The purpose of this study is evaluating a new water treatment technology; electrochemical technique and see if the technique is an alternative for municipal wastewater treatment. The aim of the project was also to test the electroflotation by purification of phosphorus from synthetic wastewater and separation of green algae from the culture medium so the technology can be evaluated. To answer the purpose, two different experiments were made at laboratory. In the first experiment, wastewater was purified from phosphorus with electroflotation. In the second experiment, green algae were separated with the same technology, but with different machine. The results of the study show that the electrochemical technology is a good technique to separate green algae from the culture medium. In the tests the removal efficiency was over 90 %. Results from the phosphorus purification did not go so well, because sources of error in the system. To summarize the results of the project the electrochemical technology is a good alternative to other wastewater treatments because it’s more environmental friendly and easy to operate.

Este trabalho avaliou o desempenho de um reator piloto de eletroflotação, que utilizou placas de alumínio em arranjo monopolar em paralelo como eletrodos de sacrifício para o tratamento de esgoto sanitário. O processo foi auxiliado pela adição de cloreto de sódio para melhorar a condutividade do esgoto bruto. Preliminarmente, testaram-se em ensaios de eletroflotação em bancada, densidades de corrente entre 8 e 21 A m-2 e determinou-se que o melhor desempenho na diminuição da turbidez era obtido aplicando uma densidade de corrente próxima a 13,8 A m-2. Posteriormente foram conduzidos ensaios no reator piloto para determinar a vazão e a dosagem de cloreto de sódio. A partir destes foram determinadas as variáveis operacionais, que foram: densidade de corrente de 14,2 A m-2, vazão de 0,33 m3 h-1, dosagem de cloreto de sódio de 0,5 g L-1 e tempo de detenção hidráulica de 18,2 min. O reator piloto de eletroflotação foi testado com duas configurações de posição dos eletrodos: transversal e paralelo ao fluxo. O melhor desempenho do reator de eletroflotação foi obtido com o arranjo em paralelo ao fluxo; este permitiu aumentar a vazão para 0,5 m3 h-1 e diminuir a dosagem de cloreto de sódio para 0,25 g L-1. Amostras de esgoto bruto e esgoto eletroflotado obtidas do reator operando em ambas as configurações da posição dos eletrodos foram coletadas e submetidas a análises físico-químicas. Estas análises permitiram determinar a eficiência da remoção de: cor verdadeira em 82% e 86% para os arranjos das placas em transversal e paralelo ao fluxo respectivamente, da mesma forma a turbidez em 96% e 93%, sólidos totais em 90% e 97%, carbono orgânico total em 60% e 58%, nitrogênio amoniacal em 42% e 51%, demanda bioquímica de oxigênio em 91%, demanda química de oxigênio em 89% concentração de óleos e graxas em 100%, fósforo total em 99%, coliformes termotolerantes e E coli. em duas unidades log e aumento de oxigênio dissolvido em 400% e 366%. Uma análise de espectroscopia de emissão atômica também foi feita para determinar a concentração de espécies metálicas e não metálicas. Esta análise revelou que as espécies encontravam-se em concentrações baixas e em alguns casos abaixo do limite de detecção, mas após tratamento por eletroflotação estas concentrações também sofreram diminuição. O cálculo da massa teórica de alumínio desgastada nos ânodos foi calculada em 4 g m-3, a quantidade de lodo gerado foi de 0,16 m3 e os custos operacionais totais estimados em R$0,64 e R$0,38 kw h m-3 com o reator operando nas configurações de posição dos eletrodos transversal e paralelo respectivamente. Os valores dos parâmetros observados nas análises físico-químicas do esgoto eletroflotado se encontram dentro dos limites estipulados pela Resolução CONAMA No. 357 para o lançamento de efluentes e para águas de classe 3. A comparação das eficiências de remoção alcançadas pela eletroflotação com eficiências típicas de remoção dos principais poluentes nos esgotos domésticos, alcançadas por diversos métodos de tratamento permite afirmar que a eletroflotação é uma técnica eficiente no tratamento de esgoto sanitário e é economicamente viável, por isto deve ser considerada como uma alternativa aos métodos de tratamento convencionais. / This study assessed the performance of a domestic sewage treatment pilot unit of electroflotation, which used aluminum plates in a monopolar parallel arrange as sacrifice electrodes for sewage treatment. The process was aided by the addition of sodium chloride to improve the conductivity of the raw sewage. First, it was tested in lab-scale experiments, current densities between 8 and 21 A m-2. The best performance in the turbidity decrease was obtained by applying a current density close to 13.8 A m-2. Later experiments were conducted in the pilot reactor to determine the flow rate and dosage of sodium chloride. From these, the operational variables were determined, which were: current density of 14.2 A m-2, a flow rate of 0.33 m3 h-1, sodium chloride dosage of 0.5 g L-1 and hydraulic detention time of 18.2 min. The electroflotation pilot reactor was tested with two sets of electrode position: transverse and parallel to the flow. The best performance of the electroflotation reactor was achieved with the parallel arrangement; this allowed increase the flow to 0.5 m3 h-1 and reduce the amount of sodium chloride to 0.25 g L-1. In comparison to raw sewage, the treated effluent presents a decrease of 82% and 86% for the true color for the arrangement of plates in transverse and parallel respectively, just as a decrease in the turbidity by 96% and 93%, total solids by 90% and 97% total organic carbon by 60% and 