[pt] No presente trabalho, foi avaliado num modo sistemático o processo de eletrocoagulação (EC) usando eletrodos de alumínio e ferro como material de anodo e aço inoxidável como material de catodo, operando com diferentes parâmetros tais como: concentração inicial do óleo, distanciamento entre os eletrodos, relação área-volume (SA/V) e densidade de corrente. A redução da demanda química de oxigênio (DQO) e turbidez foram às principais variáveis respostas analisadas. Os ensaios foram feitos em batelada com um efluente sintético (5,1 litros) e com agitação magnética (150 rpm). A densidade de corrente e a relação SA/V foram os parâmetros com maior influência no processo. O aumento deles reduz notoriamente o tempo de tratamento. Os resultados mostraram que a eletrocoagulação, para os dois tipos de materiais (Fe/Al), conseguem uma excelente redução da DQO e da turbidez nas seguintes condições experimentais: densidade de corrente, 9,4 mA/cm(2), distanciamento entre os eletrodos, 10 mm, relação área-volume(SA/V), 30,35 m(2)/m(3) e 30 minutos de operação. Eficiências de redução de 99% e 98,3% foram alcançadas para a DQO e a turbidez com anodos de alumínio. Do mesmo modo 94,8% da DQO e 98,5% da turbidez para o caso do ferro foi reduzido do efluente sintético. O processo de eletrocoagulação, operando nessas condições envolve um custo total de 7,1 R$/m(3) e 5 R$/m(3) por metro cúbico para alumínio e ferro, respectivamente. Estes custos só incluem custo de energia e consumo dos eletrodos. A borra produzida foi de 2,23 kg/m(3) para alumínio e 2,76 kg/m(3) para o ferro. Finalmente, o consumo de energia foi de 4,15 kWh/m(3) e 3,72 kWh/m(3) para alumínio e ferro, respectivamente. Um tratamento de eletrocoagulação para um efluente oleoso sintético foi satisfatoriamente implementado do ponto de vista da redução destes parâmetros. / [en] In the present work, electrocoagulation process (EC) with aluminum and iron as materials for anode and stainless steel as cathode, under different operational parameters, such as: initial concentration of oil, distance between electrodes, area-volume relation (SA/V) and current density, were examined in a systematic manner. Chemical oxygen demand (COD) and turbidity removals were selected as a performance criteria. Tests were carried out batch-wise in an electrochemical cell (5.1 liter) with synthetic wastewater and with magnetic stirring (150 rpm); the current density and SA/V relation were found to be the most significant parameters, an increase of theses notably reduces the electrocoagulation required time for the treatment. The results have shown that electrocoagulation, using both kind of materials (Fe/Al), successfully removes the COD and turbidity in experimental conditions such as: the current density, 9.4 mA/cm(2), distance between electrodes, 10 mm; SA/V relation, 30.35 m(2)/m(3) and 30 minutes of operation . Removal efficiencies over 99% and 98.3% were measured for COD and turbidity, using anodes of aluminum. Likewise 94.8% of COD and 98.5% of turbidity were removed from synthetic wastewater, using anode of iron. Electrocoagulation process operated under theses conditions involves a total cost of 7.1 R$/m(3) for aluminum and 5 R$/m(3) for iron per meter cubic of treated wastewater. These costs only include energy cost and electrode consumptions. The sludge produced after electrocoagulation treatment was 2.23 kg/m(3) for aluminum and 2.76 kg/m(3) for iron, and the power requirements were 4.15 kWh/m(3) and 3.72 kWh/m(3) for aluminum and iron. An electrocoagulation treatment of a synthetic wastewater was successfully implemented from removal efficiency point of view.

[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.

