majoritária da zeólita cancrinita. Formou-se grande quantidade de óxido de ferro precipitado e misturado a fase zeolítica. Ao final das caracterizações o produto se mostrou um compósito de óxido de ferro nanoestruturado finamente disperso em zeólita. A atividade catalítica dos produtos sintéticos sem dopagem e dopados com 3 % e 5 % frente a degradação do corante orgânico azul de metileno foi avaliada através dos processos Fenton heterogêneo, Fotocátalise e Foto-Fenton heterogêneo. Foi visto que o produto com 5 % de ferro apresentou melhor desempenho em todos os processos, atingindo a remoção de 99 % do corante a 40 ppm em 60 minutos de reação no processo foto-Fenton heterogêneo. O produto com 3 % de ferro apresentou desempenho superior ao do material sem dopagem.