58%, nitrogen by 42% and 51% biochemical oxygen demand at 91%, chemical oxygen demand at 89%, oils and greases concentration by 100 %, total phosphorus by 99%, fecal coliforms and E. coli. in two log units and increased dissolved oxygen in 400% and 366%. An atomic emission spectroscopy analysis was also done to determine the concentration of metal and non-metallic species. This analysis revealed that the species were in low concentrations and in some cases below the detection limit, but after electroflotation treatment these concentrations also decrease. The calculation of the theoretical mass of the worn aluminum anodes was estimated in 4 g m-3, the amount of sludge generated was 0.16 m3 and the total operating costs estimated at R$ 0.64 and R$ 0.38 kw h m-3 with the reactor operating in transverse and parallel settings of electrode position, respectively. The values of the parameters observed in the physicochemical analysis of electroflotated sewage are within the limits set by CONAMA Resolution No. 357 for the release of effluents and for Class 3 waters. Comparison of removal efficiencies achieved by electroflotation with typical removal efficiencies of major pollutants in domestic sewage, achieved by various treatment methods suggest that the electroflotation is an efficient technique for the treatment of sewage and is economically viable, therefore must be considered as an alternative to conventional treating methods.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Dentre as diversas etapas para a transformaÃÃo de microalgas em biodiesel, os processos de separaÃÃo e a ruptura celular dessa biomassa sÃo particularmente importantes, uma vez que as tecnologias disponÃveis para este fim apresentam elevados custos, comprometendo a viabilidade do aproveitamento energÃtico. Este trabalho teve como objetivo geral estudar os mecanismos envolvidos na separaÃÃo e ruptura simultÃneas de biomassa algal pelo uso da tecnologia de eletroflotaÃÃo por corrente alternada (EFCA), com objetivo principal de extrair o conteÃdo lipÃdico da biomassa algal, assim como verificar o potencial da tecnologia na remoÃÃo de nutrientes de efluentes de lagoas de estabilizaÃÃo. Foram realizados ensaios de coagulaÃÃo/floculaÃÃo em jar test com coagulantes sintÃticos (FeCl3 e Al2(SO4)3) e orgÃnicos (Tanfloc SG e SL) com o objetivo de avaliar a decantaÃÃo quimicamente assistida na separaÃÃo de biomassa algal. Foi desenvolvido um reator de EFCA para operar em batelada, utilizando-se eletrodos nÃo consumÃveis e baixa potÃncia elÃtrica. Foi avaliado o seu potencial de separaÃÃo com e sem o auxÃlio dos mesmos coagulantes utilizados nos testes de jarro e, em seguida, buscou-se variar as frequÃncias de operaÃÃo do conjunto de eletrodos com o objetivo de verificar a condiÃÃo Ãtima para separaÃÃo e rompimento celular das microalgas. Foi tambÃm avaliada a capacidade desta metodologia na remoÃÃo de nutrientes presentes nos efluentes e elucidar os mecanismos envolvidos. Foi possÃvel a remoÃÃo de biomassa algal tanto por meio da decantaÃÃo quimicamente assistida quanto pela EFCA, sendo que a segunda à mais atrativa nÃo somente pelas eficiÃncias de remoÃÃo de turbidez e clorofila-a encontradas, como tambÃm pela nÃo necessidade aparente de utilizaÃÃo de coagulantes, o que traz economia ao processo e facilita a reutilizaÃÃo da biomassa algal. A EFCA mostrou-se ainda capaz de promover com eficiÃncia o rompimento celular das microalgas e fazer com que os lipÃdeos liberados se aderissem à biomassa algal separada pelo processo. Foi possÃvel alcanÃar um rendimento lipÃdico de atà 14% em peso de massa seca, mesmo os estudos tendo sido realizados com uma matriz diversa de microalgas proveniente das lagoas de estabilizaÃÃo. O estudo dos mecanismos envolvidos revelou a boa capacidade do sistema em gerar gÃs hidrogÃnio, o qual alÃm de ajudar na separaÃÃo das microalgal pode tornar futuramente o processo energeticamente sustentÃvel. AlÃm disso, foi verificada a geraÃÃo de espÃcies oxidantes que ajudam tanto o processo de separaÃÃo quanto possivelmente de ruptura celular. O efeito de diferentes frequÃncias de vibraÃÃo nos rendimentos lipÃdicos encontrados nÃo foi aparente. Buscou-se ainda a elucidaÃÃo dos mecanismos de remoÃÃo de fÃsforo total, o que provavelmente se deu pela formaÃÃo de ferro durante o processo, cujos valores ficaram na ordem de 2,5 mg/L depois de 70 minutos de batelada. Jà para a remoÃÃo de amÃnia, possivelmente o mecanismo foi de oxidaÃÃo indireta da amÃnia atravÃs do excesso de Ãcido hipocloroso como a forma predominante de conversÃo da mesma em nitrogÃnio gasoso, o qual ajuda no processo de separaÃÃo. A utilizaÃÃo de microalgas diretamente de lagoas de estabilizaÃÃo mostrou-se uma potencial alternativa aos processos de obtenÃÃo de biomassa tradicionalmente utilizados (fotobiorreator e lagoas do tipo raceway), sendo que a tecnologia proposta se mostrou atrativa para todos processos que demandem separaÃÃo algal. / Among the various steps for microalgae transformation in biodiesel, the harvesting and cell disruption processes are particularly important, since technologies available for this purpose have usually high costs, undermining the energy recovery viability. This work studied the mechanisms involved in the simultaneous harvesting and cell disruption of microalgae using electroflotation by alternating current (EFCA), as well as to investigate the system capacity on nutrients removal from waste stabilization ponds effluents. Coagulation/flocculation tests were performed using synthetic (FeCl3 e Al2(SO4)3) and organic (Tanfloc SG e SL) coagulants to evaluate the chemically assisted sedimentation of the algal biomass. The EFCA reactor was designed to operate in batch, using non-consumable electrodes and low electrical power, and