[pt] Compostos de boro são utilizados na indústria metalúrgica, microeletrônica, de vidros, na agricultura, etc. Esse elemento é um micronutriente essencial no desenvolvimento de microrganismos, plantas, animais e humanos. No entanto, pode ser tóxico em grandes concentrações e por isso necessita ser removido de águas e efluentes. No Brasil, o limite padrão é de 0,5mg/L para águas doces de classe I e II, estabelecido pela resolução do Conama 357/2005. Por sua vez, a resolução do Conama 430/2011 estabelece um padrão de lançamento de efluentes de 5mg/L. A presente dissertação tem como objetivo geral estudar a remoção de boro por eletrocoagulação para o tratamento de águas e efluentes contendo boro, utilizando uma célula com um arranjo de 4 eletrodos de alumínio (2 catodos e 2 anodos) monopolares em paralelo. Os resultados obtidos mostram que o processo de eletrocoagulação é uma alternativa viável para a remoção de boro, e alcança eficiências em torno de 70 por cento (em pH inicial igual à 4; densidade de corrente igual à 18,75mA/cm2 e tempo de eletrólise igual à 90min). O modelo cinético que melhor descreve a remoção de boro foi o de pseudo-primeira ordem. O modelo de Langmuir se ajustou muito bem aos dados experimentais obtidos. O valor de qm obtido pelo modelo de Langmuir refletiu a elevada capacidade de adsorção máxima (qm é igual à 334mg/g). Através das análises por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) na superfície dos eletrodos, observou-se a presença de corrosão do tipo localizada nos catodos e a corrosão do tipo uniforme nos anodos. A morfologia do lodo produzido no processo de eletrocoagulação foi analisada por MEV, indicando a presença de uma morfologia heterogênea na superfície, enquanto que a análise por Difração de Raios-X (DRX) apresentou picos largos característicos de um material amorfo e a fase de alumínio predominante foi a boehmita, AlO(OH), finalmente, através da análise por Espectroscopia por Perda de Energia de Elétrons (EELS) foi possível a detecção do boro no lodo, além da detecção de alumínio e de oxigênio. Diante dos resultados obtidos no estudo de otimização a partir da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) constatou-se que o desenvolvimento de um modelo matemático por análise de regressão possibilitou a avaliação do efeito das variáveis independentes (densidade de corrente, pH inicial e tempo de eletrólise) e as suas interações na remoção de boro. / [en] Boron compounds are used in the metallurgical industry, microelectronics, glassware, agriculture, etc. This element is an essential micronutrient in the development of microorganisms, plants, animals and humans. However, it can be toxic in high concentrations and therefore needs to be removed from water and effluent. In Brazil, the standard limit is 0.5mg/L for Class I and II freshwaters, established by Conama Resolution 357/2005. In turn, the Conama 430/2011 resolution establishes an effluent discharge standard of 5mg/L. The present dissertation aims to study the removal of boron by electrocoagulation for the treatment of water and effluents containing boron, using a cell with an arrangement of 4 monopolar aluminum electrodes (2 cathodes and 2 anodes) in parallel. The results show that the electrocoagulation process is a viable alternative for the removal of boron and reaches efficiencies around 70 per cent (at initial pH equals to 4, current density equals to 18.75mA/cm2 and electrolysis time equals to 90min). The kinetic model that best describes the removal of boron was pseudo-first order. The Langmuir model fitted very well to the experimental data obtained. The value of qm obtained by the Langmuir model reflected the high maximum adsorption capacity (qm equals to 334mg/g). Through the analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) on the surface of the electrodes, it was observed the presence of pitting corrosion in the cathodes and uniform corrosion in the anodes. The morphology of the sludge produced in the electrocoagulation process was analyzed by SEM, indicating the presence of a heterogeneous surface morphology, while the X-ray diffraction (XRD) analysis showed broad peaks characteristic of an amorphous material and the predominant aluminum phase was boehmite, AlO(OH), finally, through the Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) analysis, it was possible to detect boron in the sludge, as well as aluminum and oxygen. In view of the results obtained in the optimization study from the Response Surface Methodology (RSM), it was verified that the development of a mathematical model by regression analysis made possible the evaluation of the effect of the independent variables (current density, initial pH and time of electrolysis) and their interactions in the removal of boron.