evaluated the harvesting potential in the presence and absence of coagulants. After this, experiments were performed varying the electrode frequency to verify the optima condition for simultaneous harvesting and cell disruption of microalgae. The system capacity in terms of nutrients removal was also investigated as well as the mechanisms involved. It was possible to remove algae biomass both using chemically assisted sedimentation and EFCA. However, the electrolytic technology is more attractive, not only for the turbidity and chlorophyll-a efficiencies founded, but also because there is no apparent need of coagulants, which makes the process cheaper and facilitates the microalgae biomass reuse. The EFCA was even able to promote the cell disruption of microalgae and the liberated lipids were able to attach to the algal biomass separated by the process. A lipid yield of 14 % in terms of dry matter was found, even when a complex matrix from waste stabilization ponds was used. The study of the mechanisms involved in EFCA revealed the good system ability to generate hydrogen gas, which contributes to microalgae harvesting and can make the process even more sustainable under an energetic perspective. Furthermore, the generation of oxidant species was found which helps the harvesting and cell disruption process. The effect of different vibration frequencies in the lipid yield was not apparent. We sought to elucidate the mechanisms involved on total phosphorus removal, and probably the removal was due to iron formation in the process, in which the concentrations were close to 2.5 mg/L after 70 minutes batch time. In terms of ammonia removal, possibly the mechanism was an indirect oxidation by excess of hypochlorous acid to form nitrogen gas, which helps the separation process. The use of microalgae from stabilization ponds showed a potential alternative for the processes traditionally used nowadays for microalgae production (photobioreactor and raceway ponds), and showed to be attractive to all processes that demand microalgae harvesting.

Este trabalho avaliou o desempenho de um reator piloto de eletroflotação, que utilizou placas de alumínio em arranjo monopolar em paralelo como eletrodos de sacrifício para o tratamento de esgoto sanitário. O processo foi auxiliado pela adição de cloreto de sódio para melhorar a condutividade do esgoto bruto. Preliminarmente, testaram-se em ensaios de eletroflotação em bancada, densidades de corrente entre 8 e 21 A m-2 e determinou-se que o melhor desempenho na diminuição da turbidez era obtido aplicando uma densidade de corrente próxima a 13,8 A m-2. Posteriormente foram conduzidos ensaios no reator piloto para determinar a vazão e a dosagem de cloreto de sódio. A partir destes foram determinadas as variáveis operacionais, que foram: densidade de corrente de 14,2 A m-2, vazão de 0,33 m3 h-1, dosagem de cloreto de sódio de 0,5 g L-1 e tempo de detenção hidráulica de 18,2 min. O reator piloto de eletroflotação foi testado com duas configurações de posição dos eletrodos: transversal e paralelo ao fluxo. O melhor desempenho do reator de eletroflotação foi obtido com o arranjo em paralelo ao fluxo; este permitiu aumentar a vazão para 0,5 m3 h-1 e diminuir a dosagem de cloreto de sódio para 0,25 g L-1. Amostras de esgoto bruto e esgoto eletroflotado obtidas do reator operando em ambas as configurações da posição dos eletrodos foram coletadas e submetidas a análises físico-químicas. Estas análises permitiram determinar a eficiência da remoção de: cor verdadeira em 82% e 86% para os arranjos das placas em transversal e paralelo ao fluxo respectivamente, da mesma forma a turbidez em 96% e 93%, sólidos totais em 90% e 97%, carbono orgânico total em 60% e 58%, nitrogênio amoniacal em 42% e 51%, demanda bioquímica de oxigênio em 91%, demanda química de oxigênio em 89% concentração de óleos e graxas em 100%, fósforo total em 99%, coliformes termotolerantes e E coli. em duas unidades log e aumento de oxigênio dissolvido em 400% e 366%. Uma análise de espectroscopia de emissão atômica também foi feita para determinar a concentração de espécies metálicas e não metálicas. Esta análise revelou que as espécies encontravam-se em concentrações baixas e em alguns casos abaixo do limite de detecção, mas após tratamento por eletroflotação estas concentrações também sofreram diminuição. O cálculo da massa teórica de alumínio desgastada nos ânodos foi calculada em 4 g m-3, a quantidade de lodo gerado foi de 0,16 m3 e os custos operacionais totais estimados em R$0,64 e R$0,38 kw h m-3 com o reator operando nas configurações de posição dos eletrodos transversal e paralelo respectivamente. Os valores dos parâmetros observados nas análises físico-químicas do esgoto eletroflotado se encontram dentro dos limites estipulados pela Resolução CONAMA No. 357 para o lançamento de efluentes e para águas de classe 3. A comparação das eficiências de remoção alcançadas pela eletroflotação com eficiências típicas de remoção dos principais poluentes nos esgotos domésticos, alcançadas por diversos métodos de tratamento permite afirmar que a eletroflotação é uma técnica eficiente no tratamento de esgoto sanitário e é economicamente viável, por isto deve ser considerada como uma alternativa aos métodos de tratamento convencionais. / This study assessed the performance of a domestic sewage treatment pilot unit of electroflotation, which used aluminum plates in a monopolar parallel arrange as sacrifice electrodes for sewage treatment. The process was aided by the addition of sodium chloride to improve the conductivity of the raw sewage. First, it was tested in lab-scale experiments, current densities between 8 and 21 A m-2. The best performance in the turbidity decrease was obtained by applying a current density close to 13.8 A m-2. Later experiments were conducted in the pilot reactor to determine the flow rate and dosage of sodium chloride. From these, the operational variables were determined, which were: current density of 14.2 A m-2, a flow rate of 0.33 m3 h-1, sodium chloride dosage of 0.5 g L-1 and hydraulic detention time of 18.2 min. The electroflotation pilot reactor was tested with two sets of electrode position: transverse and parallel to the flow. The best performance of the electroflotation reactor was achieved with the parallel arrangement; this allowed increase the flow to 0.5 m3 h-1 and reduce the amount of sodium chloride to 0.25 g L-1. In comparison to raw sewage, the treated effluent presents a decrease of 82% and 86% for the true color for the arrangement of plates in transverse and parallel respectively, just as a decrease in the turbidity by 96% and 93%, total solids by 90% and 97% total organic carbon by 60% and 58%, nitrogen by 42% and 51% biochemical oxygen demand at 91%, chemical oxygen demand at 89%, oils and greases concentration by 100 %, total phosphorus by 99%, fecal coliforms and E. coli. in two log units and increased dissolved oxygen in 400% and 366%. An atomic emission spectroscopy analysis was also done to determine the concentration of metal and non-metallic species. This analysis revealed that the species were in low concentrations and in some cases below the detection limit, but after electroflotation treatment these concentrations also decrease. The calculation of the theoretical mass of the worn aluminum anodes was estimated in 4 g m-3, the amount of sludge generated was 0.16 m3 and the total operating costs estimated at R$ 0.64 and R$ 0.38 kw h m-3 with the reactor operating in transverse and parallel settings of electrode position, respectively. The values of the parameters observed in the physicochemical analysis of electroflotated sewage are within the limits set by CONAMA Resolution No. 357 for the release of effluents and for Class 3 waters. Comparison of removal efficiencies achieved by electroflotation with typical removal efficiencies of major pollutants in domestic sewage, achieved by various treatment methods suggest that the electroflotation is an efficient technique for the treatment of sewage and is economically viable, therefore must be considered as an alternative to conventional treating methods.

[pt] A remoção de metais pesados presentes em soluções aquosas em concentrações reduzidas (entre 10-7 e 10-4 moles.dm-3) não encontra resultados satisfatórios nos métodos tradicionais que não conseguem a Remoção adequada para o enquadramento do efluente nos parâmetros de emissão. A técnica de remoção de metais pesados presentes em solução através da flotação iônica vêm sido estudada como uma possibilidade viável capaz de tratar grandes volumes de efluentes em áreas relativamente pequenas e que aceita combinações com outras técnicas, como a coagulação. O uso da eletroflotação agrega vantagens ao processo de flotação, principalmente quanto à uniformidade e ao tamanho diminuto das bolhas formadas eletroliticamente. Como complementação do processo de eletroflotação, a eletrocoagulação tem sido comumente estudada como uma técnica complementar ao processo de eletroflotação. Este trabalho teve como objetivo projetar e construir uma unidade experimental para ensaios de eletroflotação e eletrocoagulação, e estudar algumas variáveis mais importantes que influenciam o processo de eletroflotação e a influência do uso conjugado da eletroflotação com a eletrocoagulação na remoção de zinco e cádmio contido em soluções sintéticas contendo 20mg.l-1 do metal e o coletor aniônico dodecilsulfato de sódio (DSS). Foi estudada a influência de diversos parâmetros: pH, concentração de coletor, tensão, densidade de corrente e força iônica. A introdução de eletrodos para a produção in situ do agente coagulante também foi observada. Os resultados obtidos mostraram que o equipamento utilizado é capaz de produzir resultados satisfatórios para remoção de zinco e cádmio dentro da faixa de valores investigada. Na presença de DSS na razão de três para um e em pH da solução de entrada por volta de sete, foram obtidos os melhores resultados, quando foi registrado até 96 por cento de remoção. / [en] The removal of heavy metals from diluted aqueous solutions (in the range of 10-3 to 10-4 models.dm-3) do not produce good results using classical methods which cant t reach enough removal efficiency in agreement with environmental quality standards. The use of ionic flotation as an efficient method to remove heavy metals has been studied as a promising technique to treat large amount of effluents in a relatively small units which may be used combined with others techniques a coagulation. The use of electroflotation joins some advantages to the flotation process, mainly due the small bubble size formed on the electrodes surface. The electrocoagulation, applied with the electroflotation, has been studied as a complementary operation working with the electroflotation. The aim of this work was to project and build an electroflotation/electrocoagutation experimental unitm some of its important variables and the influence of its variables in the removal of zinc and cadmium from synthetic solutions wich contains 20 mg.l-4 of each metal concentration and sodium dodecil sulphate (SDS) as an anionic collector. The influence of some important parameters: pH, collectos concentrations, tension, current density and ionic strength were analyzed. An introduction of a pair of electrodes of aluminum and stainless steel to produce the coagulant agents was also investigated to bring the electrocoagulation of the particles. The results showed that the experimental unit can bring satisfactory results of removal of the metals withim the range studied. In the best results, 96 percent of removal of cadmium was obtained using SDS as a collector in stoichiometric proportion equal to three and inlet pH around seven.