[pt] Efluentes oleosos são gerados de muitas fontes, tais como: indústrias petroquímicas, refinarias, plataformas de petróleo, fabricação de maquinarias, e até mesmo, no transporte, distribuição e armazenagem de óleo. O óleo presente na forma de emulsão é difícil de separar. Para quebrar essas emulsões, geralmente, são usados tratamentos químicos, biológicos, eletroquímicos, ultrafiltração. O processo de eletrocoagulação-flotação se inicia com a dissolução do anodo produzindo espécies aquosas (monoméricas, poliméricas) e precipitadas, espécies que funcionam como coagulantes e floculantes. As mesmas causam a desestabilização das emulsões através de mecanismos como a neutralização de carga superficial, ponte interparticular e coagulação por varredura, formando flocos de gotículas de óleo. A dissolução do metal no anodo é acompanhada da geração do gás hidrogênio no catodo. As bolhas são aderidas aos flocos, carregando-os até a superfície, onde são separados do reator, porém, dependendo da densidade deles, poderiam sedimentar-se. Neste trabalho, é avaliada a remoção de óleo de uma emulsão sintético pelo processo de eletrocoagulação-flotação. Avaliou-se a influência dos principais parâmetros de operação na taxa de redução da demanda química de oxigênio (DQO): concentração inicial do óleo; densidade de corrente; separação entre eletrodos; pH da solução; concentração de eletrólito. O efluente sintético foi preparado a partir de óleo Shell Talpa 30 e Oleáto de sódio como surfatante. Foi adicionado NaCl para aumentar a condutividade da solução. O pH inicial da emulsão foi de 8,70. O potencial zeta nessas condições teve um valor médio de -75mV, valor este que indicou a estabilidade da emulsão. / [en] The separation of emulsions or colloidal particles from wastewater is a major concern for the petroleum, metal manufacturing, food, textile, paper and hydrometallurgy industries. The emulsion present is very stable due to the presence of surfactants, so conventional methods can not be applied and it is necessary to combine one or two treatment processes for highly effective purification. Several techniques have been applied to treat these types of oily wastewater, e.g.: chemical, biological and electrochemical destabilization, ultrafiltration. Electrocoagulation is initiated by the oxidation of sacrificial anodes. The metal ions released combine to the hydroxyl ions produced at the cathode to form the corresponding metal hydroxides and others species, which cause the destabilization of the contaminants or particulate suspensions and form flocs. The bubbles hydrogen gas capturing and floating the flocs formed and separating from the liquid surface by scraping or settling depending on density of the flocs. In this work, the electrocoagulation technique was studied in order to treat concentrated oil-water emulsions chemically stabilized. This study was mainly focused on the effects of operating parameters such as: initial pH, current density, reaction time, NaCl concentration, electrode distance and inlet concentration on the abatement rate of chemical oxygen demand (COD). The synthetic emulsion was prepared from Shell - Talpa 30 oil (3g.L-1) and sodium dodecyl sulfate (1.0 g.L-1), also was added NaCl (3g L-1) for increasing the conductivity of the emulsion. Under those conditions we had a pH value around 8.70 and a zeta potential around -70mV, showing a good stability of the emulsion.

[pt] A indústria petroquímica constitui um dos mais importantes setores industriais no Brasil. A grande diversidade dos processos de fabricação praticados faz aumentar a necessidade de caracterização dos efluentes gerados em cada planta industrial. Em geral, os efluentes apresentam elevado teor de matéria orgânica, cuja remoção é necessária para atender às normas técnicas de descarte de efluentes industriais. Um dos processos de tratamento utilizados é a coagulação química seguida de tratamento biológico. Na coagulação química, sais de alumínio ou ferro são usados como coagulantes. Devido às grandes flutuações de carga orgânica, as quais dificultam a dosagem do coagulante, buscam-se alternativas para aprimorar o tratamento. Neste contexto, a eletrocoagulação pode servir como alternativa à coagulação química ou como pré-tratamento. O presente trabalho consistiu de ensaios de coagulação química (Jar Test) e de eletrocoagulação em escala de laboratório, utilizando efluentes gerados em uma indústria petroquímica fabricante de borracha sintética. Os ensaios permitiram comparar as eficiências de remoção de matéria orgânica por eletrocoagulação e por coagulação química, bem como comparar as eficiências desses tratamentos em escala de laboratório com aquelas obtidas na etapa de tratamento físico-químico (coagulação química e floculação) da ETEI - Estação de Tratamento de Efluentes Industriais da indústria citada. Em todos os casos, as eficiências de remoção de carga orgânica foram avaliadas pela DQO (Demanda Química de Oxigênio). Nos ensaios de coagulação química em laboratório, utilizou-se como coagulante o sulfato de alumínio. Os parâmetros investigados foram o pH ótimo de coagulação e a dosagem ótima de coagulante. Os ensaios do processo eletrolítico foram realizados em batelada com eletrodos de alumínio. Os parâmetros investigados foram a temperatura, o potencial aplicado, o pH inicial, a distância entre eletrodos, o número de eletrodos e o desgaste dos mesmos. As eficiências de remoção de DQO pelo processo de eletrocoagulação apresentaram valores até três vezes maiores que a média mensal obtida na ETEI da indústria em questão, pelo processo de coagulação química e floculação, no período da coleta das amostras, indicando a possibilidade de aplicação do tratamento eletrolítico ao efluente estudado. / [en] The petrochemical industry constitutes one of the most important industrial