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Embora todas as etapas do processo de produÃÃo de biodiesel a partir de microalgas sejam essenciais, a separaÃÃo e a ruptura celular da biomassa sÃo particularmente importantes, uma vez que as tecnologias disponÃveis para este fim apresentam elevados custos, comprometendo a viabilidade do aproveitamento energÃtico. Este trabalho teve como objetivo apontar um sistema que conseguisse aliar a separaÃÃo da biomassa algal de efluente de sistemas de lagoas de estabilizaÃÃo à ruptura celular, como uma alternativa de prÃ-tratamento para maximizar a extraÃÃo de lipÃdios pelo mÃtodo modificado de Bligh e Dyer; assim como estudar preliminarmente a comunidade fitoplanctÃnica presente para comparaÃÃo dos rendimentos lipÃdicos. Um reator de eletroflotaÃÃo nÃo-convencional foi confeccionado para operar em batelada e em fluxo contÃnuo, utilizando-se eletrodos nÃo consumÃveis e baixa potÃncia elÃtrica. A metodologia proposta foi comparada com tÃcnicas tradicionalmente utilizadas para ruptura celular: autoclave, micro-ondas e ultrassom. Foram selecionadas seis estaÃÃes de tratamento de esgotos (ETE) com diferentes configuraÃÃes de lagoas de estabilizaÃÃo para anÃlise dos gÃneros fitoplanctÃnicos dominantes e do teor lipÃdico. Observou-se a separaÃÃo da biomassa, sendo obtida eficiÃncia de remoÃÃo de turbidez superior a 80% em 20 minutos de operaÃÃo do reator em batelada. Entre os mÃtodos de prÃ-tratamento tradicionais testados, o micro-ondas foi o que apresentou maior rendimento lipÃdico (33,7  5,3%), diferente estatisticamente da autoclave (15,4  2,26%) e ultrassom (13,3  2,96%). Para a eletroflotaÃÃo nÃo-convencional o rendimento lipÃdico foi de 24,8  7,05%, que nÃo apresentou diferenÃa estatÃstica quando comparado ao micro-ondas. Entretanto, quando os custos energÃticos foram considerados, a eletroflotaÃÃo nÃoconvencional apresentou um custo de 5,6 Wh.g-1, sendo menor que o obtido para o micro-ondas. Os gÃneros de microalgas que predominaram nos efluentes analisados pertenciam Ãs classes Chlorophyceae, Cyanophyceae e Euglenophyceae. Em uma anÃlise quantitativa geral, os efluentes de todas as estaÃÃes analisadas apresentaram rendimento lipÃdico entre 8,5 e 34,6%. Os efluentes das ETE Aquiraz e TupÃ-Mirim apresentaram os maiores teores lipÃdicos (28,4  6,3% e 23,1  3,6%, respectivamente), sem diferenÃa estatÃstica (p=0,12). Os efluentes das ETE Araturi e Tabapuà apresentaram os menores potenciais lipÃdicos, sem diferenÃa estatÃstica entre eles (14,3  5,9% e 15,6  4,9%, respectivamente, p=0,68). A eletroflotaÃÃo nÃo-convencional mostrou-se como uma metodologia promissora para separaÃÃo e ruptura das cÃlulas de microalgas de efluentes de lagoas de estabilizaÃÃo, cujos potenciais lipÃdicos assemelharam-se aos obtidos a partir de biomassa microalgal cultivada em processos convencionais. AlÃm disso, a metodologia desenvolvida neste trabalho soma um motivo para a separaÃÃo e utilizaÃÃo da biomassa algal de lagoas de estabilizaÃÃo evitando, com isso, seu lanÃamento nos corpos dÂÃgua e garantindo um ganho econÃmico e ambiental, uma vez que visa o aproveitamento da biomassa para a produÃÃo de biocombustÃvel, ao passo que minimiza impactos ambientais decorrentes da presenÃa elevada desse material no ambiente. / Although all stages on the production of biodiesel from microalgae cells are essential, harvest and cell disruption biomass are particularly important, since the available technologies for this purpose present high cost, compromising energy recovery viability. This study aimed to develop a system that could combine separation of algal biomass from wastewater stabilization pond systems to cell disruption as an alternative of pretreatment to maximize total lipids extraction by the modified method of Bligh and Dyer, as well as perform a preliminary study of the phytoplankton for comparison of lipid content. A non-conventional electroflotation reactor was designed to operate in batch and continuous flow, using non-consumable electrodes and low electrical power. The proposed methodology was compared to traditional techniques used for cell disruption: autoclave, microwave and ultrasound. Six Wastewater Treatment Plant (WTP) with different pond configuration were selected for analysis of the dominant phytoplankton genera and lipid content. Biomass separation was achieved, with turbidity removal efficiency exceeding 70% in 20 minutes of operation with the batch reactor. Among the traditional pretreatment methods tested, the microwave showed the highest lipid yield (33.7  5.3%), followed by autoclave (15.4  2.26%) and ultrasound (13.3  2.96%). For non-conventional electroflotation methodology, lipid yield was 24.8  7.05%, which showed no statistical difference when compared to the microwave method. However, when energy cost was considered, non-conventional electroflotation presented a cost of 5.6 Wh.g-1, which was smaller than that obtained by the microwave method. The predominant microalgae genera in the analyzed effluents belonged to the classes Chlorophyceae, Cyanophyceae and Euglenophyceae. In a general quantitative analysis, the effluents from the analyzed ponds presented lipid yield between 8.5 and 34.6%. Effluents of the WTP Aquiraz and TupÃ-Mirim achieved the highest lipid content (28.4  6.3% and 23.1  3.6%, respectively), with no statistical difference (p = 0.12). Effluents of the WTP Araturi and Tabapuà achieved the lowest lipidic potential, with no statistical difference (14.3  5.9% and 15.6  4.9%, respectively, p = 0.68). Non-conventional electroflotation proved to be a promising methodology for harvesting and cell disruption of microalgae provided by effluent stabilization ponds, whose potential lipid resembled those obtained from microalgal biomass cultivated in conventional processes. Furthermore, the methodology developed in this work adds a reason for the harvesting and utilization of algal biomass from waste stabilization ponds avoiding, thus, its release into water bodies and ensuring an environmental and economic gain, since it aims the use of biomass for biofuel production, while minimizing environmental impacts due to elevated presence of this material on the environment.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabio_ Orssatto.pdf: 2716052 bytes, checksum: ab171ebc4e483c9c113d55a88d8297cf (MD5) Previous issue date: 2017-02-14 / This trial aimed at evaluating the electrofloculation performance and its combination with organic coagulation to treat effluents from a swine slaughterhouse and packing plant. This thesis was written and composed of three papers. The first one reports on the removal of COD, turbidity, color, TKN and total phosphorus in the studied effluent according to the electroflocculation technique. It also optimized variables such as potential differential (pd) and hydraulic retention time (HRT) in a batch reactor of electroflocculation using aluminum electrodes. The second paper aimed at evaluating the removal of COD, turbidity, color and TKN from the effluent by electrochemical technique and optimized variables as electric current and HRT in a continuous flow reactor of electroflocculation using aluminum electrodes. The third paper aimed at evaluating the removal of COD, turbidity, color and TKN in the effluent using the combination of electroflocculation / organic coagulation technique. It also optimized variables such as electric current, HRT and tannin-based coagulant concentration in a batch reactor. The effluent used in this study comes from a swine slaughterhouse in the western region of Paraná. For the first paper, the main results were: maximal removal of 99.28% for turbidity, 98.93% for color, 81.01% for COD, 67.15% for TKN and 99% for total phosphorus. According to the statistical analysis, it was possible to obtain mathematical models as well as removal of analyzed parameters, but phosphorus. When the desirability function was calculated, the best optimized treatment conditions were at 30 minutes for HRT and 20 volts for pd, corresponding to 0.86 A of electric current and a 17.2 mA cm-2 current density. The analysis of residual aluminum in the effluent treated in the essays recorded a high concentration, which varied from 15.254 to 54.291 mg L-1. For each cubic meter (m3) of effluent treated by electroflocculation, 10.75 kWh of electric energy and 0.18036 kg of aluminum were used, with a cost of R$ 7.90 m-3. While for the second paper, the main results were: 74.47% of maximum efficiency for turbidity, 91.76% for color and 61.07% for COD. But the system was not efficient for TKN removal, since the maximum removal percentage was 20%. Based on the statistical analysis, it was possible to obtain mathematical models to remove the analyzed parameters. And, when desirability function was calculated, the best optimized treatment conditions were at 18 minutes for HRT, 1.5 A for electric current and a current density of 16.67 mA cm-2. The residual aluminum analysis recorded a concentration range from 1.21 to 4.61 mg L-1. At each cubic meter (m3) of treated effluent, 5.17 kWh of electrical energy and 0.0938 kg of aluminum were used, with a cost of R$ 3.84 m-3. Finally, the main results of the third paper were: the maximum efficiency of removal for turbidity was 98.37%, color was 97.82%, COD was 64.73% and TKN was 65.57 %. Based on the statistical analyses, it was possible to obtain mathematical models to remove parameters of color and turbidity. And when desirability function was calculated, the best optimized treatment conditions were at 10 minutes for HRT, 0.774 mL L-1 of coagulant concentration based on tannin, 0.68 A for electric current and a 13.6 mA cm-2 current density. When analyzing the residual aluminum in the effluent treated during the studied tests, a concentration range from 0.0 to 2.11 mg L-1 was observed. For each cubic meter (m3) of effluent treated by electrocoleculation / organic coagulation combination, 2.96 kWh for electric energy and 0.0475 kg aluminum were used, resulting in R$ 3.49 m-3 cost. The electroflocculation technique and the combination of electroflocculation and organic coagulation were good alternatives to remove pollutants from the studied effluent from swine slaughterhouse and packing plant. / O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho da eletrofloculação e da combinação eletrofloculação/coagulação orgânica no tratamento de efluentes de um matadouro e frigorífico de suínos. A presente tese foi desenvolvida na forma de três artigos. O primeiro artigo avaliou remoção da DQO, turbidez, cor, NTK e fósforo total no efluente em estudo a partir da técnica eletrofloculação e otimizou as variáveis diferencial de potencial (ddp) e tempo de detenção hidráulica (TDH) em um reator batelada de eletrofloculação utilizando eletrodos de alumínio. O segundo artigo avaliou remoção da DQO, turbidez, cor e NTK do efluente através da técnica eletroquímica e otimizou as variáveis corrente elétrica e tempo de detenção hidráulica (TDH) em um reator de fluxo contínuo de eletrofloculação utilizando eletrodos de alumínio. Já o terceiro artigo avaliou a remoção de DQO, turbidez, cor e NTK do efluente através da combinação eletrofloculação/coagulação orgânica e otimizou as variáveis corrente elétrica, tempo de detenção hidráulica e concentração de coagulante à base de tanino em um reator batelada. O