sectors in Brazil. The great diversity of processes of manufacture makes to increase the necessity of characterization of the effluents generated in each industrial plant. In general, the effluents presents high grade of organic matter, whose removal is necessary to expect to the technical standards of discarding of industrials wastewaters. One of the used processes of treatment is the chemical coagulation followed by biological treatment. In chemical coagulation, aluminum or iron salts are used as coagulants. Because of the large fluctuations of organic load, which makes difficult the dosage of the coagulant, alternatives are being looked for the improvement of the treatment. In this context, the electrocoagulation may be an alternative to the chemical coagulation or can serve as a preliminar treatment. The present work consisted of assays of chemical coagulation (Jar Test) and of electrocoagulation in scale of laboratory, using effluent generated in a petrochemical industry manufacturer of synthetic rubber. The assays had allowed to compare the efficiencies of removal of organic matter by electrocoagulation and chemical coagulation, as well as comparing the efficiencies of these treatments in scale of laboratory with those gotten in the stage of treatment physical- chemical (chemical coagulation and flocculation) of Industrial Effluent Treatment Station of the cited industry. In all the cases, the efficiencies of organic load removal had been evaluated by the COD (Chemical Oxygen Demand). In the chemical coagulation experiments in laboratory, the aluminum sulphate was used as coagulant. The investigated parameters have been pH excellent of coagulation and the excellent dosage of coagulant. The assays of the electrolytic process had been carried through in batch with aluminum electrodes. The investigated parameters have been the temperature, the applied potential, pH initial, the distance between electrodes, the number of electrodes and the consuming of them. The efficiencies of COD removal for the electrocoagulation process reached values up to three times higher that the monthly average observed in the treatment station of the studied industry in the chemical coagulation and flocculation stage. The results indicate the possibility of application of the process in the treatment of the studied effluent.

[pt] A eletrocoagulação é um método emergente de tratamento de efluentes que combina os benefícios da coagulação, flotação e eletroquímica. Devido à complexidade inerente às operações de uma estação de tratamento de efluentes, é um desafio reagir com rapidez e precisão às condições dinâmicas necessárias para manter a qualidade do efluente. Portanto, esta tese tem como objetivo identificar a condição operacional de uma estação de tratamento de efluentes que adotou a eletrocoagulação para o tratamento de efluentes de panificação. Três condições operacionais baseadas em clarificação do efluente e lodo da reação foram as variáveis-alvo. A tese está dividida em dois ensaios. O primeiro usou sete métodos de seleção de atributos para selecionar as variáveis mais importantes em um determinado conjunto de dados. O desempenho dos modelos de classificação de redes neurais treinados no conjunto de atributos original foi comparado ao desempenho daqueles que foram treinados em um subconjunto curado usando técnicas de seleção de atributos. O modelo que utilizou a seleção de atributos apresentou o melhor desempenho (F1-score = 0,92) e uma melhoria de mais de 30 por cento na prevenção de falsos positivos. A segunda contribuição trouxe um modelo que poderia detectar o comportamento anômalo do processo usando apenas imagens coloridas da superfície do efluente obtidas através de dois módulos de câmera de tamanho pequeno. O desempenho de vários métodos, incluindo MLP, LSTM, SVM e XGBoost foi avaliado. O modelo LSTM superou os outros em termos de Precisão (84,620 por cento), Recall (84,531 por cento) e F1-score (84,499 por cento), mas o modelo XGBoost vem em segundo lugar com Precisão (83,922 por cento), Recall (82,272 por cento) e F1-score (83,005 por cento). / [en] Electrocoagulation is an emerging wastewater treatment method that combines the benefits of coagulation, flotation, and electrochemistry. As a result of the inherent complexity of processes associated with wastewater treatment plants, it is difficult to respond swiftly and correctly to the dynamic circumstances that are necessary to ensure effluent quality. Therefore, this thesis aims to identify the operational condition of a wastewater treatment plant that has adopted electrocoagulation for treating bakery wastewater. Three operational conditions based on effluent clarification and reaction sludge were the target variables. The thesis is divided into two essays. The first endeavor used seven feature selection methods to select the most important features in a given dataset. The performance of neural network classification models trained on the original feature set was compared to the performance of those that were trained on a subset of features that had been curated using feature selection techniques. The model that utilised feature selection was found to have the best performance (F1-score = 0.92) and an improvement of more than 30 percent in preventing false positives. The second contribution brought a model that could detect anomalous process behavior using only wastewater surface color images from two small-size camera modules. The performance of various methods, including MLP, LSTM, SVM, and XGBoost was assessed. The LSTM model outperformed the others in terms of macro average Precision (84.620 percent), Recall (84.531 percent), and F1-score (84.499 percent), but the XGBoost model comes closely in second with Precision (83.922 percent), Recall (82.272 percent), and F1-score (83.005 percent).