efluente utilizado no estudo provém de um matadouro e frigorífico de suínos localizado na região Oeste do Paraná. Para o primeiro artigo, os principais resultados foram: remoção de até 99,28 % para turbidez, 98,93 % para cor, 81,01 % para DQO, 67,15% para NTK e 99% para fósforo total. Foram utilizadas análises estatísticas para a obtenção de modelos matemáticos e a remoção dos parâmetros analisados, com exceção do fósforo. Ao se calcular a função da desejabilidade, as condições otimizadas de tratamento foram de 30 minutos para o TDH e 20 volts para a ddp, correspondendo a 0,86 A de corrente elétrica e uma densidade de corrente igual a 17,2 mA cm-2. A análise do alumínio residual no efluente tratado nos ensaios registrou elevada concentração, a qual variou de 15,254 a 54,291 mg L-1. A cada metro cúbico (m3) de efluente tratado através da eletrofloculação, utilizam-se 10,75 kWh de energia elétrica e 0,18036 kg de alumínio com um custo de R$ 7,90 m-3. Para o segundo artigo, os principais resultados foram: 74,47 % de eficiência máxima para turbidez, 91,76 % para cor e 61,07 % para DQO. Para a remoção de NTK, o sistema não se mostrou eficiente, cuja remoção máxima foi de 20%. A partir das análises estatísticas, foi possível a obtenção de modelos matemáticos para remoção dos parâmetros analisados. E, ao se calcular a função da desejabilidade, as condições otimizadas de tratamento foram de 18 minutos para o TDH, 1,5 A para a corrente elétrica e uma densidade de corrente igual a 16,67 mA cm-2. A análise do alumínio residual no efluente tratado nos ensaios registrou uma concentração que variou de 1,21 a 4,61 mg L-1. A cada metro cúbico (m3) de efluente tratado, utilizaram-se 5,17 kWh de energia elétrica e 0,0938 kg de alumínio com custo de R$ 3,84 m-3. Por fim, os principais resultados do terceiro artigo foram: a eficiência máxima de remoção de turbidez foi de 98,37 %, para cor, o resultado foi de 97,82 %, para DQO foi de 64,73 % e para NTK, o resultado foi de 65,57 %. A partir das análises estatísticas, foram obtidos modelos matemáticos para os parâmetros de remoção de cor e turbidez. E, ao se calcular a função da desejabilidade, as condições otimizadas de tratamento foram de 10 minutos para o TDH, 0,774 mL L-1 de concentração do coagulante à base de tanino, 0,68 A para a corrente elétrica e densidade de corrente igual a 13,6 mA cm-2. A análise do alumínio residual no efluente tratado nos ensaios registrou uma concentração que variou de 0,0 a 2,11 mg L-1. A cada metro cúbico (m3) de efluente tratado através da combinação eletrofloculação/coagulação orgânica, foram utilizados 2,96 kWh de energia elétrica e 0,0475 kg de alumínio, com custo de R$ 3,49 m-3. A técnica de eletrofloculação e a combinação entre eletrofloculação e coagulação orgânica apresentaram-se como boas alternativas na remoção de poluentes dos efluentes provindos dos matadouros e frigoríficos de suínos

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[pt] Neste trabalho é realizado o estudo do processo de eletroflotação de partículas finas de hematita em célula modificada de Partridge Smith usando Rhodococcus opacus como biorreagente. Uma amostra mineral com 96 por cento de hematita foi usada neste estudo. Além disso, três frações granulométricas foram escolhidas, sendo estas: menos 53 mais 38; menos 38 mais 20 e menos 20 micrômetros. As variáveis estudadas no processo de eletroflotação foram: o pH, a concentração de reagente, a densidade de corrente e a utilização de bolhas de hidrogênio e oxigênio separadamente. Foram realizadas medições de potencial Zeta e análises por espectroscopia no infravermelho visando avaliar a interação antes e após o contato entre os reagentes e a superfície do mineral. Também foi realizada a medição do diâmetro de bolha de hidrogênio e oxigênio no aparelho Bubble sizer com o intuito de obter um melhor entendimento da influência do diâmetro de bolha na eletroflotação com estes dois gases. O diâmetro médio de bolha (d32) encontrado ficou na faixa de 40 menos 60 micrômetros para as bolhas de hidrogênio e 50 menos 70 micrômetros para as bolhas de oxigênio. Finalmente, foram realizados os ensaios de eletroflotação de hematita com R. opacus e Oleato de sódio. Segundo os resultados obtidos, a redução do tamanho de partícula favoreceu a flotabilidade da hematita, este fato pode ser atribuído ao tamanho das bolhas produzidas no processo e as características do R. opacus de formar flocos mediante interações de Van der Waals. Por outro lado, o aumento da concentração de reagente (R. opacus e oleato de sódio) favoreceu a flotabilidade de hematita. Os valores de pH ótimos encontrados para a flotação de hematita foram entorno de 6 e 7 para o R. opacus e o oleato de sódio, respectivamente. A flotabilidade máxima de hematita obtida com o R. opacus para bolhas de hidrogênio foi em torno de 80 por cento; por outro lado, a flotabilidade obtida com bolhas de oxigênio foi de aproximadamente 65 por cento. O oleato de sódio apresentou um melhor desempenho alcançando uma flotabilidade máxima de aproximadamente 98 por cento para bolhas de hidrogênio e em torno de 90 por cento para bolhas de oxigênio. As características da superfície bacteriana e, principalmente, o diâmetro de bolha menor a 100 micrômetros apresentaram-se como os fatores determinantes no alto valor de flotabilidade das partículas finas de hematita. Desta forma, o processo de eletroflotação com o uso de R. opacus como coletor mostra-se como uma potencial alternativa tecnológica, principalmente, no que diz respeito ao aspecto ambiental devido à biodegradabilidade do microrganismo. / [en] This work aims to evaluate the electroflotation of hematite fine particles in a modified Partridge Smith cell using Rhodococcus opacus. A hematite sample with grade 96 percent was used in this study; additionally, three granulometric fractions were selected: minus 53 plus 38; minus 38 plus 20 and minus 20 micrometers. The variables studied were pH, reagent concentration and current density. Zeta potential measurements and analysis by infrared spectroscopy were carried out to assess the interaction before and after reagents interaction. In order to gain a better understanding of the bubble diameter influence in the process, measurements of the diameter of hydrogen and oxygen bubbles were done. The average bubble diameter (d32) was found in the range of 40 to 60 micrometers for the hydrogen bubbles and of 50 to 70 micrometers for the oxygen bubbles. Finally, electrocoagulation assays the hematite with R. opacus and sodium oleate were carried out. The reduction in particle size favored the floatability of hematite; this fact can be related to the bubble size generated in the process and the ability of R. opacus to form floccules through the interaction of Van der Waals. On the other hand, the increase of reagent concentration (R. opacus and sodium oleate) favored the floatability of hematite. Suitable pH values for hematite flotation were found around 6 and 7 for R. opacus and sodium oleate, respectively. Maximum hematite floatability with R. opacus using hydrogen bubbles was around 80 percent and around 65 percent with oxygen bubbles. Sodium oleate presented a better performance reaching a maximum floatability of approximately 98 percent for hydrogen bubbles and around 90 percent for oxygen bubbles. The characteristics of the bacterial surface and the bubble size were determinant factors in the hematite floatability. Therefore, the electroflotation process using R. opacus as collector is a potential technology regarding environmental issues found with the synthetic reagents.

[pt] Neste trabalho foi realizado o estudou da eletroflotação de finos de cassiterita e quartzo, utilizando o microrganismo Rhodococcus opacus como biorreagente. Os ensaios de eletroflotação foram realizados em tubo de Hallimond modificado, usando aço inox como cátodo e uma tela de Ti/RuO2 como ânodo. As características da superfície do microrganismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na bioadesão foram avaliados com base em medições de potencial zeta, análises por espectrometria no infravermelho e análises de micrografias obtidas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). Após a interação foi observado um caráter hidrofóbico nas partículas de ambos os minerais, e verificado pelas medidas de ângulo de contato. Através de ensaios de adesão foi observada uma maior afinidade do microrganismo pela cassiterita. Estes ensaios também indicaram o pH da solução como o parâmetro de maior influencia, sendo que, maiores quantidades de bactéria aderida foram obtida em valores de pH em torno de 3,0; com 5 min de interação. O tamanho médio da bolha Sauter, obtido pelo método de difração laser, foi de 26 micrometros, usando 50 mg/L de microrganismo e 51,4 mA/cm2 de densidade de corrente. A densidade de corrente e concentração de bactérias mostraram-se os parâmetros de maior influencia no tamanho das bolhas. Assim, bolhas de tamanho menor foram obtidas quando os valores destes parâmetros foram incrementados. A melhor flotabilidade para a cassiterita foi observada em pH 5,0, sendo 64.5 por cento com uma concentração de bactérias de 50 mg/L. Para o quartzo a porcentagem foi em torno de 30 por cento em toda a faixa de pH e concentração da bactéria. Os ensaios de microflotação mostraram que R. opacus contribuiu para uma elevada flotação da cassiterita e uma limitada flotação do quartzo. Ensaios de flotabilidade para uma mistura sintética de cassiterita-quartzo (1:1) foram também realizados, sendo obtidas recuperações médias de cassiterita de 67,8 por cento com um teor no concentrado de 64,4 por cento, partindo de um teor de alimentação igual a 42,9 por cento de SnO2. / [en] In this work, the electroflotation of quartz and cassiterite fine was carried out using Rhodococcus opacus as bioreagent. The electroflotation cell was Hallimond tube modified, with stainless steel as cathode and Ti/RuO2 mesh as anode. The characteristics of the microorganism surface and the corresponding interaction mechanisms in the bioadhesion were evaluated based on the zeta potential, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and contact angle measurements. After the interaction the resulting particles exhibited hydrophobic character, as verified by the increase of the contact angle. The results, also, showed that the microorganism has a higher affinity for cassiterite particles. It was observed a strong influence of pH on adhesion. The higher adhesion values were obtained around pH 3 and the time required to reach equilibrium was 5 min for both minerals. Current density and bacterial concentration seem to be the main parameters affecting the mean diameter of bubbles. Fine bubbles were obtained when the values of these parameters increased. The mean bubble size obtained (Sauter) by the laser diffraction method was 26 micrometers with an organism concentration of 50 mg/L and current density of 51.4 mA/cm2. The best flotability of cassiterite (64.5 per cent) was observed at pH 5.0 with a R. opacus concentration of 50 mg/L. For quartz the maximum flotability achieved was 30 per cent throughout the all pH range and bacteria concentration tested. It is shown through microflotation tests that R. opacus is able to float cassiterite very well and quartz limitedly. Also, the flotability of cassiterite was evaluated in tests by using a synthetic mineral mixture. An average recovery of 67.8 per cent of cassiterite was obtained with a concentrated grade of 64.4 per cent, starting from 42,9 per cent in the feed grade (SnO2).